組態(tài)軟件的發(fā)展和趨勢（轉載）
1. 組態(tài)軟件產生的背景
“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過程自動化技術人員所熟知的。在工業(yè)控制技術的不斷發(fā)展和應用過程中，PC（包括工控機）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技術保持了較快的發(fā)展速度，各種相關技術已臻成熟；由PC構建的工業(yè)控制系統(tǒng)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(tǒng)易于學習和使用，可以容易地得到技術方面的支持。在PC技術向工業(yè)控制領域的滲透中，組態(tài)軟件占據著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程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應該能支持各種工控設備和常見的通信協(xié)議，并且通常應提供分布式數據管理和網絡功能。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，工控領域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI應用，開發(fā)時間長，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(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，構建一套最適合自己的應用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實時數據庫、實時控制、SCADA、通訊及聯(lián)網、開放數據接口、對I/O設備的廣泛支持已經成為它的主要內容，隨著技術的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內容。
2. 組態(tài)軟件在我國的發(fā)展及國內外主要產品介紹
組態(tài)軟件產品于80年代初出現(xiàn)，并在80年代末期進入我國。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：
①國內用戶還缺乏對組態(tài)軟件的認識，項目中沒有組態(tài)軟件的預算，或寧愿投入人力物力針對具體項目做長周期的繁冗的上位機的編程開發(fā)，而不采用組態(tài)軟件；
②在很長時間里，國內用戶的軟件意識還不強，面對價格不菲的進口軟件（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當時國內的工業(yè)自動化和信息技術應用的水平還不高，組態(tài)軟件提供了對大規(guī)模應用、大量數據進行采集、監(jiān)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。
隨著工業(yè)控制系統(tǒng)應用的深入，在面臨規(guī)模更大、控制更復雜的控制系統(tǒng)時，人們逐漸意識到原有的上位機編程的開發(fā)方式。對項目來說是費時費力、得不償失的，同時，MIS（管理信息系統(tǒng)，Management Information System）和CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)，Computer Integrated Manufacturing System）的大量應用，要求工業(yè)現(xiàn)場為企業(yè)的生產、經營、決策提供更詳細和深入的數據，以便優(yōu)化企業(yè)生產經營中的各個環(huán)節(jié)。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)軟件分別進行介紹。
①InTouch：Wonderware的InTouch軟件是最早進入我國的組態(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方式與驅動程序通信，性能較差，最新的InTouch7.0版已經完全基于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年被愛默生收購，現(xiàn)在是愛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，并提供完備的驅動程序（需單獨購買）。Intellution將自己最新的產品系列命名為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語言改為VBA（Visual Basic For Application），并且在內部集成了微軟的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的轉換工具。在 iFiX中，Intellution的產品與Microsoft的操作系統(tǒng)、網絡進行了緊密的集成。Intellution也是OPC（OLE for Process Control）組織的發(fā)起成員之一。iFiX的OPC組件和驅動程序同樣需要單獨購買。
③Citech：CiT公司的 Citech也是較早進入中國市場的產品。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語言的腳本語言進行二次開發(fā)，但與iFix不同的是，Citech的腳本語言并非是面向對象的，而是類似于Ｃ語言，這無疑為用戶進行二次開發(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，包括一個調試環(huán)境。WinCC內嵌OPC支持，并可對分布式系統(tǒng)進行組態(tài)。但WinCC的結構較復雜，用戶最好經過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)軟件開發(fā)公司（更早的品牌多數已經湮滅）。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鍵字的腳本語言支持。組態(tài)王也提供多種硬件驅動程序。
⑥Controx （開物）：華富計算機公司的Controx2000是全32位的組態(tài)開發(fā)平臺，為工控用戶提供了強大的實時曲線、歷史曲線、報警、數據報表及報告功能。作為國內最早加入OPC組織的軟件開發(fā)商，Controx內建OPC支持，并提供數十種高性能驅動程序。提供面向對象的腳本語言編譯器，支持ActiveX 組件和插件的即插即用，并支持通過ODBC連接外部數據庫。Controx同時提供網絡支持和WevServer功能。
⑦ForceControl （力控）：大慶三維公司的ForceControl（力控）從時間概念上來說，力控也是國內較早就已經出現(xiàn)的組態(tài)軟件之一。只是因為早期力控一直沒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版本，只是那時還是一個基于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具備了較為明顯的先進性，其最大的特征之一就是其基于真正意義的分布式實時數據庫的三層結構，而且其實時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驅動數量，都得到了很大的提高。在很多環(huán)節(jié)的設計上，力控都能從國內用戶的角度出發(fā)，即注重實用性，又不失大軟件的規(guī)范。另外，公司在產品的培訓、用戶技術支持等方面投入了較大人力，相信在較短時間內，力控軟件產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，幾乎所有運行于32位Windows平臺的組態(tài)軟件都采用類似資源瀏覽器的窗口結構，并且對工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種資源（設備、標簽量、畫面等）進行配置和編輯；都提供多種數據驅動程序；都使用腳本語言提供二次開發(fā)的功能，等等。但是，從技術上說，各種組態(tài)軟件提供實現(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，用戶可以進行配置。然而，在這種情況下，驅動程序只能由組態(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，提供了在分布式系統(tǒng)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(tǒng)中，數據的提供者作為服務器（Server），數據請求者作為客戶（Client），服務器和客戶之間通過DCOM接口進行通信，而無需知道對方內部實現(xiàn)的細節(jié)。由于COM技術是在二進制代碼級實現(xiàn)的，所以服務器和客戶可以由不同的廠商提供。在實際應用中，作為服務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，而作為客戶的組態(tài)軟件可以通過OPC與各廠家的驅動程序無縫連接，故從根本上解決了以前采用專用格式驅動程序總是滯后于硬件更新的問題。同時，組態(tài)軟件同樣可以作為服務器為其他的應用系統(tǒng)（如MIS等）提供數據。OPC現(xiàn)在已經得到了包括Interllution、Simens、GE、ABB等國外知名廠商的支持。隨著支持OPC的組態(tài)軟件和硬件設備的普及，使用OPC進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
腳本語言是擴充組態(tài)系統(tǒng)功能的重要手段。因此，大多數組態(tài)軟件提供了腳本語言的支持。具體的實現(xiàn)方式可分為三種：一是內置的類C/Basic語言；二是采用微軟的VBA的編程語言；三是有少數組態(tài)軟件采用面向對象的腳本語言。類 C/Basic語言要求用戶使用類似高級語言的語句書寫腳本，使用系統(tǒng)提供的函數調用組合完成各種系統(tǒng)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的語句結構，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，把組態(tài)系統(tǒng)中的對象以組件方式實現(xiàn)，使用VBA的程序對這些對象進行訪問。由于VisualBasic是解釋執(zhí)行的，所以VBA程序的一些語法錯誤可能到執(zhí)行時才能發(fā)現(xiàn)。而面向對象的腳本語言提供了對象訪問機制，對系統(tǒng)中的對象可以通過其屬性和方法進行訪問，比較容易學習、掌握和擴展，但實現(xiàn)比較復雜。
3.3組態(tài)環(huán)境的可擴展性
可擴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組件引入功能及實現(xiàn)引入對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)和計算機集成制造系統(tǒng)的普及，生產現(xiàn)場數據的應用已經不僅僅局限于數據采集和監(jiān)控。在生產制造過程中，需要現(xiàn)場的大量數據進行流程分析和過程控制，以實現(xiàn)對生產流程的調整和優(yōu)化。現(xiàn)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ODBC將數據導出到外部數據庫，以供其他的業(yè)務系統(tǒng)調用，在絕大多數情況下，仍然需要進行再開發(fā)才能實現(xiàn)。隨著生產決策活動對信息需求的增加，可以預見，組態(tài)軟件與管理信息系統(tǒng)或領導信息系統(tǒng)的集成必將更加緊密，并很可能以實現(xiàn)數據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Internet的支持程度
現(xiàn)代企業(yè)的生產已經趨向國際化、分布式的生產方式。Internet將是實現(xiàn)分布式生產的基礎。組態(tài)軟件能否從原有的局域網運行方式跨越到支持Internet，是擺在所有組態(tài)軟件開發(fā)商面前的一個重要課題。限于國內目前的網絡基礎設施和工業(yè)控制應用的程度，筆者認為，在較長時間內，以瀏覽器方式通過 Internet對工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)控，將會在大部分應用中停留于監(jiān)視階段，而實際控制功能的完成應該通過更穩(wěn)定的技術，如專用的遠程客戶端、由專業(yè)開發(fā)商提供的ActiveX控件或Java技術實現(xiàn)。
3.6組態(tài)軟件的控制功能
隨著以工業(yè)PC為核心的自動控制集成系統(tǒng)技術的日趨完善和工程技術人員的使用組態(tài)軟件水平的不斷提高，用戶對組態(tài)軟件的要求已不像過去那樣主要側重于畫面，而是要考慮一些實質性的應用功能，如軟件PLC，先進過程控制策略等。
軟PLC產品是基于PC機開放結構的控制裝置，它具有硬PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特點，利用軟件技術可將標準的工業(yè)PC轉換成全功能的PLC過程控制器。軟PLC綜合了計算機和PLC的開關量控制、模擬量控制、數學運算、數值處理、通信網絡等功能，通過一個多任務控制內核，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(tǒng)及網絡的開放式結構。所以可以這樣說，軟PLC提供了與硬PLC同樣的功能，而同時具備了PC環(huán)境的各種優(yōu)點。目前，國際上影響比較大的產品有：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產品的組態(tài)軟件還不見有，國內組態(tài)軟件要想全面超過國外的競爭對手，就必須搞創(chuàng)新，推出類似功能的產品。
隨著企業(yè)提出的高柔性、高效益的要求，以經典控制理論為基礎的控制方案已經不能適應，以多變量預測控制為代表的先進控制策略的提出和成功應用之后，先進過程控制受到了過程工業(yè)界的普遍關注。先進過程控制（Advanced Process Control，APC）是指一類在動態(tài)環(huán)境中，基于模型、充分借助計算機能力，為工廠獲得最大理論而實施的運行和控制策略。先進控制策略主要有：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、智能控制（專家控制、模糊控制和神經網絡控制）等，尤其智能控制已成為開發(fā)和應用的熱點。目前，國內許多大企業(yè)紛紛投資，在裝置自動化系統(tǒng)中實施先進控制。國外許多控制軟件公司和DCS 廠商都在競相開發(fā)先進控制和優(yōu)化控制的工程軟件包。據資料報道，一個乙烯裝置投資163萬美元實施先進控制，完成后預期可獲得效益600萬美元/年。從上可以看出能嵌入先進控制和優(yōu)化控制策略的組態(tài)軟件必將受到用戶的極大歡迎。
4.結束語
用戶的需求促使技術不斷進步，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Internet進行訪問的開放式系統(tǒng)。
滬公網安備31010802001143號
