隨著工業自動化水平的迅速提高，計算機在工業領域的廣泛應用，人們對工業自動化的要求越來越高，種類繁多的控制設備和過程監控裝置在工業領域的應用，使得傳統的工業控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。在開發傳統的工業控制軟件時，當工業被控對象一旦有變動，就必須修改其控制系統的源程序，導致其開發周期長；已開發成功的工控軟件又由于每個控制項目的不同而使其重復使用率很低，導致它的價格非常昂貴；在修改工控軟件的源程序時，倘若原來的編程人員因工作變動而離去時，則必須同其他人員或新手進行源程序的修改，因而更是相當困難。通用工業自動化組態軟件的出現為解決上述實際工程問題提供了一種嶄新的方法，因為它能夠很好地解決傳統工業控制軟件存在的種種問題，使用戶能根據自己的控制對象和控制目的的任意組態，完成最終的自動化控制工程。 　　新型的工業自動控制系統正以標準的工業計算機軟、硬件平臺構成的集成系統取代傳統的封閉式系統,其具有適應性強、開放性好、易于擴展、比較經濟、開發周期短等明顯優點。通常可以把這樣的系統劃分為控制層、監控層、管理層三個層次結構。 　　其中監控層對下連接控制層,對上連接管理層,它不但實現對現場的實時監測與控制,且常在自動控制系統中完成上傳下達、組態開發的重要作用。監控層的硬件以工業級的微型計算機和工作站為主,目前更趨向于工業微機。 　　組態軟件：一般英文簡稱有三種分別為HMI/MMI/SCADA,對應全稱為Human and Machine Interface/Man and Machine Interface /Scan Control Alarm Database，中文翻譯為：人機界面軟件/掃描報警控制數據庫軟件。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監控層一級的軟件平臺和開發環境,能以靈活多樣的組態方式（而不是編程方式）提供良好的用戶開發界面和簡捷的使用方法,其預設置的各種軟件模塊可以非常容易地實現和完成監控層的各項功能,并能同時支持各種硬件廠家的計算機和I/O產品,與高可靠的工控計算機和網絡系統結合,可向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口,進行系統集成。目前世界上有不少專業廠商包括專業軟件公司和硬件/系統廠商生產和提供各種組態軟件產品。 　　一．組態軟件的特點 　　組態軟件最突出的特點就是實時多任務。數據的輸入輸出，數據的處理，顯示，存儲，及管理等多個任務需在同一個系統中同步快速的運行。 　　組態軟件的用戶是自動化工程設計人員，組態軟件的目的是讓用戶迅速開發出適合自己需要的應用系統。因此，組態軟件一般具備一下特點： 　　1．使用簡單，用戶只需編寫少量自己所需要的控制算法代碼，甚至可以不寫代碼。 　　2．運行可靠，用戶在組態軟件平臺上開發出的應用系統可以長時間的連續可靠運行，運行期間實現免維護。 　　3．提供數據采集設備的驅動程序，以把控制現場的數據采集到計算機中，并把運算的控制結果送回到控制現場的執行機構。 　　4．提供自動化應用系統所需的通用監控軟件的組件。 　　5．強大的圖形設計工具。 　　二、組態軟件產生的背景 　　“組態”的概念是伴隨著集散型控制系統（DistributedControlSystem簡稱DCS）的出現才開始被廣大的生產過程自動化技術人員所熟知的。在工業控制技術的不斷發展和應用過程中，PC（包括工控機）相比以前的專用系統具有的優勢日趨明顯。這些優勢主要體現在：PC技術保持了較快的發展速度，各種相關技術已臻成熟；由PC構建的工業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技術向工業控制領域的滲透中，組態軟件占據著非常特殊而且重要的地位。 　　組態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監控層一級的軟件平臺和開發環境，使用靈活的組態方式，為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能的、通用層次的軟件工具。組態軟件應該能支持各種工控設備和常見的通信協議，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，HMI）的概念，組態軟件應該是一個使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具，或開發環境。在組態軟件出現之前，工控領域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI應用，開發時間長，效率低，可靠性差；或者購買專用的工控系統，通常是封閉的系統，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。組態軟件的出現，把用戶從這些困境中解脫出來，可以利用組態軟件的功能，構建一套最適合自己的應用系統。隨著它的快速發展，實時數據庫、實時控制、SCADA、通訊及聯網、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，隨著技術的發展，監控組態軟件將會不斷被賦予新的內容。 　　三、組態軟件的系統構成 　　在組態軟件中，通過組態生成的一個目標應用項目在計算機硬盤中占據唯一的物理空間（邏輯空間），可以用唯一的一個名稱來標識，就被稱為一個應用程序。在同一計算機中可以存儲多個應用程序，組態軟件通過應用程序的名稱來訪問其組態內容，打開其組態內容進行修改或將其應用程序裝入計算機內存投入實時運行。 　　組態軟件的結構劃分有多種標準，這里以使用軟件的工作階段和軟件體系的成員構成兩種標準討論其體系結構。 　　組態軟件的結構劃分 　　①以使用軟件的工作階段劃分 　　也可以說是按照系統環境劃分，從總體上講，組態軟件是由兩大部分構成的： 　　系統開發環境：是自動化工程設計工程師為實施其控制方案，在組態軟件的支持下進行應用程序的系統生成工作所必須依賴的工作環境。通過建立一系列用戶數據文件，生成最終的圖形目標應用系統,供系統運行環境運行時使用。 　　系統開發環境由若干個組態程序組成，如圖形界面組態程序、實時數據庫組態程序等。 　　系統運行環境：在系統運行環境下，目標應用程序被裝入計算機內存并投入實時運行。系統運行環境由若干個運行程序組 成，如圖形界面運行程序、實時數據庫運行程序等。 　　組態軟件支持在線組態技術，即在不退出系統運行環境的情況下可以直接進入組態環境并修改組態，使修改后的組態直接生效。 　　自動化工程設計工程師最先接觸的一定是系統開發環境，通過一定工作量的系統組態和調試，最終將目標應用程序在系統運行環境投入實時運行，完成一個工程項目。 　　②按照成員構成劃分 　　組態軟件因為其功能強大，而每個功能相對來說又具有一定的獨立性，因此其組成形式是一個集成軟件平臺，由若干程序組件構成。 　　其中必備的典型組件包括： 　　·應用程序管理器 　　應用程序管理器是提供應用程序的搜索、備份、解壓縮、建立新應用等功能的專用管理工具。在自動化工程設計工程師應用組態軟件進行工程設計時，經常會遇到下面一些煩惱：經常要進行組態數據的備份；經常需要引用以往成功應用項目中的部分組態成果（如畫面）；經常需要迅速了解計算機中保存了哪些應用項目。雖然這些要求可以用手工方式實現，但效率低下，極易出錯。有了應用程序管理器的支持，這些操作將變得非常簡單。 　　·圖形界面開發程序 　　是自動化工程設計工程師為實施其控制方案，在圖形編輯工具的支持下進行圖形系統生成工作所依賴的開發環境。通過建立一系列用戶數據文件，生成最終的圖形目標應用系統,供圖形運行環境運行時使用。 　　·圖形界面運行程序 　　在系統運行環境下，圖形目標應用系統被圖形界面運行程序裝入計算機內存并投入實時運行。 　　·實時數據庫系統組態程序 　　有的組態軟件只在圖形開發環境中增加了簡單的數據管理功能，因而不具備完整的實時數據庫系統。目前比較先進的組態軟件（如力控等）都有獨立的實時數據庫組件，以提高系統的實時性，增強處理能力。實時數據庫系統組態程序是建立實時數據庫的組態工具，可以定義實時數據庫的結構、數據來源、數據連接、數據類型及相關的各種參數。 　　·實時數據庫系統運行程序 　　在系統運行環境下，目標實時數據庫及其應用系統被實時數據庫系統運行程序裝入計算機內存并執行預定的各種數據計算、數據處理任務。歷史數據的查詢、檢索、報警的管理都是在實時數據庫系統運行程序中完成的。 　　·I/O驅動程序 　　這是組態軟件中必不可少的組成部分，用于和I/O設備通訊，互相交換數據，DDE和OPC Client是兩個通用的標準I/O驅動程序，用來和支持DDE標準和OPC標準的I/O設備通訊。多數組態軟件的DDE驅動程序被整合在實時數據庫系統或圖形系統中，而OPC Client則多數單獨存在。 　　擴展可選組件包括： 　　·通用數據庫接口（ODBC接口）組態程序 　　通用數據庫接口組件用來完成組態軟件的實時數據庫與通用數據庫（如Oracle、Sybase、Foxpro、DB2、Infomix、SQL Server等）的互聯，實現雙向數據交換，通用數據庫既可以讀取實時數據，也可以讀取歷史數據；實時數據庫也可以從通用數據庫實時地讀入數據。通用數據庫接口（ODBC接口）組態環境用于指定要交換的通用數據庫的數據庫結構、字段名稱及屬性、時間區段、采樣周期、字段與實時數據庫數據的對應關系等。 　　·通用數據庫接口（ODBC接口）運行程序 　　已組態的通用數據庫連接被裝入計算機內存，按照預先指定的采樣周期，對規定時間區段按照組態的數據庫結構建立起通用數據庫和實時數據庫間的數據連接。 　　·策略（控制方案）編輯組態程序 　　·策略編輯/生成組件 　　是以PC為中心實現低成本監控的核心軟件，具有很強的邏輯、算術運算能力和豐富的控制算法。策略編輯/生成組件以IEC-1131-3標準為使用者提供標準的編程環境，共有4種編程方式：梯形圖、結構化編程語言、指令助記符、模塊化功能塊。使用者一般都習慣于使用模塊化功能塊，根據控制方案進行組態，結束后系統將保存組態內容并對組態內容進行語法檢查、編譯。 　　編譯生成的目標策略代碼即可以與圖形界面同在一臺計算機上運行，也可以下裝（Download）到目標設備（如PC/104、Windows CE系統等PC-Based設備）上運行。 　　·策略運行程序 　　組態的策略目標系統被裝入計算機內存并執行預定的各種數據計算、數據處理任務，同時完成與實時數據庫的數據交換。 　　·實用通訊程序組件 　　實用通訊程序極大地增強了組態軟件的功能，可以實現與第三方程序的數據交換，是組態軟件價值的主要表現之一。通訊實用程序具有以下功能： 　　可以實現操作站的雙機冗余熱備用； 　　實現數據的遠程訪問和傳送； 　　通訊實用程序可以使用以太網、RS485、RS232、PSTN等多種通訊介質或網絡實現其功能。實用通訊程序組件可以劃分為Server和Client兩種類型，Server是數據提供方，Client是數據訪問方，一但Server和Client建立起了連接，二者間就可以實現數據的雙向傳送。 　　四．組態軟件的功能分析 　　1．豐富的畫面顯示組態功能 　　組態軟件應提供給用戶豐實方便的作圖工具．因為大中型控制系統要有大量的圖形畫面，而這些圖形畫面對開發人員是費時費力的組態軟件應提供大量常用的工業設備圖符、儀表圖符等還應提供趨勢圖、歷史曲線圖等。 　　2．通信功能與良好的開放性 　　組態軟件向下應能與數采部份硬件通訊，向上應能與高層管理網互聯。開放性是指組態軟件能與多種通訊協議互連，支持多種硬件設備。組態軟件要在冶金、電力、機械等各行各業通用，必須滿足不同的測點要求．必須適應各類測控硬件設備。 　　3．組態軟件完善功能多樣 　　組態軟件應提供工業標準數學模型庫和控制功能庫，滿足用戶所需的測控要求，而不應將固定的模式強加給用戶；組態軟件應對測控信息進行記錄存貯、顯示、計算、分析、打印，界面操作應靈活方便，數據要考慮安全性，如設口令等。 　　4．軟件環境的選擇 　　隨著面向圖形的windows操作系統普及．基于windows環境的組態軟件不斷出現,極大地豐富了監控系統的顯示畫面，但實時性、可靠性與多任務存在著矛盾，側重監視的系統選擇windows環境。而基于Dos系統的組態軟件圖形功能弱，但實時性、可靠性好。 　　5．漢化性及硬件執行速度 　　日前，我國大多數企業操作人員要求軟件顯示漢語易于接受和使用。隨著硬件性能提高價格下跌．開發人員應該選擇較高檔次的計算機和大容量的內存，以適應windows環境，滿足控制系統對趨勢圖、歷史曲線圖、等方面的工藝要求。 　　6．測控點規模及性能價格比 　　測控點的管理數量是衡量組態軟件的重要參數。大型測控點系統要求強大的圖形工具、豐富的菜單命令、完善的測點管理。大型組態軟件用在中小型系統費用高，中小型組態軟件滿足不了多測點的性能要求。 　　五．組態軟件的發展和現狀 　　在二十世紀80年代后期，由于個人計算機的普及，PC機開始走上工業監控的歷史舞臺，與此同時開始出現基于PC總線的各種數據I/O板卡，加上軟件工業的迅速發展，開始有人研究和開發通用的PC監控軟件——組態軟件。世界上第一個把組態軟件作為商品進行開發，銷售的專業軟件公司是美國Wonderware公司，它于80年代末率先推出第一個商品化監控組態軟件Intouch。此后組態軟件得到了迅猛發展。目前世界上的組態軟件有幾十種之多，國際上較知名的監控組態軟件有：Fix,Intouch,Wince,LadView,Citech等。 　　在當前的工業自動化領域，監控軟件是一個熱點，據統計，在國內，從事組態軟件開發的公司達幾十家之多，從事組態軟件的工作的人員達兩千人之多，而且，這些廠家都在高速的發展，不斷的擴大。在工控組態軟件行業，真可謂是：百家爭鳴，百花齊放。 　　六、組態軟件在我國的發展 　　組態軟件產品于80年代初出現，并在80年代末期進入我國。但在90年代中期之前，組態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軟件的認識，項目中沒有組態軟件的預算，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，而不采用組態軟件； 　　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（早期的組態軟件多為國外廠家開發），很少有用戶愿意去購買正版。 　　③當時國內的工業自動化和信息技術應用的水平還不高，組態軟件提供了對大規模應用、大量數據進行采集、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。 　　隨著工業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，人們逐漸意識到原有的上位機編程的開發方式。對項目來說是費時費力、得不償失的，同時，MIS（管理信息系統，ManagementInformationSystem）和CIMS（計算機集成制造系統，ComputerIntegratedManufacturingSystem）的大量應用，要求工業現場為企業的生產、經營、決策提供更詳細和深入的數據，以便優化企業生產經營中的各個環節。因此，在1995年以后，組態軟件在國內的應用逐漸得到了普及。 　　七、組態軟件的功能特點發展方向 　　目前看到的所有組態軟件都能完成類似的功能：比如，幾乎所有運行于32位Windows平臺的組態軟件都采用類似資源瀏覽器的窗口結構，并且對工業控制系統中的各種資源（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的功能，等等。但是，從技術上說，各種組態軟件提供實現這些功能的方法卻各不相同。從這些不同之處，以及PC技術發展的趨勢，可以看出組態軟件未來發展的方向。 　　1.數據采集的方式 　　大多數組態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軟件開發商提供，或者由用戶按照某種組態軟件的接口規范編寫，這為用戶提出了過高的要求。由OPC基金組織提出的OPC規范基于微軟的OLE/DCOM技術，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的細節。由于COM技術是在二進制代碼級實現的，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，可以發揮硬件的全部效能，而作為客戶的組態軟件可以通過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，組態軟件同樣可以作為服務器為其他的應用系統（如MIS等）提供數據。OPC現在已經得到了包括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中更合理的選擇。 　　2.腳本的功能 　　腳本語言是擴充組態系統功能的重要手段。因此，大多數組態軟件提供了腳本語言的支持。具體的實現方式可分為三種：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軟件，對腳本的支持并不完善，許多組態軟件只提供IF…THEN…ELSE的語句結構，不提供循環控制語句，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環境，采用VBA的組態軟件通常使用微軟的VBA環境和組件技術，把組態系統中的對象以組件方式實現，使用VBA的程序對這些對象進行訪問。由于VisualBasic是解釋執行的，所以VBA程序的一些語法錯誤可能到執行時才能發現。而面向對象的腳本語言提供了對象訪問機制，對系統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，但實現比較復雜。 　　3.組態環境的可擴展性 　　可擴展性為用戶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自于組態軟件開發商、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軟件能提供完備的ActiveX組件引入功能及實現引入對象在腳本語言中的訪問。 　　4.組態軟件的開放性 　　隨著管理信息系統和計算機集成制造系統的普及，生產現場數據的應用已經不僅僅局限于數據采集和監控。在生產制造過程中，需要現場的大量數據進行流程分析和過程控制，以實現對生產流程的調整和優化。現有的組態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，以供其他的業務系統調用，在絕大多數情況下，仍然需要進行再開發才能實現。隨著生產決策活動對信息需求的增加，可以預見，組態軟件與管理信息系統或領導信息系統的集成必將更加緊密，并很可能以實現數據分析與決策功能的模塊形式在組態軟件中出現。 　　5.對Internet的支持程度 　　現代企業的生產已經趨向國際化、分布式的生產方式。Internet將是實現分布式生產的基礎。組態軟件能否從原有的局域網運行方式跨越到支持Internet，是擺在所有組態軟件開發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對工業現場的監控，將會在大部分應用中停留于監視階段，而實際控制功能的完成應該通過更穩定的技術，如專用的遠程客戶端、由專業開發商提供的ActiveX控件或Java技術實現。 　　6.組態軟件的控制功能 　　隨著以工業PC為核心的自動控制集成系統技術的日趨完善和工程技術人員的使用組態軟件水平的不斷提高，用戶對組態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環境的各種優點。目前，國際上影響比較大的產品有：法國CJInternational公司的ISaGRAF軟件包、PCSoftInternational公司的WinPLC、美國WizdomControlIntellution公司的Paradym-31、美國MooreProcessAutomationSolutions公司ProcessSuite、美國WonderwareControls公司的InControl、SoftPLC公司的SoftPLC等。國內推出軟PLC產品的組態軟件還不見有，國內組態軟件要想全面超過國外的競爭對手，就必須搞創新，推出類似功能的產品。 　　隨著企業提出的高柔性、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界的普遍關注。先進過程控制（AdvancedProcessControl，APC）是指一類在動態環境中，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和應用的熱點。目前，國內許多大企業紛紛投資，在裝置自動化系統中實施先進控制。國外許多控制軟件公司和DCS廠商都在競相開發先進控制和優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化控制策略的組態軟件必將受到用戶的極大歡迎。 　　[b]八、結束語[/b] 　　用戶的需求促使技術不斷進步，在組態軟件上這種趨勢體現得尤為明顯。未來的組態軟件將是提供更加強大的分布式環境下的組態功能、全面支持ActiveX、擴展能力強、支持OPC等工業標準、控制功能強、并能通過Internet進行訪問的開放式系統。