1 引言 隨著計算機軟硬件技術、信息技術與制造業工業技術的高速發展和企業信息化進程的推進，工業自動化系統變得越來越復雜，對自動化系統的要求也越來越高。在大型復雜系統中，如大型工業生產過程、計算機集成制造系統、工業流程對象 控制系統等，具有多種形式的復雜性，在整體結構上表現為非線性、不確定性、無窮維、分布式及多層次等;在被處理信息上，表現為信號的不確定性、隨機性和不完全性、圖象及符號信息的混合等;在計算機上，表現為數量運算與邏輯運算的混合;隨著管理的深化和細化，表現為管理方式的日漸扁平化等等，可見對復雜大系 統不但在系統辨識、分析、設計等方面與常規不同，更重要的是在系統建模、控制策略方面也有不同。設計系統著重點在于以全軟件方式實現管理與控制的一體化。 由于復雜系統結構復雜、變量眾多、信息交錯，按什么原則將大系統科學合理地分解為相對小的子系統，而子系統之間又如何協調，才能保證系統的優化運行和控制，這些都是急待解決的熱點問題，也是控制工程界熱切關注的焦點，許多問題至今尚無定論。復雜大系統控制對工業自動化軟件系統提出了越來越高的要求，因此 如何提供更加有效的先進軟件系統受到廣泛的關注。隨著技術的進步，工業自動化軟件技術正在向智能化、網絡化和集成化方向飛速發展，復雜大系統在網絡環境下 運行、在網上實現復雜系統的優化控制與管理已經不是遙遙無期，而是指日可待。本文從軟件系統技術發展角度對此作某些探討。 2 監控組態軟件系統 2.1 組態軟件的主要功能 “監控”是對被控過程的監視與控制，從工業自動化控制角度一般將監控軟件稱為工業組態軟件或組態控制軟件。自20世紀80年代初期誕生至今，組態軟件已有20 年的發展歷史。應該說組態軟件作為一種應用軟件，是隨著PC機的興起而不斷發展的。80年代的組態軟件，像Onspec、Paragon 500、早期的FIX等都運行在DOS環境下，圖形界面的功能不是很強。自1987年Wonderware公司開發出第一套基于微軟的Windows下的工業及過程自動化領域的人機視窗界面組態軟件InTouch以來，以Intouch為代表的人機界面軟件開創了Windows下運行工控軟件的先河，并隨作計算機硬軟件技術的高速發展，使基于PC及其兼容機的組態軟件的不管是功能和還是其性能都有了質的飛躍和提高。目前的InTouch作為一種典型的工業 自動化組態軟件，具有良好的實時性，更具有高性能的圖形界面功能，因而Wonderware公司也因此稱InTouch為過程可視化軟件，這樣命名也似乎 更為確切。監控組態軟件是面向監控與數據采集（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）的軟件平臺工具，具有豐富的設置項目，使用方式靈活，功能強大。監控組態軟件最早出現時，HMI（Human Machine Interface）或MMI（Man Machine Interface）是其主要內涵，即主要解決人機交互圖形界面問題。組態軟件系統包含有實時數據庫、實時控制、SCADA、通訊及聯網、開放數據庫接 口、對I/O設備的驅動等內容。隨著軟件技術的發展，監控組態軟件不斷地被賦予新的內容，在社會信息化進程中將扮演越來越重要的角色，未來的發展前景十分 看好。組態軟件有以下主要功能。 （1） 采用圖形化編輯設計技巧 編程人員可采用拼圖、搭積木和簡單連線的方式構建人機交互界面。組 態軟件包含有設計開發圖庫，如各種模擬儀表、電動機、控制按鈕等。編程人員也可以利用基本繪圖工具自行設計圖庫和對象圖元。在操作和監控的人機界面上，用相應于這些現場設備、檢測裝置和控制器的圖元，代表和指示真實對象，就得到了現場生產設備運行的模擬圖面。從而，通過對模擬現場圖面上相應于對象的圖元進行操作，就可以實現對現場設備和控制器等的操作和管理。這是組態軟件的最大優點之一，它使編程和操作非常直觀，易于讓具有不同知識背景和水平的人員都能接受。由上述分析可以看出，評價一種組態軟件.優劣水平的一個重要標準是:該種軟件的設計圖庫的大小和豐富性以及圖庫中圖元的直觀代表性。 （2） 對實際監控對象實現狀態遷移管理 組態軟件應用動畫連接技術，將描述現場對象的圖元與一定的參數或函數聯系起來，形成映射關系。編程或操作人員通過對這些參數或函數的編程和處理，就可以實現 對現場設備數據的采集、分析和處理，參數的傳遞是通過組態計算機與現場設備之間的輸入和輸出通道完成的，從而實現遠程監測和控制，即狀態管理。狀態遷移的內容包括對象運動規律設置、運行狀態監測和故障報警顯示等。從應用角度看，對象參數的編輯和處理是被屏蔽的，用戶對監控界面上的圖元進行激勵（如通過計算 機鼠標點擊圖元），也就是對該圖元所對應的對象參數進行激勵和設定，該對象參數依照編程預定的運算規律進行改變或重定，并影響其它圖元的對象參數同步改 變，其結果是變化了的那些差數引起對應的圖元發生變化或激發其它一些圖象信息到人機界面上，使用戶知道操作結果，從而確定下一步的操作，這樣就完成了人機交互。從設計開發角度看，對象參數的編輯和處理是透明的，隨時可以根據控制要求更改參數和運算規律，而且這種更改可以在人機監控界面上進行，如將人機監控 界面設置為開發環境，通過計算機鼠標雙擊圖元，就可以進入對象參數對話框進行編輯和修改。由此可以看出，組態軟件對現場的監控和管理不僅繼承了傳統的匯編或高級語言控制結構，而且極大地擴展了編程直觀性，這是用戶和編程人員都非常樂于接受的。 （3） 監控和管理對象更加形象化和深刻化 組態軟件不僅能與其它常用編程語言開發工具一樣，可以對對象參數進行設定，實時采集數據，編程參數算法，打印控制規律和結果，存儲數據記錄等，而且能很容易地將上述功能和步驟形象化的表示出來，并且可以反映到人機界面上供編程或操作人員直觀分析和修改。如組態軟件可以將實時采集數據以實時曲線的形式直觀反映 在監控界面上，對于歷史和現時控制信息及結果同樣可以以實時曲線圖的形式直觀反映在監控界面上。這樣，人們可以采用高級知識庫、智能控制和預測的方法，如圖表法、二次曲線擬合法和回歸預測法等來分析和處理輸入輸出參數及數據，從而達到對監控對象的更深刻認識和把握狀態、報警顯示等。 （4） 實時開放性和互連操作性好 自動化軟件大量采用標準化的互連技術，如OPC、DDE、ActiveX控件、COM/DCOM、ODBC、OLE-DB等，這樣使其成為一自動化軟件平 臺，具有良好的實時開放性和互連操作性。組態軟件采用ODBC（開放式數據庫互連）技術使對象參數能夠共享或為其它軟件程序讀取;應用DDE（動態數據交 換）技術實現參數傳遞，如將過程對象參數鏈接到MICRO EXCEL表格文件中，將對象參數變化實時反映到該表格文件中，同時對表格文件中相應數據處理后，結果返傳給對應參數。這樣就實現了組態軟件和MICRO EXCEL表格數據文件的互連操作，從而發揮各自的技術優勢以達到對現場系統的更好控制和管理;應用OLE（對象鏈接與嵌入）技術包容和擴展其它功能，如 將MICRO OFFICE辦公軟件嵌入組態軟件操作平臺，便于操作人員處理文本工作報告和報表，應用ActiveX技術將媒體播放軟件嵌入組態軟件操作平臺，實現在監 控界面上看到閉路監控現場圖象等;應用TCP/IP協議將組態監控信息發布到Internet網絡上，實現網絡化管理和監控。 （5）應用操作平臺開發周期短 用組態軟件設計制作監控操作平臺，避免了大量的源程序語言匯編及其調試工作。其圖形化的直觀性編程風格，大大縮短了編程開發周期，容易滿足實際工程建設的時間要求，而且在應用中（在線）修改和更新操作平臺也較容易和快捷。 然而，組態軟件作為一種新興的面向對象的工業自動化監控開發編程工具也在與時俱進，正在進一步研究改進提高，如對于不同的監控對象及環境，如何平衡調節數據 共享度和實時性要求;對于多線程并舉的應用環境和對象，如何滿足各線程不同的實時性要求以及避免數據沖突和阻塞;如何解決網絡遠程控制的實時性和現場監控 的實時性之間的匹配問題等。 2.2 過程可視化軟件的特點 隨著軟件技術的發展，監控組態軟件不斷地被賦予新的內容，在社會信息化進程中將扮演越來越重要的角色，實時多任務是組態軟件最突出的特點。例如，數據采集與輸出、數據處理與算法實現、圖形顯示及人機對話、實時數據的存儲、檢索管理、實時通訊等。組態軟件主要解決的問題是: （1） 如何在數據采集與控制設備間進行數據交換; （2） 使來自設備的數據與計算機圖形畫面上的各元素關聯起來; （3） 處理數據報警及系統報警; （4） 存儲歷史數據并支持歷史數據的查詢; （5） 各類報表的生成和打印輸出; （6） 提供靈活、多變的組態方式，以適應不同領域的需求; （7） 與第三方軟件程序的接口，以實現數據共享。組態軟件可 利用圖形功能把被控對象形象地畫出來，再通過內部數據鏈接把被控對象的屬性與I/O設備的實時數據進 行邏輯連接。當由組態軟件生成的應用系統投入運行后，I/O設備數據發生變化將會直接帶動被控對象屬性的變化。組態軟件的實時數據庫是一個開放式的數據平臺，可以使管理者得到現場設備運行的所有實時數據，并實行統一管理。此外，組態軟件還能根據歷史趨勢分析，進行優化控制和調度決策。 2.3 監控組態軟件的作用 組態軟件是工業自動化軟件系統的基石，是實現控制網絡與信息網絡集成的關鍵之一，通過組態軟件開放的接口技術，將實時數據庫與現場設備數據互聯，從而為系統提供綜合全面的信息和數據。 監控組態軟件是一種控制系統開發工具，用戶可根據應用對象及控制任務的要求，通過簡單形象的組態，利用組態軟件提供的工具，以“搭積木”的方式靈活配置、組 合各功能模塊，構成用戶應用軟件。“組態”的概念是伴隨著集散控制系統（Distributed Control System，DCS）的出現才開始被廣大的生產過程自動化技術人員所熟悉的。現在的組態軟件實際上就是早期每個DCS廠商在DCS中預裝的應用軟件，但 一直沒有人給出明確的定義，只是將使用這種應用軟件設計生成目標應用系統的過程稱為“組態（Config）”或“做組態”。組態的概念最早來自英文 Configuration，含義是使用軟件工具對計算機及軟件的各種資源進行配置，達到讓計算機或軟件按照預先配置（Configuration）自動 執行任務的目的，以滿足使用者的要求。 工業企業是一個復雜的大系統，按照發展新型工業和企業信息化的要求，自動化應該是集管理和控制于一體的，它包含低層的控制與高層次的管理的自動化。人們常常把高層次的控制稱為管理，而把低層次的管理稱為控制。對低層的控制而言，其控制任務主要由物理系統 設備完成。企業信息化對系統的自動化程度提出了更高的要求，它包含了企業資源計劃系統ERP從Internet網上接受訂貨，由企業（工廠）生產執行系統 （MES）完成產品生產直至合格產品出廠將產品送到用戶的全過程，涵蓋了從傳感器開始到整個系統優化運行的全部低層控制及高層管理。企業物料流、信息流、 資金流、人才流等的流向和流量隨企業的功能、規模、產品特性等的不同，其復雜程度差異很大，如何使這類復雜大系統優化運行，以獲取最佳的社會經濟效益是人 們期望的目標。為保證整個控制過程（或系統）中的所有有用的實時狀態信息不沉淀、流失，便于實現實時協調，加強對上層決策的輔助支持，各工作站均應該用統 一人機圖形用戶界面，統一信息平臺，克服“自動化孤島”、“信息孤島”現象，實現管控一體化的無縫集成，其中起關鍵作用的就是監控組態軟件。要充分發揮信 息在低層控制和高層管理決策中的主導作用，對監控軟件系統的選擇必須給于足夠的重視，否則企業信息化的目標是難以實現的。 2.4 一般監控組態軟件的局限性 從20 世紀80年代后國內新建和改建與技術改造項目中的自動化系統基本上都是采用國外進口的組態級工控軟件，如典型的有美國Wonderware公司 InTouch，美國Intellution軟件公司開發的Fix和iFix，德國西門子公司的WinCC，俄羅斯Adastra科技公司的—Trace mode組態軟件等，直至20世紀90年代中期，國內一些軟件公司在消化吸收國外組態軟件基礎上也開發了一些工控組態軟件產品，典型的如北京亞控軟件公司 的組態王“Kings View”，北京昆侖通態自動化公司的MCSG等等，這些軟件投放市場對我國實現企業基礎自動化作出過重要貢獻，其共同優點是:采用圖形化編程設計技巧、 對實際監控對象實現狀態轉移管理、使監控和管理對象更加形象化和深刻化、系統實時開放性和互連操作性較好，應用操作平臺開發周期短等，僅從監控層面考慮問題，在圖形及組態方案、數據點管理、網絡功能、通信功能、加鎖設計等方面盡管各有側重點，但基本上都能滿足用戶的要求。值得注意的是，如果從更高管理層次考慮問題，要實現工業自動化系統的管控一體化、企業信息化卻面臨嚴峻問題，面對的很可能是一個又一個的“信息孤島”、“自動化孤島”，很難將“孤島”的信 息資源加以整合集成，缺乏統一的控制、數據、信息平臺支持，這正是目前工業企業復雜大系統基礎自動化和企業信息化面臨的主要問題。如何在保護現有投運系統 資源的前提下，適當增加軟件系統支持以提升和改造原系統，使企業實現信息化，以適應改造和提升傳統產業和企業產品結構調整的需要，是控制工程界普遍關注的 問題。在探索信息資源充分利用方案和途徑時，由于受到系統所選擇組態軟件功能的限制，實施起來都因“通信協議”“軟接口”等瓶頸問題而止步，這在眾多企業 中是屢見不鮮的，這給系統集成帶來不少困難，對此一般監控組態軟件廠商似乎對“通信軟接口”瓶頸問題重視程度還有所不夠。 2.5 過程可視化軟件的最新發展 為了將討論的問題具體化，現以最具有代表意義的過程可視化軟件為了例，如InTouch9.5 HMI提供顯著的增強，從而帶來運行和工程生產率兩方面的明顯提升。這樣一來，使用InTouch9.5軟件的工廠人員將會從可以讓他們的工作更快捷、更簡單的新功能中獲益。此外，提高的軟件開發功能可以大幅度降低用在創建、更改和部署應用程序上的時間和精力。 在運行生產率方面的功能增強包括:提示條;鼠標控制;先進的報警分析;運行期間的語言切換。提示條, 9.5版本為操作員提供指導從而幫助工廠人員更快速地理解他們正在查看的應用程序的信息。鼠標控制，這些新的控制為那些使用鼠標訪問他們的應用程序的人員 提供額外的功能。先進的報警分析工具,內建在InTouch軟件中，這些功能可以使報警信息的分析更加快速和完整。運行期間的語言切換,用戶在運行期間可 以動態地切換語言。 工程生產率提高方面的增強包括:在智能符號技術下的新的開發圖形移動及縮放和人工的圖形定位功能;內建的簡單的I/O冗 余配置;額外的鍵盤選擇;缺省的字體設置。在智能符號技術下的新開發，這些新的增強可以更快速地創建和額外地定制基于圖形的模板。內建的簡單I/O冗余配置，這個功能允許快速地配置第二個通訊服務器，使I/O無法連接到第一個服務器時能夠自動切換。移動及縮放和人工圖形定位功能，圖形的細節可通過輕松點擊 和“橡皮筋”縮放選項、人工圖形定位以及移動功能。額外的鍵盤選項，9.5版本包括一個新的“區域”鍵盤，可以使用戶用當地的語言的相關字符查看他們的鍵盤，同時有一個新的選項允許調整屏幕上的鍵盤尺寸。缺省的字體設置，用戶可以即時改變缺省字體，然后在整個應用程序應用這種新的和True Type字體。 InTouch9.5軟件為應用程序的用戶和開發人員提供大量新的功能，同時可以得到開發生產率和性能方面的顯著提高。提示 條，當一個用戶鼠標滑過一個應用中包含有提示條的對象時、圍繞該對象形成一個光環，讓用戶知道他們可以訪問有關這個對象的更多的信息。提示條可以提供靜態 的信息，例如該按鈕控制什么、或者一個動態的快照信息，例如槽罐液位。靜態和動態的提示條對于在一個窗口中流暢地顯示大量的圖形都是非常有用的，同時非常方便地讓操作員了解到屏幕上有關對象的額外信息。鼠標控制，新的先進的鼠標控制可以使用戶針對不同的鼠標點擊選項添加功能。這大大擴展了用戶可以獲得的有 關一個對象的信息量，同時無需占用有價值的屏幕空間。先進的報警分析工具，InTouch9.5 HMI新的先進的報警分析工具可以使用戶:方便地在帕累托圖中分析報警;在導航樹中查看有組織的報警;更快地查詢報警;配置兩個節點的報警熱備份;可以按 照標記進行排序配置“無數據”信息;命名數據庫。這些先進的報警功能可以大大幫助和顯著提高運行的生產率。 運行期間的語言切換，語言障礙可以使工廠人員完全地理解應用信息變得困難。然而，InTouch9.5 HMI的新的運行期間語言切換功能可以使用戶在運行的時候切換語言顯示。例如，如果顯示的主要文本是美國英語，在運行的時候操作員可以點擊按鈕看到另外一 種語言的信息，比如日語、西班牙語或者英式英語。這樣一來，標準的應用可以由以下的人員進行訪問: 掌握不同語言的多個操作員，多國家的多工廠的人員同時進行訪問;全球的開發人員現在都可以用他們的母語來進行故障排查。內建的簡單I/O冗余切換簡單配置 的 I/O冗余切換功能可以在第一個服務器需要維護或者無法使用時，非常方便地配置一個備份的通訊服務器。這樣，工廠人員可以:消除與通訊服務器有關的單點故 障;對第一個服務器實施常規的維護。此外，簡單配置的I/O冗余切換功能提高了實時信息的可靠性和依賴性。智能符號增強，InTouch9.5軟件中智能 符號的新的增強可以使用戶:調整模板大小并在整個應用中自動應用這些變更;在窗口內將顯示的圖形直接地創建成智能符號;區分智能符號和常規的圖形，更新的智能符號功能可以大大地降低應用創建、更改和部署的時間和精力。移動縮放/人工的圖形定位，應用程序的開發人員可以憑借InTouch軟件的 WindowMakerTM圖形編輯程序中這個新的輕松點擊的移動/縮放功能來突出需要精確細節的區域，并同時查看整個圖形窗口。他們在屏幕上制作圖形時 還可以使用窗口坐標，這可以在精力大大降低的同時實現精確圖形的應用程序開發。額外的鍵盤選項，除了標準的InTouch鍵盤以外，InTouch9.5 軟件還包括兩個新的屏幕鍵盤。開發人員可以使用新的Microsoft Windows鍵盤，它可以是"區域"鍵盤因而可以使國際用戶用他們的母語查看含有所有文字和字符的屏幕鍵盤。開發人員還可以使用新的InTouch鍵盤 來調整屏幕上鍵盤大小。這兩個新的鍵盤以最適合用戶環境的方式在應用中交互實施。缺省字體設置，開發人員可以即時地改變缺省的字體從而在整個應用中的按鈕 和文本中應用新的和True Type類型的字體。額外的功能，密碼域的支持，安全已被更新和增強，從而開發人員可以限制不希望的信息訪問。密碼可以被加密，從而可以降低在客戶端和服 務器計算機之間的網絡攔截的機會。這個功能使用戶獲得未授權的訪問的可能性降到最小。密碼的字符還可以被回顯以便可以確認字符輸入。Hotlink增強， 具有動畫功能的圖形和ActiveX控件可以顯示一個圍繞對象的“暈輪”，它可以按照對象的形狀進行顯示。通過這個暈輪和按照對象的形狀顯示功能可以使開 發人員將動畫添加到復雜對象的不同的部分。用戶只需用鼠標滑過對象直到選擇他們需要的部分，然后點開它展開更多的信息。更新的Windows XP外觀，按鈕、復選框、單選框和欄標題等已經更新到新的用戶友好的Windows XP外觀。InTouch9.5軟件可顯著提高運行效率和明顯地提高工程生產率。 3 工業自動化軟件技術的發展 目前在國外，很多發達國家及有些發展中國家普遍采用美國Wonderware工業自動化軟件套件技術，根據用戶需求構建系統，實現對復雜工業大系統的控制與管理。例如， 在20世紀90年代印度最大的TISCO鋼鐵公司采用美國Wonderware工業自動化軟件系統套件技術實現了直接與ERP通信，從Internet上 直接接受用戶訂單后，通過生產執行系統（MES）把總公司和職能部門、分廠、車間直至各條生產線都采用統一的控制、數據和信息平臺納入管理，系統開發周期 短，系統開發和運行、維護成本低，由于軟件組件套件技術可方便地實現系統的無縫集成，可靠性高，實現了從接受訂單、原材料訂購、產品生產、直至把產品運送 到用戶手中的全公司統一的自動化監控與信息化管理，效率極高。美國Wonderware公司的軟件套裝組件系統是工業界第一個集成的工業自動化軟件包 Factory Suite,它從根本上改變了人們的傳統觀念以及在制造行業存在了多年的從上到下的信息流模式。除了上述核心組件外，還有Industrial SQL數據分析工具，SCADAlarm企業級的電話/報警系統等等。總之Wonderware的Factory Suite是套裝的軟件組件系統，可以根據需要選配組件模塊使系統實現無縫集成，給企業信息化提供了完整的解決方案。如在鋼鐵行業中，采用美國 Wonderware的I/O Sever技術和InSQL Server技術，建立統一的控制、數據、信息平臺，效果極好，可實施建立產品流轉動態跟蹤系統實現從原材料到成品的全線動態跟蹤，建立生產信息動態管理系統，實現生產計劃、生產調度、庫房（包括原料、半成品庫、熱處理、成品庫）管理、生產作業和過程管理、合同管理、質量管理、工藝規程在線指導子系統、生 產信息動態查詢、統計、分析管理等，由于管理與控制都是動態實現、沒有最先進的軟件技術支撐和可以無縫集成的軟件套件組件搭建系統，很難想象研發工作量有多大，成功率有多高，真正意義上的CIMS系統能否實現。 近年來工業自動化軟件技術在多個方面都有了長足的發展，其中特別值得關注的是系統 開發環境和系統構架方面的新進展。集成開發環境（IDE）通過應用組件實現工程重用，Industrial Application Server的組件對象體系結構可以顯著地提高生產力。組件對象模型有利于開發代表工廠設備的可重用的應用對象。在FactorySuite IDE內部建立的應用對象包含與自動化設備有關的所有必要的元素，例如歷史參數、標記、報警與事件、文檔、腳本、安全和通信參數。可以建立、復制和部署一 個可重用組件的模板庫，提高快速應用軟件開發能力。每個組件模板支架變化傳播特性，因此，一個元素的改變可以自動地被傳播到所有受影響的組件或選擇的組 件，節省了寶貴的工程時間和成本。工廠模型體系結構用戶可以把預先設計的應用對象變成利用最佳慣例和公司的工程標準的模板。獲得靈活的應用對象可以包含代 表物理工廠設備監控自動化策略或更高級別的生產策略的知識和應用代碼。模板庫可以把應用工程變成一個裝配過程，而不是一種程序編制工作，因而可以顯著提高 不同項目的生產率。IDE是一個多開發者環境，它支持公司利用他們的工程資源，在一個項目上分配多名工程師。IDE通過利用高效率的注冊/注銷過程支持多 開發人員，它為每個應用程序組件提供了一種歷史記錄審核跟蹤機制，包括用戶標識符、時期與時間戳、以及關于變化的詳細的摘要信息。由于應用配置信息保存在 一個核心項目庫（SQL Server數據庫）中，因此可以對整個應用進行版本控制。注冊/注銷過程允許工程師在旅行或者離開現場時隨身攜帶組件，為他們提供了最大的靈活性。 IAS（Industrial Application Server）將工業自動化應用程序的開發設計生產力與可伸縮性帶入了一個新紀元。它提供了全新的一層實時數據獲取、報警與事件管理、數據處理服務及協作 開發功能，這些功能從最底層開始就是針對用于工業自動化應用程序而設計的。IAS是簡化分布式自動化應用程序開發、部署、維護及管理的一種基礎架構，它是建立在Invensys的 ArchestrATM架構基礎上的新軟件組件。全面的 ArchestrA工廠自動化與信息架構從一開始就設計為利用最新軟件技術延長傳統系統的使用壽命。不管自動化應用程序是用在離散制造業、生產工廠、遠程 SCADA操作、公共事業，還是用在這些運營類型的任何組合中，ArchestrA架構均能將其涵蓋在內。IAS建立在ArchestrA架構上，明顯的 優勢在于:分布式點到點架構;一個全球聯網的域名空間;集成化歷史、腳本、報警及安全機制;直觀的多用戶開發環境;基于組件的工廠與應用模型;符合21 CFR Part 11規范要求;對用戶而言可顯著降低工程成本;降低擁有成本;響應迅速、能適應成長需要;堅定不移的開放性。它為簡化分布式自動化應用的開發、部署、維護 與管理提供了基礎。IAS提供了新一級的實時數據獲取、報警與事件管理、數據操作服務、以及協作工程能力，這些能力從一開始就是專門為工業自動化應用設計 的，使制造廠家、OEM和系統集成商（SI）能夠顯著降低自動化系統的工程、購買和維護費用，同時，用戶可以靈活建造自動化系統,增強了對新的需求的響應 能力。IAS是建立在Invensys 的ArchestrA 體系結構之上的一個強大的新應用平臺。綜合性的ArchestrA 工廠自動化與信息體系結構從一開始就被設計為利用最新的軟件技術延長傳統系統的壽命。不論是裝配制造廠、制煉廠、遠程SCADA運轉、公用事業或者這些業 務營運類型的任何組合中的自動化應用，以ArchestrA為基礎的體系結構都能夠勝任。 從系統層次考慮，最近的工業自動化軟件系統正利用先進的軟件技術朝著集成化、網絡化、平臺化、綜合管理等方向發展。 （1） 工業自動化軟件的集成化 以前的工業自動化軟件已經考慮到對設備和多系統的集成觀點，但是集成的范圍往往集中在對局部系統或分廠系統，而沒有考慮更大范圍的集成，而新的自動化軟件系統已經考慮到大范圍、區域性以及全廠級的系統集成，提供總體的集成解決方案。 （2） 工業自動化軟件的網絡化 隨著數據的分散性以及網絡的多樣性，工業自動化軟件系統的信息正朝著信息總線的方向發展，信息總線的方式改變了過去需要將數據集中采集和處理的觀念，相當于 在數據監控層鋪設了一條信息總線，各個子系統只要掛接在該信息總線上，就可以實現各個系統間的相互通訊，實現了全分布的監控系統。比如基于 Wonderware FactorySuiteA2構建的監控系統，就是通過在整個系統中部署在每臺電腦中的Platform進行信息交互。由于工業自動化軟件間的信息交互越 來越多，需要在單臺機器上實現對多臺機器上的軟件系統進行集中遠程管理的功能，因此網絡化的管理也是自動化軟件的發展方向。目前多家國內外的工業自動化軟 件企業就實現了網絡管理，比如Wonderware公司基于微軟管理控制臺（MMC）技術的系統管理控制臺SMC（System Management Console）就可以實現對數據采集軟件、日志文件、部署的對象等實現集中的遠程管理。 （3） 工業自動化軟件中面向對象技術的應用 面向對象方法包括封裝性、繼承性、多態性等特點,這些特點使面向對象方法在軟件領域得到迅速的發展，在工業自動化領域，很多控制對象同樣具有面向對象技術中 的“對象”屬性，也引起了人們的注意，控制工程師和控制軟件開發人員也試圖將面向對象的技術應用到工業自動化領域，但目前基本上仍停留在針對某個控制系統 的軟件設計和控制軟件的軟件設計中，這些都說明面向對象的技術可以應用在工業自動化領域，但沒有真正將面向對象技術應用到控制系統的整體系統設計中。這就 是要將面向對象的技術優勢引入到整個自動化系統的設計之中，而不是簡單的停留在某個具體的軟件設計之中的。總之，傳統的面向功能的設計方法集中在控制系統 的局部，圍繞某個功能的實現為主線，而在嵌入面向對象技術的自動化軟件平臺Wonderware Industrial Application Server上，采用面向對象思想設計監控系統，要充分發揮面向對象技術的封裝性、繼承性的優勢，同時采用抽象對象的方法來看待整個監控系統的組成。 Wonder- ware公司推出了一款嵌入面向對象技術的新產品—Wonderware Industrial Application Server。該產品充分發揮了面向對象的技術優勢，提供了供自動化工程師選擇使用的多個基礎模板，將程序中的面向對象技術屏蔽掉，只需要經過客戶化的配 置以及擴展即可以滿足工業自動化系統的設計和規劃工作，從而使工程師從簡單復雜耗時的程序模塊設計中解放出來，將主要的精力集中在系統控制模型以及控制算 法上，大大縮短了工業自動化系統的設計和上線時間，并提高了系統的重用性。 （4） 工業自動化軟件系統的平臺化 在工業自動化軟件系 統的發展過程中，由于涉及到多種功能的實現，因此在20世紀80年代末期和20世紀90年代，根據模塊功能的區別，實現了軟件系統的模塊化。而由于工業自 動化系統設計的范圍及廣度的增加，需要一個統一的平臺軟件，實現各個功能的統一運行。國內外大的工業自動化軟件企業都將自己的模塊化軟件統一運行在自己的 平臺之上，而且該平臺具有高度的開放性和擴展性，相關廠商的產品就可以在該平臺上進行開發。 （5） 工業自動化軟件系統的綜合管理化 目前各個工業自動化軟件廠商不僅是為企業提供監控功能軟件的廠商，而且能根據工業現場的要求，提供豐富的管理軟件，向著工業自動化解決方案廠商的轉變。他們 為企業提供了資產管理、質量、批次管理等豐富的軟件。而且隨著企業信息化的推進，目前都在積極提供為企業ERP進行數據支撐的MES解決方案。最明顯的就 是不少廠商推出了基于S95標準的MES解決方案，比如Wonderware公司的生產事件模塊PEM（Production Events Module）就是遵循S95標準的生產效能跟蹤管理的解決方案。 在工業自動化軟件支持的數據點數、處理能力以及可伸縮性或擴展性等方面，都有明顯的發展和提高。廠商考慮越來越多的是系統隨時間推移而增值和延長項目的生命周期，從整體上提高系統建設的投資回報率。 4 工業自動化軟件系統的應用實例 電廠外圍系統是電廠生產和經營管理的重要環節，但相對于機爐控制而言，其運行方式比較簡單，基本都是就地獨立控制。 （1） 運行人員投入多，成本太高; （2） 由于位置分散，距離集控室較遠，給系統的運行、維護和管理帶來許多困難。因此，采用先進的網絡控制技術，實現所有外圍系統集中控制，不僅可以在很多方面解 決系統設計和設備存在的問題，而且將為構建統一的企業網，實現管控一體化創造一個良好的基礎。下面以筆者在某電廠外圍設備集中監控系統中的實施方案為例， 介紹應用Wonderware的工業自動化軟件FactorySuite套件實現的火電廠輔助設備計算機實時監控系統。實踐證明該方案從設計到實施都取得 了良好的效果。 4.1 計算機實時監控系統所需監控的子系統對象 某實時監控系統由下列子系統對象構成: （1） 化學補給水控制系統; （2） 凝結水精處理控制系統; （3） 汽水取樣及加藥系統; （4） 輸煤系統; （5） 凈水站系統; （6） 循環水泵房系統; （7） 工業水泵房系統; （8） 燃油泵房系統。 雖然各子系統部署分散，但綜合起來，其數據采集和控制現場設備是由三類由多臺SCHNEIDER MODICON的QUANTUM系列PLC、AB公司的Conlogix系列控制器和一個基于Modbus的遠程I/O組構成。 4.2 監控系統結構 鑒 于上述電廠各外圍系統子系統的具體情況，根據各子系統發布情況和各系統的I/O規模，設計了4個現場I/O Server,與上位機通過網絡實施集中監控。應用InSQL建立實時數據庫系統，應用InTouch開發建立分類的圖形畫面監控工作站，應用 ActiveFactory建立相應的數據分析客戶端，應用SuiteVoyager軟件建立基于圖形畫面監控工作站現場和數據分析客戶端的工業實時信息 圖形門戶，實施廠內安全級別內的B/S結構的遠程工業實時信息監視，方便與電廠企業ERP系統互連，其系統結構如圖1所示。 4.3 系統軟件 系統軟件監控畫面采用層次型結構設計，各子系統之間很容易切換，直觀反映現場工況，且便于操作人員使用，簡潔、直觀、功能完善是它的最大特點。采用層次型結 構便于操作人員完成多個子系統的準確切換，避免由于系統結構繁瑣造成的誤操作。各子系統也采用相近的功能菜單，切換方便，功能完善，在同一幅主畫面內可完 成多項操作功能。 監控系統包括系統畫面生成、事故追憶系統、各種曲線顯示和打印、各種報表生成等。監控畫面要符合電廠監控系統人機界面 的設計風格，按照分級瀏覽、逐級細化的原則設計畫面，采用彈出式窗口、下拉式菜單等多種符合Windows標準的設計手段實現畫面的切換和顯示，單個畫面 的工藝流程、信息顯示（包括運行參數、狀態、故障情況等）和各種曲線要布局合理、生動，色調柔和。事故追憶系統包括所有進入控制系統的事件（如參數、反饋 等）以及控制系統本身發生的事件（如卡件或通訊故障等），所有I/O點均可以曲線的形式顯示，為實現系統運行在線分析、診斷提供豐富的數據資源。 5 結束語 盡管工業自動化系統變得越來越復雜，對自動化軟件系統的要求也越來越高，但是工業自動化系統軟件技術正在快速發展，越來越先進的新系統技術給解決復雜大系統 的優化控制與實現管理扁平化提供了強大的技術后援，鼓舞人們去解決一個又一個的技術難題。上述討論的問題，是作者多年從事工程實踐的一些認識，不知是否恰當。