組態(tài)軟件的發(fā)展和趨勢（轉載）
1. 組態(tài)軟件產(chǎn)生的背景
“組態(tài)”的概念是伴隨著(zhù)集散型控制系統（Distributed Control System簡(jiǎn)稱(chēng)DCS）的出現才開(kāi)始被廣大的生產(chǎn)過(guò)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)展和應用過(guò)程中，PC（包括工控機）相比以前的專(zhuān)用系統具有的優(yōu)勢日趨明顯。這些優(yōu)勢主要體現在：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構建的工業(yè)控制系統具有相對較低的擁有成本；PC的軟件資源和硬件資豐富，軟件之間的互操作性強；基于PC的控制系統易于學(xué)習和使用，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)軟件占據著(zhù)非常特殊而且重要的地位。
組態(tài)軟件是指一些數據采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統監控層一級的軟件平臺和開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶(hù)提供快速構建工業(yè)自動(dòng)控制系統監控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應該能支持各種工控設備和常見(jiàn)的通信協(xié)議，并且通常應提供分布式數據管理和網(wǎng)絡(luò )功能。對應于原有的HMI（人機接口軟件，Human Machine Interface）的概念，組態(tài)軟件應該是一個(gè)使用戶(hù)能快速建立自己的HMI的軟件工具，或開(kāi)發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現之前，工控領(lǐng)域的用戶(hù)通過(guò)手工或委托第三方編寫(xiě)HMI應用，開(kāi)發(fā)時(shí)間長(cháng)，效率低，可靠性差；或者購買(mǎi)專(zhuān)用的工控系統，通常是封閉的系統，選擇余地小，往往不能滿(mǎn)足需求，很難與外界進(jìn)行數據交互，升級和增加功能都受到嚴重的限制。組態(tài)軟件的出現，把用戶(hù)從這些困境中解脫出來(lái)，可以利用組態(tài)軟件的功能，構建一套最適合自己的應用系統。隨著(zhù)它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數據庫、實(shí)時(shí)控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開(kāi)放數據接口、對I/O設備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內容，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，監控組態(tài)軟件將會(huì )不斷被賦予新的內容。
2. 組態(tài)軟件在我國的發(fā)展及國內外主要產(chǎn)品介紹
組態(tài)軟件產(chǎn)品于80年代初出現，并在80年代末期進(jìn)入我國。但在90年代中期之前，組態(tài)軟件在我國的應用并不普及。究其原因，大致有以下幾點(diǎn)：
①?lài)鴥扔脩?hù)還缺乏對組態(tài)軟件的認識，項目中沒(méi)有組態(tài)軟件的預算，或寧愿投入人力物力針對具體項目做長(cháng)周期的繁冗的上位機的編程開(kāi)發(fā)，而不采用組態(tài)軟件；
②在很長(cháng)時(shí)間里，國內用戶(hù)的軟件意識還不強，面對價(jià)格不菲的進(jìn)口軟件（早期的組態(tài)軟件多為國外廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)），很少有用戶(hù)愿意去購買(mǎi)正版。
③當時(shí)國內的工業(yè)自動(dòng)化和信息技術(shù)應用的水平還不高，組態(tài)軟件提供了對大規模應用、大量數據進(jìn)行采集、監控、處理并可以將處理的結果生成管理所需的數據，這些需求并未完全形成。
隨著(zhù)工業(yè)控制系統應用的深入，在面臨規模更大、控制更復雜的控制系統時(shí)，人們逐漸意識到原有的上位機編程的開(kāi)發(fā)方式。對項目來(lái)說(shuō)是費時(shí)費力、得不償失的，同時(shí)，MIS（管理信息系統，Management Information System）和CIMS（計算機集成制造系統，Computer Integrated Manufacturing System）的大量應用，要求工業(yè)現場(chǎng)為企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、決策提供更詳細和深入的數據，以便優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中的各個(gè)環(huán)節。因此，在1995年以后，組態(tài)軟件在國內的應用逐漸得到了普及。下面就對幾種組態(tài)軟件分別進(jìn)行介紹。
①I(mǎi)nTouch：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，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(ài)默生收購，現在是愛(ài)默生集團的全資子公司， Fix6.ｘ軟件提供工控人員熟悉的概念和操作界面，并提供完備的驅動(dòng)程序（需單獨購買(mǎi)）。Intellution將自己最新的產(chǎn)品系列命名為iFiX，在iFiX中，Intellution提供了強大的組態(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(yǔ)言改為VBA（Visual Basic For Application），并且在內部集成了微軟的VBA開(kāi)發(fā)環(huán)境。遺憾的是，Intellution并沒(méi)有提供6.1版腳本語(yǔ)言到VBA的轉換工具。在 iFiX中，Intellution的產(chǎn)品與Microsoft的操作系統、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組件和驅動(dòng)程序同樣需要單獨購買(mǎi)。
③Citech：CiT公司的 Citech也是較早進(jìn)入中國市場(chǎng)的產(chǎn)品。Citech具有簡(jiǎn)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(hù)。Citech提供了類(lèi)似Ｃ語(yǔ)言的腳本語(yǔ)言進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，但與iFix不同的是，Citech的腳本語(yǔ)言并非是面向對象的，而是類(lèi)似于Ｃ語(yǔ)言，這無(wú)疑為用戶(hù)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)增加了難度。
④WinCC：Simens的WinCC也是一套完備的組態(tài)開(kāi)發(fā)環(huán)境，Simens提供類(lèi)Ｃ語(yǔ)言的腳本，包括一個(gè)調試環(huán)境。WinCC內嵌OPC支持，并可對分布式系統進(jìn)行組態(tài)。但WinCC的結構較復雜，用戶(hù)最好經(jīng)過(guò)Simens的培訓以掌握WinCC的應用。
⑤組態(tài)王：組態(tài)王是國內第一家較有影響的組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)公司（更早的品牌多數已經(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(yǔ)言支持。組態(tài)王也提供多種硬件驅動(dòng)程序。
⑥Controx （開(kāi)物）：華富計算機公司的Controx2000是全32位的組態(tài)開(kāi)發(fā)平臺，為工控用戶(hù)提供了強大的實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、歷史曲線(xiàn)、報警、數據報表及報告功能。作為國內最早加入OPC組織的軟件開(kāi)發(fā)商，Controx內建OPC支持，并提供數十種高性能驅動(dòng)程序。提供面向對象的腳本語(yǔ)言編譯器，支持ActiveX 組件和插件的即插即用，并支持通過(guò)ODBC連接外部數據庫。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(lái)說(shuō)，力控也是國內較早就已經(jīng)出現的組態(tài)軟件之一。只是因為早期力控一直沒(méi)有作為正式商品廣泛推廣，所以并不為大多數人所知。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(lái)隨著(zhù) Windows3.1的流行，又開(kāi)發(fā)出了16位Windows版的力控。但直至Windows95版本的力控誕生之前，他主要用于公司內部的一些項目。 32位下的1.0版的力控，在體系結構上就已經(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)數據庫的三層結構，而且其實(shí)時(shí)數據庫結構可為可組態(tài)的活結構。在1999~2000年期間，力控得到了長(cháng)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(kāi)放性和I/O驅動(dòng)數量，都得到了很大的提高。在很多環(huán)節的設計上，力控都能從國內用戶(hù)的角度出發(fā)，即注重實(shí)用性，又不失大軟件的規范。另外，公司在產(chǎn)品的培訓、用戶(hù)技術(shù)支持等方面投入了較大人力，相信在較短時(shí)間內，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(jiàn)的組態(tài)軟件還有GE的Cimplicity，Rockwell的RsView，NI的LookOut，PCSoft的Wizcon以及國內一些組態(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(lèi)似的功能：比如，幾乎所有運行于32位Windows平臺的組態(tài)軟件都采用類(lèi)似資源瀏覽器的窗口結構，并且對工業(yè)控制系統中的各種資源（設備、標簽量、畫(huà)面等）進(jìn)行配置和編輯；都提供多種數據驅動(dòng)程序；都使用腳本語(yǔ)言提供二次開(kāi)發(fā)的功能，等等。但是，從技術(shù)上說(shuō)，各種組態(tài)軟件提供實(shí)現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(lái)發(fā)展的方向。
3.1數據采集的方式
大多數組態(tài)軟件提供多種數據采集程序，用戶(hù)可以進(jìn)行配置。然而，在這種情況下，驅動(dòng)程序只能由組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)商提供，或者由用戶(hù)按照某種組態(tài)軟件的接口規范編寫(xiě)，這為用戶(hù)提出了過(guò)高的要求。由OPC基金組織提出的OPC規范基于微軟的OLE/DCOM技術(shù)，提供了在分布式系統下，軟件組件交互和共享數據的完整的解決方案。在支持OPC的系統中，數據的提供者作為服務(wù)器（Server），數據請求者作為客戶(hù)（Client），服務(wù)器和客戶(hù)之間通過(guò)DCOM接口進(jìn)行通信，而無(wú)需知道對方內部實(shí)現的細節。由于COM技術(shù)是在二進(jìn)制代碼級實(shí)現的，所以服務(wù)器和客戶(hù)可以由不同的廠(chǎng)商提供。在實(shí)際應用中，作為服務(wù)器的數據采集程序往往由硬件設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(hù)的組態(tài)軟件可以通過(guò)OPC與各廠(chǎng)家的驅動(dòng)程序無(wú)縫連接，故從根本上解決了以前采用專(zhuān)用格式驅動(dòng)程序總是滯后于硬件更新的問(wèn)題。同時(shí)，組態(tài)軟件同樣可以作為服務(wù)器為其他的應用系統（如MIS等）提供數據。OPC現在已經(jīng)得到了包括Interllution、Simens、GE、ABB等國外知名廠(chǎng)商的支持。隨著(zhù)支持OPC的組態(tài)軟件和硬件設備的普及，使用OPC進(jìn)行數據采集必將成為組態(tài)中更合理的選擇。
3.2腳本的功能
腳本語(yǔ)言是擴充組態(tài)系統功能的重要手段。因此，大多數組態(tài)軟件提供了腳本語(yǔ)言的支持。具體的實(shí)現方式可分為三種：一是內置的類(lèi)C/Basic語(yǔ)言；二是采用微軟的VBA的編程語(yǔ)言；三是有少數組態(tài)軟件采用面向對象的腳本語(yǔ)言。類(lèi) C/Basic語(yǔ)言要求用戶(hù)使用類(lèi)似高級語(yǔ)言的語(yǔ)句書(shū)寫(xiě)腳本，使用系統提供的函數調用組合完成各種系統功能。應該指明的是，多數采用這種方式的國內組態(tài)軟件，對腳本的支持并不完善，許多組態(tài)軟件只提供IF…THEN…ELSE的語(yǔ)句結構，不提供循環(huán)控制語(yǔ)句，為書(shū)寫(xiě)腳本程序帶來(lái)了一定的困難。微軟的VBA 是一種相對完備的開(kāi)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)系統中的對象以組件方式實(shí)現，使用VBA的程序對這些對象進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。由于VisualBasic是解釋執行的，所以VBA程序的一些語(yǔ)法錯誤可能到執行時(shí)才能發(fā)現。而面向對象的腳本語(yǔ)言提供了對象訪(fǎng)問(wèn)機制，對系統中的對象可以通過(guò)其屬性和方法進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，比較容易學(xué)習、掌握和擴展，但實(shí)現比較復雜。
3.3組態(tài)環(huán)境的可擴展性
可擴展性為用戶(hù)提供了在不改變原有系統的情況下，向系統內增加新功能的能力，這種增加的功能可能來(lái)自于組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)商、第三方軟件提供商或用戶(hù)自身。增加功能最常用的手段是ActiveX組件的應用，目前還只有少數組態(tài)軟件能提供完備的ActiveX組件引入功能及實(shí)現引入對象在腳本語(yǔ)言中的訪(fǎng)問(wèn)。
3.4組態(tài)軟件的開(kāi)放性
隨著(zhù)管理信息系統和計算機集成制造系統的普及，生產(chǎn)現場(chǎng)數據的應用已經(jīng)不僅僅局限于數據采集和監控。在生產(chǎn)制造過(guò)程中，需要現場(chǎng)的大量數據進(jìn)行流程分析和過(guò)程控制，以實(shí)現對生產(chǎn)流程的調整和優(yōu)化�，F有的組態(tài)軟件對大部分這些方面需求還只能以報表的形式提供，或者通過(guò)ODBC將數據導出到外部數據庫，以供其他的業(yè)務(wù)系統調用，在絕大多數情況下，仍然需要進(jìn)行再開(kāi)發(fā)才能實(shí)現。隨著(zhù)生產(chǎn)決策活動(dòng)對信息需求的增加，可以預見(jiàn)，組態(tài)軟件與管理信息系統或領(lǐng)導信息系統的集成必將更加緊密，并很可能以實(shí)現數據分析與決策功能的模塊形式在組態(tài)軟件中出現。
3.5對Internet的支持程度
現代企業(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)現分布式生產(chǎn)的基礎。組態(tài)軟件能否從原有的局域網(wǎng)運行方式跨越到支持Internet，是擺在所有組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)商面前的一個(gè)重要課題。限于國內目前的網(wǎng)絡(luò )基礎設施和工業(yè)控制應用的程度，筆者認為，在較長(cháng)時(shí)間內，以瀏覽器方式通過(guò) Internet對工業(yè)現場(chǎng)的監控，將會(huì )在大部分應用中停留于監視階段，而實(shí)際控制功能的完成應該通過(guò)更穩定的技術(shù)，如專(zhuān)用的遠程客戶(hù)端、由專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)商提供的ActiveX控件或Java技術(shù)實(shí)現。
3.6組態(tài)軟件的控制功能
隨著(zhù)以工業(yè)PC為核心的自動(dòng)控制集成系統技術(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(hù)對組態(tài)軟件的要求已不像過(guò)去那樣主要側重于畫(huà)面，而是要考慮一些實(shí)質(zhì)性的應用功能，如軟件PLC，先進(jìn)過(guò)程控制策略等。
軟PLC產(chǎn)品是基于PC機開(kāi)放結構的控制裝置，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)可將標準的工業(yè)PC轉換成全功能的PLC過(guò)程控制器。軟PLC綜合了計算機和PLC的開(kāi)關(guān)量控制、模擬量控制、數學(xué)運算、數值處理、通信網(wǎng)絡(luò )等功能，通過(guò)一個(gè)多任務(wù)控制內核，提供了強大的指令集、快速而準確的掃描周期、可靠的操作和可連接各種Ｉ/Ｏ系統及網(wǎng)絡(luò )的開(kāi)放式結構。所以可以這樣說(shuō)，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。國內推出軟PLC產(chǎn)品的組態(tài)軟件還不見(jiàn)有，國內組態(tài)軟件要想全面超過(guò)國外的競爭對手，就必須搞創(chuàng )新，推出類(lèi)似功能的產(chǎn)品。
隨著(zhù)企業(yè)提出的高柔性、高效益的要求，以經(jīng)典控制理論為基礎的控制方案已經(jīng)不能適應，以多變量預測控制為代表的先進(jìn)控制策略的提出和成功應用之后，先進(jìn)過(guò)程控制受到了過(guò)程工業(yè)界的普遍關(guān)注。先進(jìn)過(guò)程控制（Advanced Process Control，APC）是指一類(lèi)在動(dòng)態(tài)環(huán)境中，基于模型、充分借助計算機能力，為工廠(chǎng)獲得最大理論而實(shí)施的運行和控制策略。先進(jìn)控制策略主要有：雙重控制及閥位控制、純滯后補償控制、解耦控制、自適應控制、差拍控制、狀態(tài)反饋控制、多變量預測控制、推理控制及軟測量技術(shù)、智能控制（專(zhuān)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(kāi)發(fā)和應用的熱點(diǎn)。目前，國內許多大企業(yè)紛紛投資，在裝置自動(dòng)化系統中實(shí)施先進(jìn)控制。國外許多控制軟件公司和DCS 廠(chǎng)商都在競相開(kāi)發(fā)先進(jìn)控制和優(yōu)化控制的工程軟件包。據資料報道，一個(gè)乙烯裝置投資163萬(wàn)美元實(shí)施先進(jìn)控制，完成后預期可獲得效益600萬(wàn)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(hù)的極大歡迎。
4.結束語(yǔ)
用戶(hù)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得尤為明顯。未來(lái)的組態(tài)軟件將是提供更加強大的分布式環(huán)境下的組態(tài)功能、全面支持ActiveX、擴展能力強、支持OPC等工業(yè)標準、控制功能強、并能通過(guò)Internet進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)的開(kāi)放式系統。
滬公網(wǎng)安備31010802001143號
