組態(tài)軟件的發(fā)展和趨勢（轉(zhuǎn)載）
1. 組態(tài)軟件產(chǎn)生的背景
“組態(tài)”的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng)（Distributed Control System簡稱DCS）的出現(xiàn)才開始被廣大的生產(chǎn)過程自動(dòng)化技術(shù)人員所熟知的。在工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用過程中，PC（包括工控機(jī)）相比以前的專用系統(tǒng)具有的優(yōu)勢日趨明顯。這些優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：PC技術(shù)保持了較快的發(fā)展速度，各種相關(guān)技術(shù)已臻成熟；由PC構(gòu)建的工業(yè)控制系統(tǒng)具有相對(duì)較低的擁有成本；PC的軟件資源和硬件資豐富，軟件之間的互操作性強(qiáng)；基于PC的控制系統(tǒng)易于學(xué)習(xí)和使用，可以容易地得到技術(shù)方面的支持。在PC技術(shù)向工業(yè)控制領(lǐng)域的滲透中，組態(tài)軟件占據(jù)著非常特殊而且重要的地位。
組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對(duì)應(yīng)于原有的HMI（人機(jī)接口軟件，Human Machine Interface）的概念，組態(tài)軟件應(yīng)該是一個(gè)使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具，或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI應(yīng)用，開發(fā)時(shí)間長，效率低，可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級(jí)和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶從這些困境中解脫出來，可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對(duì)I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會(huì)不斷被賦予新的內(nèi)容。
2. 組態(tài)軟件在我國的發(fā)展及國內(nèi)外主要產(chǎn)品介紹
組態(tài)軟件產(chǎn)品于80年代初出現(xiàn)，并在80年代末期進(jìn)入我國。但在90年代中期之前，組態(tài)軟件在我國的應(yīng)用并不普及。究其原因，大致有以下幾點(diǎn)：
①國內(nèi)用戶還缺乏對(duì)組態(tài)軟件的認(rèn)識(shí)，項(xiàng)目中沒有組態(tài)軟件的預(yù)算，或?qū)幵竿度肴肆ξ锪︶槍?duì)具體項(xiàng)目做長周期的繁冗的上位機(jī)的編程開發(fā)，而不采用組態(tài)軟件；
②在很長時(shí)間里，國內(nèi)用戶的軟件意識(shí)還不強(qiáng)，面對(duì)價(jià)格不菲的進(jìn)口軟件（早期的組態(tài)軟件多為國外廠家開發(fā)），很少有用戶愿意去購買正版。
③當(dāng)時(shí)國內(nèi)的工業(yè)自動(dòng)化和信息技術(shù)應(yīng)用的水平還不高，組態(tài)軟件提供了對(duì)大規(guī)模應(yīng)用、大量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)控、處理并可以將處理的結(jié)果生成管理所需的數(shù)據(jù)，這些需求并未完全形成。
隨著工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用的深入，在面臨規(guī)模更大、控制更復(fù)雜的控制系統(tǒng)時(shí)，人們逐漸意識(shí)到原有的上位機(jī)編程的開發(fā)方式。對(duì)項(xiàng)目來說是費(fèi)時(shí)費(fèi)力、得不償失的，同時(shí)，MIS（管理信息系統(tǒng)，Management Information System）和CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，Computer Integrated Manufacturing System）的大量應(yīng)用，要求工業(yè)現(xiàn)場為企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營、決策提供更詳細(xì)和深入的數(shù)據(jù)，以便優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營中的各個(gè)環(huán)節(jié)。因此，在1995年以后，組態(tài)軟件在國內(nèi)的應(yīng)用逐漸得到了普及。下面就對(duì)幾種組態(tài)軟件分別進(jìn)行介紹。
①InTouch：Wonderware的InTouch軟件是最早進(jìn)入我國的組態(tài)軟件。在80年代末、90年代初，基于Windows3.1的InTouch軟件曾讓我們耳目一新，并且InTouch提供了豐富的圖庫。但是，早期的InTouch軟件采用ＤＤＥ方式與驅(qū)動(dòng)程序通信，性能較差，最新的InTouch7.0版已經(jīng)完全基于32位的Windows平臺(tái)，并且提供了OPC支持。
②Fix：Intellution公司以Fix組態(tài)軟件起家，1995年被愛默生收購，現(xiàn)在是愛默生集團(tuán)的全資子公司， Fix6.ｘ軟件提供工控人員熟悉的概念和操作界面，并提供完備的驅(qū)動(dòng)程序（需單獨(dú)購買）。Intellution將自己最新的產(chǎn)品系列命名為iFiX，在iFiX中，Intellution提供了強(qiáng)大的組態(tài)功能，但新版本與以往的6.ｘ版本并不完全兼容。原有的Script語言改為VBA（Visual Basic For Application），并且在內(nèi)部集成了微軟的VBA開發(fā)環(huán)境。遺憾的是，Intellution并沒有提供6.1版腳本語言到VBA的轉(zhuǎn)換工具。在 iFiX中，Intellution的產(chǎn)品與Microsoft的操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了緊密的集成。Intellution也是OPC（OLE for Process Control）組織的發(fā)起成員之一。iFiX的OPC組件和驅(qū)動(dòng)程序同樣需要單獨(dú)購買。
③Citech：CiT公司的 Citech也是較早進(jìn)入中國市場的產(chǎn)品。Citech具有簡潔的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序員，而不是工控用戶。Citech提供了類似Ｃ語言的腳本語言進(jìn)行二次開發(fā)，但與iFix不同的是，Citech的腳本語言并非是面向?qū)ο蟮模穷愃朴冢谜Z言，這無疑為用戶進(jìn)行二次開發(fā)增加了難度。
④WinCC：Simens的WinCC也是一套完備的組態(tài)開發(fā)環(huán)境，Simens提供類Ｃ語言的腳本，包括一個(gè)調(diào)試環(huán)境。WinCC內(nèi)嵌OPC支持，并可對(duì)分布式系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。但WinCC的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用戶最好經(jīng)過Simens的培訓(xùn)以掌握WinCC的應(yīng)用。
⑤組態(tài)王：組態(tài)王是國內(nèi)第一家較有影響的組態(tài)軟件開發(fā)公司（更早的品牌多數(shù)已經(jīng)湮滅）。組態(tài)王提供了資源管理器式的操作主界面，并且提供了以漢字作為關(guān)鍵字的腳本語言支持。組態(tài)王也提供多種硬件驅(qū)動(dòng)程序。
⑥Controx （開物）：華富計(jì)算機(jī)公司的Controx2000是全32位的組態(tài)開發(fā)平臺(tái)，為工控用戶提供了強(qiáng)大的實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、報(bào)警、數(shù)據(jù)報(bào)表及報(bào)告功能。作為國內(nèi)最早加入OPC組織的軟件開發(fā)商，Controx內(nèi)建OPC支持，并提供數(shù)十種高性能驅(qū)動(dòng)程序。提供面向?qū)ο蟮哪_本語言編譯器，支持ActiveX 組件和插件的即插即用，并支持通過ODBC連接外部數(shù)據(jù)庫。Controx同時(shí)提供網(wǎng)絡(luò)支持和WevServer功能。
⑦ForceControl （力控）：大慶三維公司的ForceControl（力控）從時(shí)間概念上來說，力控也是國內(nèi)較早就已經(jīng)出現(xiàn)的組態(tài)軟件之一。只是因?yàn)樵缙诹匾恢睕]有作為正式商品廣泛推廣，所以并不為大多數(shù)人所知。大約在93年左右，力控就已形成了第一個(gè)版本，只是那時(shí)還是一個(gè)基于DOS和VMS的版本。后來隨著 Windows3.1的流行，又開發(fā)出了16位Windows版的力控。但直至Windows95版本的力控誕生之前，他主要用于公司內(nèi)部的一些項(xiàng)目。 32位下的1.0版的力控，在體系結(jié)構(gòu)上就已經(jīng)具備了較為明顯的先進(jìn)性，其最大的特征之一就是其基于真正意義的分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的三層結(jié)構(gòu)，而且其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)可為可組態(tài)的活結(jié)構(gòu)。在1999~2000年期間，力控得到了長足的發(fā)展，最新推出的2.0版在功能的豐富特性、易用性、開放性和I/O驅(qū)動(dòng)數(shù)量，都得到了很大的提高。在很多環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)上，力控都能從國內(nèi)用戶的角度出發(fā)，即注重實(shí)用性，又不失大軟件的規(guī)范。另外，公司在產(chǎn)品的培訓(xùn)、用戶技術(shù)支持等方面投入了較大人力，相信在較短時(shí)間內(nèi)，力控軟件產(chǎn)品將在工控軟件界形成巨大的沖擊。
其他常見的組態(tài)軟件還有GE的Cimplicity，Rockwell的RsView，NI的LookOut，PCSoft的Wizcon以及國內(nèi)一些組態(tài)軟件通態(tài)軟件公司的MCGS，也都各有特色。
3. 組態(tài)軟件的功能特點(diǎn)發(fā)展方向
目前看到的所有組態(tài)軟件都能完成類似的功能：比如，幾乎所有運(yùn)行于32位Windows平臺(tái)的組態(tài)軟件都采用類似資源瀏覽器的窗口結(jié)構(gòu)，并且對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種資源（設(shè)備、標(biāo)簽量、畫面等）進(jìn)行配置和編輯；都提供多種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)程序；都使用腳本語言提供二次開發(fā)的功能，等等。但是，從技術(shù)上說，各種組態(tài)軟件提供實(shí)現(xiàn)這些功能的方法卻各不相同。從這些不同之處，以及PC技術(shù)發(fā)展的趨勢，可以看出組態(tài)軟件未來發(fā)展的方向。
3.1數(shù)據(jù)采集的方式
大多數(shù)組態(tài)軟件提供多種數(shù)據(jù)采集程序，用戶可以進(jìn)行配置。然而，在這種情況下，驅(qū)動(dòng)程序只能由組態(tài)軟件開發(fā)商提供，或者由用戶按照某種組態(tài)軟件的接口規(guī)范編寫，這為用戶提出了過高的要求。由OPC基金組織提出的OPC規(guī)范基于微軟的OLE/DCOM技術(shù)，提供了在分布式系統(tǒng)下，軟件組件交互和共享數(shù)據(jù)的完整的解決方案。在支持OPC的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的提供者作為服務(wù)器（Server），數(shù)據(jù)請(qǐng)求者作為客戶（Client），服務(wù)器和客戶之間通過DCOM接口進(jìn)行通信，而無需知道對(duì)方內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)。由于COM技術(shù)是在二進(jìn)制代碼級(jí)實(shí)現(xiàn)的，所以服務(wù)器和客戶可以由不同的廠商提供。在實(shí)際應(yīng)用中，作為服務(wù)器的數(shù)據(jù)采集程序往往由硬件設(shè)備制造商隨硬件提供，可以發(fā)揮硬件的全部效能，而作為客戶的組態(tài)軟件可以通過OPC與各廠家的驅(qū)動(dòng)程序無縫連接，故從根本上解決了以前采用專用格式驅(qū)動(dòng)程序總是滯后于硬件更新的問題。同時(shí)，組態(tài)軟件同樣可以作為服務(wù)器為其他的應(yīng)用系統(tǒng)（如MIS等）提供數(shù)據(jù)。OPC現(xiàn)在已經(jīng)得到了包括Interllution、Simens、GE、ABB等國外知名廠商的支持。隨著支持OPC的組態(tài)軟件和硬件設(shè)備的普及，使用OPC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集必將成為組態(tài)中更合理的選擇。
3.2腳本的功能
腳本語言是擴(kuò)充組態(tài)系統(tǒng)功能的重要手段。因此，大多數(shù)組態(tài)軟件提供了腳本語言的支持。具體的實(shí)現(xiàn)方式可分為三種：一是內(nèi)置的類C/Basic語言；二是采用微軟的VBA的編程語言；三是有少數(shù)組態(tài)軟件采用面向?qū)ο蟮哪_本語言。類 C/Basic語言要求用戶使用類似高級(jí)語言的語句書寫腳本，使用系統(tǒng)提供的函數(shù)調(diào)用組合完成各種系統(tǒng)功能。應(yīng)該指明的是，多數(shù)采用這種方式的國內(nèi)組態(tài)軟件，對(duì)腳本的支持并不完善，許多組態(tài)軟件只提供IF…THEN…ELSE的語句結(jié)構(gòu)，不提供循環(huán)控制語句，為書寫腳本程序帶來了一定的困難。微軟的VBA 是一種相對(duì)完備的開發(fā)環(huán)境，采用VBA的組態(tài)軟件通常使用微軟的VBA環(huán)境和組件技術(shù)，把組態(tài)系統(tǒng)中的對(duì)象以組件方式實(shí)現(xiàn)，使用VBA的程序?qū)@些對(duì)象進(jìn)行訪問。由于VisualBasic是解釋執(zhí)行的，所以VBA程序的一些語法錯(cuò)誤可能到執(zhí)行時(shí)才能發(fā)現(xiàn)。而面向?qū)ο蟮哪_本語言提供了對(duì)象訪問機(jī)制，對(duì)系統(tǒng)中的對(duì)象可以通過其屬性和方法進(jìn)行訪問，比較容易學(xué)習(xí)、掌握和擴(kuò)展，但實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜。
3.3組態(tài)環(huán)境的可擴(kuò)展性
可擴(kuò)展性為用戶提供了在不改變原有系統(tǒng)的情況下，向系統(tǒng)內(nèi)增加新功能的能力，這種增加的功能可能來自于組態(tài)軟件開發(fā)商、第三方軟件提供商或用戶自身。增加功能最常用的手段是ActiveX組件的應(yīng)用，目前還只有少數(shù)組態(tài)軟件能提供完備的ActiveX組件引入功能及實(shí)現(xiàn)引入對(duì)象在腳本語言中的訪問。
3.4組態(tài)軟件的開放性
隨著管理信息系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的普及，生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的應(yīng)用已經(jīng)不僅僅局限于數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。在生產(chǎn)制造過程中，需要現(xiàn)場的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行流程分析和過程控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)流程的調(diào)整和優(yōu)化。現(xiàn)有的組態(tài)軟件對(duì)大部分這些方面需求還只能以報(bào)表的形式提供，或者通過ODBC將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到外部數(shù)據(jù)庫，以供其他的業(yè)務(wù)系統(tǒng)調(diào)用，在絕大多數(shù)情況下，仍然需要進(jìn)行再開發(fā)才能實(shí)現(xiàn)。隨著生產(chǎn)決策活動(dòng)對(duì)信息需求的增加，可以預(yù)見，組態(tài)軟件與管理信息系統(tǒng)或領(lǐng)導(dǎo)信息系統(tǒng)的集成必將更加緊密，并很可能以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析與決策功能的模塊形式在組態(tài)軟件中出現(xiàn)。
3.5對(duì)Internet的支持程度
現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)已經(jīng)趨向國際化、分布式的生產(chǎn)方式。Internet將是實(shí)現(xiàn)分布式生產(chǎn)的基礎(chǔ)。組態(tài)軟件能否從原有的局域網(wǎng)運(yùn)行方式跨越到支持Internet，是擺在所有組態(tài)軟件開發(fā)商面前的一個(gè)重要課題。限于國內(nèi)目前的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)控制應(yīng)用的程度，筆者認(rèn)為，在較長時(shí)間內(nèi)，以瀏覽器方式通過 Internet對(duì)工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)控，將會(huì)在大部分應(yīng)用中停留于監(jiān)視階段，而實(shí)際控制功能的完成應(yīng)該通過更穩(wěn)定的技術(shù)，如專用的遠(yuǎn)程客戶端、由專業(yè)開發(fā)商提供的ActiveX控件或Java技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
3.6組態(tài)軟件的控制功能
隨著以工業(yè)PC為核心的自動(dòng)控制集成系統(tǒng)技術(shù)的日趨完善和工程技術(shù)人員的使用組態(tài)軟件水平的不斷提高，用戶對(duì)組態(tài)軟件的要求已不像過去那樣主要側(cè)重于畫面，而是要考慮一些實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用功能，如軟件PLC，先進(jìn)過程控制策略等。
軟PLC產(chǎn)品是基于PC機(jī)開放結(jié)構(gòu)的控制裝置，它具有硬PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特點(diǎn)，利用軟件技術(shù)可將標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)PC轉(zhuǎn)換成全功能的PLC過程控制器。軟PLC綜合了計(jì)算機(jī)和PLC的開關(guān)量控制、模擬量控制、數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)值處理、通信網(wǎng)絡(luò)等功能，通過一個(gè)多任務(wù)控制內(nèi)核，提供了強(qiáng)大的指令集、快速而準(zhǔn)確的掃描周期、可靠的操作和可連接各種Ｉ/Ｏ系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)的開放式結(jié)構(gòu)。所以可以這樣說，軟PLC提供了與硬PLC同樣的功能，而同時(shí)具備了PC環(huán)境的各種優(yōu)點(diǎn)。目前，國際上影響比較大的產(chǎn)品有：法國CJ International公司的ISaGRAF軟件包、PCSoft International公司的WinPLC、美國Wizdom Control Intellution公司的Paradym-31、美國Moore Process Automation Solutions公司ProcessSuite、美國Wonder ware Controls公司的InControl、SoftPLC公司的SoftPLC等。國內(nèi)推出軟PLC產(chǎn)品的組態(tài)軟件還不見有，國內(nèi)組態(tài)軟件要想全面超過國外的競爭對(duì)手，就必須搞創(chuàng)新，推出類似功能的產(chǎn)品。
隨著企業(yè)提出的高柔性、高效益的要求，以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)的控制方案已經(jīng)不能適應(yīng)，以多變量預(yù)測控制為代表的先進(jìn)控制策略的提出和成功應(yīng)用之后，先進(jìn)過程控制受到了過程工業(yè)界的普遍關(guān)注。先進(jìn)過程控制（Advanced Process Control，APC）是指一類在動(dòng)態(tài)環(huán)境中，基于模型、充分借助計(jì)算機(jī)能力，為工廠獲得最大理論而實(shí)施的運(yùn)行和控制策略。先進(jìn)控制策略主要有：雙重控制及閥位控制、純滯后補(bǔ)償控制、解耦控制、自適應(yīng)控制、差拍控制、狀態(tài)反饋控制、多變量預(yù)測控制、推理控制及軟測量技術(shù)、智能控制（專家控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制）等，尤其智能控制已成為開發(fā)和應(yīng)用的熱點(diǎn)。目前，國內(nèi)許多大企業(yè)紛紛投資，在裝置自動(dòng)化系統(tǒng)中實(shí)施先進(jìn)控制。國外許多控制軟件公司和DCS 廠商都在競相開發(fā)先進(jìn)控制和優(yōu)化控制的工程軟件包。據(jù)資料報(bào)道，一個(gè)乙烯裝置投資163萬美元實(shí)施先進(jìn)控制，完成后預(yù)期可獲得效益600萬美元/年。從上可以看出能嵌入先進(jìn)控制和優(yōu)化控制策略的組態(tài)軟件必將受到用戶的極大歡迎。
4.結(jié)束語
用戶的需求促使技術(shù)不斷進(jìn)步，在組態(tài)軟件上這種趨勢體現(xiàn)得尤為明顯。未來的組態(tài)軟件將是提供更加強(qiáng)大的分布式環(huán)境下的組態(tài)功能、全面支持ActiveX、擴(kuò)展能力強(qiáng)、支持OPC等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、控制功能強(qiáng)、并能通過Internet進(jìn)行訪問的開放式系統(tǒng)。
滬公網(wǎng)安備31010802001143號(hào)
