基于C#組態(tài)軟件系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

摘 要：本文依據(jù)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀提出一種基于.NET框架利用C#開發(fā)語言及VBA嵌入式組件開發(fā)的工業(yè)控制自動化組態(tài)軟件，縮短了二級監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)周期，降低系統(tǒng)維護成本，提高生產(chǎn)效率。

關鍵詞：.NET框架；組態(tài)軟件；工業(yè)控制；C#；VBA

中圖分類號：TP277

隨著分布式控制系統(tǒng)及計算機控制技術的發(fā)展成熟，組態(tài)軟件逐漸成為一種主流的用戶自定義功能的軟件平臺，其應用范圍也逐步滲透到社會生產(chǎn)生活的各個領域。利用傳統(tǒng)技術開發(fā)的二級監(jiān)控系統(tǒng)由于開發(fā)周期長、修改復雜、維護困難等不利因素而逐漸被組態(tài)軟件所替代[1]。本文基于.NET框架利用C#開發(fā)語言及VBA嵌入式組件開發(fā)一套針對工廠自動化工業(yè)控制組態(tài)軟件平臺。該軟件系統(tǒng)的主要功能是供設備工程師進行二次開發(fā)出新的一些項目來用于對工業(yè)中的各種設備的狀態(tài)的監(jiān)控， 軟件系統(tǒng)從已經(jīng)存儲了設備狀態(tài)的遠程數(shù)據(jù)庫中獲取設備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，把這些數(shù)據(jù)以動態(tài)動畫的方式表達在顯示器上， 供設備工程師來觀察和分析。極大的縮短了開發(fā)周期，降低了維護成本，提高了生產(chǎn)效率。

1 關鍵技術分析

1.1 C#編程語言。C#語言是微軟公司開發(fā)的一種最新的面向對象的編程語言，是一種簡單易學、數(shù)據(jù)類型安全、面向對象的高級程序設計語言[2]。C#突出特點如下：C#取消了指針，語法簡潔，無冗余，語言結構清晰簡單，初學者可以很快上手；C#語言具有面向對象語言所應有的基本特性，封裝、繼承和多態(tài)性，但是禁止多繼承，禁止各種全局方法、全局變量和常量；與.NET框架緊密結合；目標軟件更為安全，靈活，兼容性更好。

1.2 .NET框架。.NET框架（Framework）[2]是一種以通用語言運行庫（Common Language Runtime）為基礎采用系統(tǒng)虛擬機運行的編程平臺，包括.NET類庫和公共語言運行時，支持多種語言的開發(fā)，提供數(shù)據(jù)庫訪問技術ADO.NET、網(wǎng)絡應用開發(fā)技術ASP.NET和WINDOWS編程技術WinForm。從層次結構來看，.NET框架包括三個主要組成部分：公共語言運行時、服務框架和上層的兩類應用接口。

2 系統(tǒng)功能需求分析與設計

2.1 功能需求分析。整個組態(tài)軟件系統(tǒng)采用分層控制結構，以一臺工業(yè)控制計算機作為上位機，下層由幾個現(xiàn)地單元LCU組成。分別承擔不同機組與上位機數(shù)據(jù)傳輸工作。上位機以系統(tǒng)軟件為系統(tǒng)監(jiān)控軟件的設計平臺，按系統(tǒng)要求在系統(tǒng)軟件基礎上對系統(tǒng)進行二次開發(fā)。完成全站的自動化運行及其管理。該系統(tǒng)軟件屬于上位機軟件。根據(jù)要求我們采用前后臺軟件編程技術，前臺軟件主要完成監(jiān)控系統(tǒng)的管理工作，主要面向用戶，通過用戶界面響應用戶操作并實時顯示下下位機提供監(jiān)控數(shù)據(jù)信息，后臺軟件主要是完成數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。根據(jù)數(shù)據(jù)參數(shù)的性質、重要性進行分類，對其分時分批進行采集和處理。

2.2 功能結構分析。系統(tǒng)上位機軟件由兩大功能模塊組成，開發(fā)態(tài)功能模塊和運行態(tài)功能模塊。系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境相當于一套完整的工具軟件通過生成一系列的用戶數(shù)據(jù)文件，即目標文件，以及最終的圖形目標應用系統(tǒng)，供系統(tǒng)運行環(huán)境運行時使用。系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境由若干組態(tài)程序組成，如系統(tǒng)組態(tài)程序、圖形界面組態(tài)程序、實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)程序等。

組態(tài)結果投入運行后，在運行環(huán)境中，操作人員可以在它的支持下完成以下幾項任務。查看生產(chǎn)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)及流程畫面；打印各種實時/歷史生產(chǎn)報表；瀏覽各個實時/歷史趨勢畫面；及時得到并處理各種過程報警和系統(tǒng)報警；與管理部門的計算機聯(lián)網(wǎng)，為管理部門提供生產(chǎn)中的實時數(shù)據(jù)。圖1是組態(tài)軟件總體結構圖。

圖1 組態(tài)軟件總體結構圖

3 系統(tǒng)詳細設計

3.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境界面設計。開發(fā)環(huán)境是設備工程師用于設計監(jiān)測設備動畫的開發(fā)設計平臺。組態(tài)軟件的開發(fā)環(huán)境界面由菜單欄、工具欄、資源管理器、繪圖區(qū)、狀態(tài)欄及相關視圖組成，包含圖形界面子系統(tǒng)，當組態(tài)軟件安裝在電腦上后，會自動生成組態(tài)開發(fā)環(huán)境。開發(fā)環(huán)境如圖2所示，主要是完成兩個功能，一是利用軟件提供的圖形工具完成模擬現(xiàn)場工藝流程的圖形畫面的繪制，工程項目開發(fā)人員可以在開發(fā)環(huán)境中完成監(jiān)控圖形界面的設計，管理整個組態(tài)軟件系統(tǒng)的配置信息，二是使得畫面中的圖元對象屬性隨現(xiàn)場數(shù)據(jù)的變化而動態(tài)變化，定義變量、關聯(lián)變量源和編寫動作腳本，同時可以配置各種系統(tǒng)參數(shù)，包括啟動程序組件，圖元的設計，變量的配置，數(shù)據(jù)庫的配置以及腳本的開發(fā)等。通過建立一系列用戶數(shù)據(jù)文件，生成目標文件，并可在運行環(huán)境中運行。

圖2 組態(tài)軟件開發(fā)環(huán)境界面

3.2 VBA腳本編輯器設計。用戶可以自定義腳本，運行平臺可以執(zhí)行用戶根據(jù)自身需要所開發(fā)的腳本代碼，并且在腳本引擎的幫助下，運行平臺可以針對用戶的不同需求，生成腳本代碼，不需要再次編譯就可以實現(xiàn)多種多樣的邏輯功能，編輯界面如圖3所示。

圖3 VBA腳本編輯器界面

4 結束語

本項目可以為自動化行業(yè)組態(tài)軟件的研發(fā)提供技術支持和最優(yōu)設計方案，在自動化系統(tǒng)中國內監(jiān)控組態(tài)軟件廠商承載著民族工業(yè)自動化產(chǎn)業(yè)的未來希望與核心競爭力，因此本系統(tǒng)的研發(fā)具有重要的意義，具有極高的經(jīng)濟價值和社會價值。也可以為后續(xù)技術創(chuàng)新、延長軟件產(chǎn)品線滿足用戶日益增長的各種需求，并保持原創(chuàng)性創(chuàng)新的長盛不衰，促進中國的工業(yè)自動化軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有一定的歷史意義。

參考文獻：

[1]李帆.先進控制系統(tǒng)組態(tài)軟件的開發(fā)及其應用[D].中國石油大學（華東），2009.

[2]梁爽，楊明，義曉艷.NET框架程序設計[W].北京：淸華人學山版社，2010.

[3]李艷.嵌入式組態(tài)軟件設備通訊子系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].武漢：武漢科技大學，2009.

[4]竇磊.組態(tài)軟件在壓力機自動化設計中的應用[J].鍛壓裝備與制造技術，2010，45（3）：67-69

[5]袁一平.基于VC++平臺的LR語法分析器的分析與實現(xiàn)[J].長春理工大學學報，2007（4）：67-69.

作者簡介：羅禹錦（1993-）男，遼寧錦州人，遼寧科技大學電子與信息工程學院，研究方向：自動化控制與理論。

作者單位：遼寧科技大學 電子與信息工程學院，遼寧鞍山 114051

基金項目：遼寧科技大學2013年校級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（No. 101462013042），指導教師：丁寧。