1、 学 号 _ 密 级 _ 哈尔滨工程大学本科生毕业论文 基于组态软件嵌入式数据库的设计 院（系） 名称 ： 计算机科学与技术学院 专 业：计算机科学与技术 学 号： 学生姓名： 指导教师：李江华 教授 哈尔滨工程大学 2014 年 10 月 摘 要 组态王软件是近些年深受用户欢迎的国产工控组态软件之一。它为国内外大多数变频器、板卡、仪器仪表等都编写了相应的驱动程序，使用户可以方便快捷的使用。并且组态王软件用户界面友好，可 利用计算机的软件资源进行二次开发，因此在国内受到工程人员和开发者的青睐。但是组态王软件的数据功能比较薄弱，例如存储数据的文件占用磁盘空间大、数据格式复杂而且不能达到通用的效果
2、。 本文就针对组态王软件的数据功能，进行嵌入式的设计。在组态王软件中完成实际的案例工程 井供水监测系统，由于组态王软件支持动态数据交换技术，可以将组态王软件的实时数据传输到 Visual Basic 中，进行数据分析和监测。组态王软件的 SQL 访问管理器可以用来建立数据序列和组态王软件变量之间的联系，将组态王软件产生的海量数据传输到了 Access 数据库中，完成了它们之间的数据交换，并且利用 Visual Basic 的数据处理功能进行海量数据的管理和处理。最后组态王软件调用 Visual Basic 的可执行文件，完成了嵌入式数据库的设计。 关键词 ： 组态软件；数据交换；嵌入式数据库
3、ABSTRACT The Kingview software is one of the domestic configuration software which is welcome in the recent years. The Kingview software includes the corresponding drivers for the most of frequency changers, the board card, the instrument measuring appliance etc. And it enables the user to uses the
4、software quickly and conveniently. The user interface of Kingview software is friendly, and the Kingview software can be improved by using computer software resources. Therefore, the engineers and developers in our country show great favor to Kingview software. But the data function of kingview is a
5、 weak point of Kingview software, for example the document of storing data takes the floppy disk a large space, the data format is complex, moreover it cannot achieve the general effect. This paper aiming at the data function of Kingview software carries on the embedded design. We implement practica
6、l case project in the Kingview software monitoring system of well water supply. Because the Kingview software supports dynamic data exchange technology, it can transmit its real-time data to Visual Basic, then analyze and monitor the data. SQL s visiting manager of Kingview is applied to establish t
7、he relationship between the data sequence and the Kingview variable. It transmits the plentiful data which is produced by the kingview to the Access database, exchanges the data between them, manages and processes plentiful data by using Visual Basic data processing function. At last, the embedded d
8、atabase can be complemented by executing the executable program which is generated by Visual Basic. Key words： configuration software; data exchange; embedded database 目 录 第 1 章 绪论 1 目 录 第 1 章 绪论 错误 !未定义书签。 1.1 工业组态软件概述 1 1.1.1 工业组态软件的发展过程 1 1.1.2 工业组态软件的主要特点 2 1.2 课题的设计背景及意义 3 1.2.1 国内外研究现状 3 1.2.2
9、 组态王软件数据功能分析 3 1.3 论文结构 4 第 2 章 软件简介及设计概要 5 2.1 软件工具简介 5 2.1.1 Visual Basic 6.0 简介 5 2.1.2 Access 数据库简介 5 2.2 组态王软件的介绍 5 2.2.1 组态王软件的组成 6 2.2.2 组态王开发工程项目的一般过程 7 2.3 需求分析 7 2.3.1 案例工程的设计需求分析 7 2.3.2 Visual Basic 数据库设计分析 8 2.4 嵌入式数据库设计思想 8 2.5 本章小结 8 第 3 章 案例工程的设计 8 3.1 井供水监测系统简介 8 3.2 变量的定义 10 3.3 画面
10、的设计与动画连接 12 3.3.1 画面制作 12 3.3.2 动画连接 12 3.4 命令语言的编写 13 3.5 报警窗口的设计 14 3.6 实时趋势曲线的绘制 14 3.7 本章小结 15 第 4 章 VB 程序开发设计 16 4.1 本设计的关键技术 16 4.1.1 组态王与 Access 数据库之间的数据传输 16 4.1.2 DDE动态数据交换技术 17 4.2 数据功能的实现 18 4.2.1 数据分表功能的实现 18 4.2.2 数据表格功能的实现 20 4.2.3 各种图形显示数据 21 4.2.4 实时数据的设计 22 4.3 用户功能的设计 24 4.4 嵌入式设计
11、25 4.5 在组态王中设计帮助说明 25 4.6 运行和调试 25 4.6.1 案例工程的测试 26 4.6.2 数据交换中出现的问 题 26 4.6.3 嵌入式数据库功能的测试 26 4.7 本章小结 26 结论 错误 !未定义书签。 参考文献 错误 !未定义书签。 致谢 错误 !未定义书签。 论文名称 1 第 1 章 绪论 1 1 工业组态软件概述 新型的工业组态软件是伴随着计算机技术的蓬勃发展而兴起的。目前，组态技术在许多行业得到了广泛的应用，并且发展迅速。工业组态技术发展迅速的主要原因是 PC机以及组态软 件的普遍使用。工业组态软件主要是采用计算机语言进行工业工程的设计，例如：它将各
12、种硬件设备（工业 PC机、控制板卡、 PLC、仪器仪表等）有机的组合在一起，从而形成一个能完成实时监控的系统专业软件。工业组态软件将复杂的工控过程简单化，使得项目开发周期短，并带动着工控技术的快速发展。 工控组态软件是利用其软件提供的工具，通过简单形象的组态工作，即可构成所需功能的软件。与以往用计算机语言开发软件相比，组态软件开发实际生产工程的成功率很高，可靠性较强；并且运用组态软件进行开发的周期短，且易于更改、扩充和升级。因此，工控 组态软件发展迅速，得到了开发人员和设计者的充分肯定 1。 1 1 1工业组态软件的发展过程 20 世纪 60 年代虽然计算机开始进入工业生产控制，但当时的计算机
13、开发人员所具备的工控知识并不完备，导致计算机科学与技术在工业控制行业的发展速度缓慢。到 70年代初期，微处理器的出现使计算机控制得到了快速的发展。微处理器在数据计算能力、数据处理能力提高的同时，计算机的硬件成本也大副的下降，并得到了广泛的应用。在这种情况下，一些从事控制仪表和原来一直从事工业控制的公司陆续推出了新型控制系统。在随后的 20 年中， DCS(Distributed Control System)及其计算机控制控制技术日趋成熟，此时的集散型控制系统已具有较丰富的软件，包括计算机系统软件、工业组态软件、各种控制软件及其它辅助软件。 1、工业组态软件的发展历史 这一阶段虽然 DCS 技
14、术的发展很迅速，但是软件本身还是专用和封闭的，除了在功能上不断的加强外，软件成本却一直没有下降，造成 DCS 在中小型项目开发上的成本过高，因此，这段时期的 DCS 普及推广也不尽人意。 20 世纪 80 年代中后期，随着个人计算机的普及和开放系统概念的推广，基于计算机的监控系统开始进入市场， 并发展壮大2。工业组态软件作为个人计算机监控系统的重要组成部分，比 PC 机监控的硬件系统具有更为广阔的空间。主要原因如下： 原因一：很多 DCS 和 PLC 厂商公开了通信协议，加入了“ PC 机监控”的队伍。绝大多数的 PLC 和 DCS 都使用 PC作为操作站。 原因二：由于 PC监控大大的降低了
15、系统的成本，使得市场空间得到了迅速的扩大，从远程控制、数据采集与计量、数据分析到过程控制，几乎无处不用。 原因三：各类嵌入式系统和系统总线的飞速发展，把工业组态软件推到了自动化系统的主要位置，工业组态软件在自动化控制领域的地位越来越 重要。 原因四：各类智能仪器仪表、控制板卡和现场总线设备可与工业组态软件构成完整的低成本自动化系统，具有广阔的市场空间。 2、应用领域 论文名称 2 工业组态软件在工业控制领域发挥着重要的作用；同时，它得到了广大用户和 DCS厂商的认可，有以下几点原因： 微型计算机操作系统日趋成熟，实时处理能力强大且价格低廉。 微型计算机的软件及开发工具也非常的丰富，使工业组态软
16、件的功能趋于完善，缩短了开发周期。 所以，新型的工业控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它们具有适应性强、开放性好、易 于扩展、开发周期短等鲜明优点。可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层 3个层次结构。 其中，监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，而且常在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。监控层的硬件以工业级的微型计算机和工作站为主，目前更趋向于工业 PC机。 1 1 2工业组态软件的主要特点 组态软件最突出的特点就是实时多任务 3。数据的输入输出，数据的处理、显示、存储及管理等多个任务需在同一个系
17、统中同步快速的运行。 组态软件大都由专业软件公司开发，提高了系统的成功率 和可靠性，减轻了工程开发人员的工作量。组态软件通常有以下几方面的特点： 1、强大的画面显示组态功能 目前，工控组态软件大都运行于 Windows 环境下，充分利用 Windows 的图形功能完备，界面美观的特点，提供给用户丰富的作图工具，可随心所欲的绘制出各种工业画面，并可任意编辑，从而将开发人员从繁重的画面设计中解放出来，丰富的动画连接方式，如隐含、闪烁、移动等等，使画面生动、直观。 2、丰富的功能模块 提供丰富的控制功能库，满足用户的测控要求和现场要求。利用各种功能模块，完成实时监控、产生报表、显示历史曲线、实 时曲
18、线、提供报警等功能，使系统具有良好的人机界面，易于操作。 3、强大的数据库 配有实时数据库，可存储备种数据，如模拟型、离散型、字符型等，实现与外部设备的数据交换。 4、可编程的命令语言 有可编程的命令语言，使用户可根据自己的需要编写程序，增强图形界面。 5、周密的系统安全防范 对不同的操作者，赋予不同的操作权限，保证整个系统的安全可靠运行。 6、仿真功能 提供强大的仿真功能，使系统并行设计，从而缩短开发周期。 论文名称 3 1.2课题的设计背景及意义 1 2 1国内外研究现状 目前世界上的组态软件有近百种之多。 国际上知名的工控组态软件有美国商业组态软件公司 Wonderware 公司的 In
19、touth、 Intellution 公司的 FIX、 TA Engineering 公司的 AIMAX、通用电气公司的 Cimplicity、 Rock-Well 公司的 RSView32、德国西门子公司的 winCC 等。国外的这些组态软件在中国市场上占有重要地位。他们的共同特点是系统稳定、功能强大、界面友好 4。 国内的组态软件起步也比较早，目前实际工业过程中运行可靠的有北京昆仑通态自动化软件科技有限公司的 MCGS、北京三维力控科技有限公司的力控、 北京亚控科技发展有限公司的组态王以及台湾研华的 GENIEE 等。国内不少单位，如一些高校、研究所、公司正在积极地进行组态软件的开发。国产
20、化的组态软件具有较强的价格竞争优势，但软件工程组织薄弱，目前主要用于一些小型的非重要性的项目中。 从整体上看，国外组态软件发展较为成熟，但价格十分昂贵，而且普遍无中文界面，不易推广使用；相比之下，国内组态软件还处于发展阶段，在全汉化、价格等方面具有较明显的优势，其功能和性能同国外优秀组态软件相比虽有一定差距，但前景美好。 1 2 2组态王软件数据功能分析 在工业组态软件中， 组态王软件能充分利用 Windows 的图形编辑功能，方便地构成监控画面。以动态显示控制设备的状态，具有报警窗口，实时趋势曲线，历史趋势曲线。并可利用现代计算机丰富的软件资源进行二次开发，便于生成各种报表以及数据的关系和分
21、析 5。为应用程序开发者提供了十分方便的软件平台。在工业控制中组态王软件的运用越来越广泛。本文中的案例工程就是在组态王中完成的。 1、基本功能简介 本文主要是对组态王软件的数据库部分进行设计，下面简单的总结组态王kingview6.5 的数据库部分功能： 组态王 kingview6.5可以通过 SQL访问管理器将数据序列与组态王变量进行联系，并将实时数据写入到指定的数据库文件。 可以动态的生成数据表。在组态王系统中，开发者设计一个或者多个数据表格模板，通过应用表格模板就可以在数据库中创建数据表。 组态王本身提供了大量的数据库函数。这些函数可以通过用户指定的记录体实现数据的插入、删除、编辑、查询
22、等功能。 组态王支持多种数据源。通过操作系统下的 ODBC 访问接口，可以实现多种数据源的访问，如本文将要提到的 Access 数据库，还有例如 SQL Server 和 Oracle 等，以适应不同的需求环境。 组 态王 kingview6.5 还提供历史趋势曲线 ODBC 显示功能。组态王软件的“工具箱”中有历史趋势曲线控件，它可以通过 ODBC 数据源将其它数据库文件中的数据显示在组态王的历史趋势曲线画面中。 组态王 kingview6.5 提供报警记录的数据库输出功能。组态王根据监测数据会产生报警事件，而组态王可以通过 ODBC 将报警事件记录到开放数据库中，信息分别储存在 Alarm
23、、 Operate、 Enter 和 Station 四个数据表中，使用者必需按组态王中的报警配论文名称 4 置选项来定义表结构，这样报警事件就自动的写入相应的数据表中，方便 了用户的使用。 但是组态王 kingview6.5 仍然存在薄弱环节。例如存储时间要求较长时，数据占用的磁盘空间就会很大；数据库格式复杂且不通用；数据统计与查询功能也较弱。因此并不能很好的满足用户的实际要求。 2、功能扩充 Visual Basic 作为 Basic 语言的一种扩充，它因可视化强、简单易学，受到广大用户的喜欢。 Visual Basic 在数据库的应用程序开发领域中，提供了包含数据管理器、数据控件等功能非
24、常强大的工具，可以方便的协助开发人员轻松地创建、链接数据库文件，并访问其中的数据。本文通过 Visual Basic 设计组态王的数据库功能，有很多优点：如人机界面友好、操作简单、并可以实现海量数据库的在线管理等。 1 3 论文结构 本论文共分 4 章。 第 1章为绪论。介绍了选题背景依据，工业组态软件的发展及国内外的研究现状，并分析了国产组态软件 组态王软件在数据功能的不足，说明了本设计的意义。 第 2章介绍了系统开发工具，并简述了组态王软件的组成和使用方法，针对本文做了需求分析及总体的设计思想。 第 3章详细介绍案例工程的设计，主要从变量定义、画面设计、动画连接、命令语言编程、实时曲线绘制
25、等几个方面进行介绍。 第 4章是本文的重点，主要介绍了本文采用的关键技术，并在此基础上完善了组态王软件的数据库部分功能。 最后对全文进行了总结，分析了设计的不足之处，同时提出了一种设计组态软件功能模块的方法。 论文名称 5 第 2 章 软件简介及设计概要 2.1 软件工具简介 2.1.1 Visual Basic 6.0 简介 Visual Basic 6.0 编程是面向对象的编程，这意味着利用 Visual Basic 6.0 编程，只需跟对象打交道即可。需要完成的工作就是创建对象，设置对象的属性，捕捉来自对象的事件，处理发生的事件，而不必 关心对象是如何产生和如何工作 6。例如，在窗体上显
26、示一个按钮，只需创建一个按钮对象，不必使用一长串的语句来绘制按钮，这样就大大缩短了程序开发的周期。本设计之所以使用 Visual Basic 6.0 开发，主要有以下两点原因： 1、访问数据库 Visual Basic 系统具有很强的数据库管理功能。利用系统提供的控件，用户可以直接连接 Microsoft Access 数据库，并提供了强大的数据存储和检索功能。同时 Visual Basic 提供开放式数据链接 ODBC(Open Database Connection)功能，可以通过直接访问或建立链接的方式使用并操作后台大型数据库。 2、动态数据交换 (DDE)技术 利用动态数据交换 (Dy
27、namic Data Exchange)技术，可以把一种应用程序的数据动态地链接到另一种应用程序中去，使两种完全不同的应用程序可以交换数据进行通信，在 Windows环境下为多个应用程序之间以 Client/Server方式建立了一条动态数据交换通道。 2.1.2 Access数据库简介 Access 数据库是 Microsoft 公司在 Office 中推出的数据库编辑程序。采用 Access作为系统 海量数据存储有以下几方面原因 7： 1、 Access的广泛应用性 Access 数据库由 Microsoft 公司推出， Microsoft 公司的产品，比如： Windows 操作系统、 Office 办公软件集成等等，在全球范围内被广泛的运用；在国内大部分 PC 机中都是以 Windows 作为操作平台，且都安装着 Office 应用软件。 2、 Access的实用性 本设计主要是利用数据库存储工业组态软件的海量数据，故数据的结构比较简单，采用 Access 数据库进行数据存储简单、方便。 3、 Access的通用性 Access 数据库的 数据源驱动程序就在 Windows 操作系统中自带，不用去寻找数据源驱动程序，就可在 Windows 操作系统中实现数据调用。 2.2 组态王软件的介绍
