组态软件的使用者是自动化工程设计人员。组态软件包的主要目的是使使用者在生成适合自己需要的应用系统时不需要修改软件程序的源代码,因此,不论采取何种方式设计组态软件,都要面对和解决控制系统设计时的公共问题,只有满足这些要求的组态软件才能真正符合工业监控的要求,能够被市场接受和认可。这些问题主要有以下几点。
(1)如何与采集
、控制设备进行数据交换,即广泛支持各种类型的I/O设备、控制器和各种现场总线技术和网络技术。
(2)多层次的报警组态和报警事件处理
、报警管理和报警优先级等。如支持对模拟量、数字量报警及系统报警等;支持报警内容设置,如限值报警、变化率报警、偏差报警等。
(3)存储历史数据并支持历史数据的查询和简单的统计分析。
工业生产操作数据,包括实时和历史数据是分析生产过程状态,评价操作水平的重要信息,对加强生产操作管理和优化具有重要作用。
(4)各类报表的生成和打印输出。
不仅组态软件支持简单的报表组态和打印,还要支持采用第三方工具开发的报表与组态软件数据库连接。
(5)为使用者提供灵活、
丰富的组态工具和资源。这些工具和资源可以适应不同应用领域的需求,此外,在注重组态软件通用性的情况下,还能支持行业应用。
(6)最终生成的应用系统运行稳定可靠,
不论对于单机系统还是多机系统,都要确保系统能长期安全、可靠、稳定工作。
(7)具有与第三方程序的接口,方便数据共享。
(8)简单的回路调节;批次处理;SPC过程质量控制。
(9)如果内嵌入软逻辑控制,软逻辑编程软件要符合IEC 61131-3标准。
(10)安全管理,即系统对每个用户都具有操作权限的定义,系统对每个重要操作都可以形成操作日志记录,同时有完备的安全管理制度。
(11)对Internet/Intranet的支持,可以提供基于Web的应用。
(12)多机系统的时钟同步,系统可由GPS全球定位时钟提供标准时间,同时向全系统发送对时命令,包括监控主机和各个客户机、下位机等。可实现与网络上其他系统的对时服务,并支持人工设置时间功能。
(13)开发环境与运行环境切换方便,支持在线组态功能。即在运行环境时也可以进行一些功能修改和组态,刷新后修改后的功能即生效。
自动化工程设计技术人员在组态软件中只需填入一些事先设计的表格,利用图形功能把被控对象,如反应罐温度计、锅炉趋势曲线、报表等形象地画出来,通过内部数据连接把被控对象的属性与I/O设备的实时据进行逻辑连接。当由组态软件生成的应用系统投入运行后,与被控对象连接的I/O设备数据发生变化直接带动被控对象的属性变化。
为了设计出满足上述要求的组态软件系统,要特别注意系统的架构设计和关键技术的使用。在设计中,一方面要兼顾一般性与特性,也要遵从通用软件的设计思想,注重安全性和可靠性、标准化、开放性和跨平台操作等。
“组态”的概念最早来自英文Configuration,其含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置(包括进行对象的定义、制作和编辑,并设定其状态特征属性参数),达到使计算机或软件按照预先设置,自动执行特定任务,满足使用者要求的目的。在控制界,“组态”一词应该首先出现在DCS中。组态软件自20世纪80年代初期诞生至今,已有20多年的发展历史。应该说组态软件作为一种应用软件,是随着PC的兴起而不断发展的。20世纪80年代的组态软件,像Onspec、Paragon 500、早期的FIX等都运行在DOS环境下,图形界面的功能不是很强,软件中包含着大量的控制算法,这是因为DOS具有很好的实时性。20世纪90年代,随着微软的图形界面操作系统Windows 3.0风靡全球,以Wonderware公司的组态软件Intouch为代表的人机界面开发软件开创了Windows下运行工控软件的先河,Wonderware因而在不长的时间内成为全球最大的独立自动化软件厂商(该公司后来被英国Invensys收购)。这些组态软件的主要特点有以下几点。
(1)延续性和扩充性好。用组态软件开发的应用程序,当现场硬件设备有增加,系统结构有变化或用户需求发生改变时,通常不需要很多修改就可以通过组态的方式顺利完成软件的更新和升级。
(2)封装性高。组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来,对于用户,不需掌握太多的编程语言技术(甚至不需要编程技术),就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能。
(3)通用性强。不同的行业用户,都可以根据工程的实际情况,利用组态软件提供的底层设备(PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等)的I/O驱动程序、开放式的数据库和画面制作工具,就能完成一个具有生动图形界面、动画效果、实时数据显示与处理、历史数据、报警和记录、具有多媒体功能和网络功能的工程,不受行业限制。
(4)人机界面友好。用组态软件开发的监控系统人机界面具有生动、直观的特点,动感强烈,画面逼真,深受现场操作人员的欢迎。
(5)接口趋向标准化。如组态软件与硬件的接口,过去普遍采用定制的驱动程序,现在普遍采用OPC规范。此外,数据库接口也采用工业标准。
由于市场对组态软件的巨大需求,从1990年开始,国产组态软件逐步出现,如北京亚控科技发展有限公司的组态王系列产品、北京三维力控科技有限公司的力控、北京昆仑通态自动化软件科技有限公司的MCGS等。这些产品以价格低、驱动丰富等特点,在中小型工业监控系统开发中得到了广泛应用,积累了大量客户。近年来,随着计算机软、硬件技术的发展,组态软件的开发门槛逐步降低,越来越多的公司加入到组态软件的开发中来,新的产品不断出现。但总体来讲,虽然这些新的产品都具有一定的技术特色,但主要的功能还是比较相似,出现了一定的趋同性。