组态软件介绍

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1、组态软件介绍1.1 什么是组态软件？组态软件是一种面向工业自动化的通用数据采集和过程监控专用软件，它处在自动控制 系统的监控层，具有灵活的组态方式，用户能使用它来快速构建工业自动控制系统的监控功 能。在国外一般称为 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)软件，也称为 HMI/MMI(Human Machine Interface/Man Machine Interface)软件，在国内俗称“组态软件”这个称谓 源自早期的DCS系统，DCS系统从上世纪八十年代开始进入国内，其系统软件能够在不编写 计算机程序的前提下，通过一种简单过程来搭建最

2、终的DCS控制系统。这种搭建过程包括选 择控制系统的结构、数据采集模块的种类、信号的量程和转换，选择和配置各种控制策略， 绘制操作员界面等等，这个过程被称为“组态”，对应的软件被称为“组态软件”。随着个人 计算机的发展，早期的自动化软件工程师借鉴了 DCS系统组态软件的“组态”理念，试图在 个人计算机上开发一种通用的软件，能适应不同的控制系统和不同的控制场合的应用要求。 其功能主要包括能连接不同的控制系统，实现和他们的通信和数据交换，能以图形的方式直 观地显示控制系统中的数据，并对数据进行报警、记录等个人计算机擅长的数据管理功能， 除了缺少控制功能或控制功能比较弱以外，这类软件和DCS系统中的

3、组态软件都比较类似，“组态软件”的概念就这样被大家继续沿用。因此组态软件的概念在国内不仅仅指DCS系统中的组态软件，还包括DCS系统之外 的通用组态式监控系统软件。“组态(Configure)”的含义是“配置”、“设定”、“设置”等意思，是指用户通过类似 “搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序。“组态” 的过程有时候也称为“二次开发”，组态软件也被称为“二次开发平台”。“监控(Supervisory Control)”，即“监视和控制”，是指通过计算机信号对自动化设备 或过程进行监视、控制和管理。从上面对于组态和监控的定义来看，组态软件能够实现对自动化过程和装备

4、的监视和 控制，它能从自动化过程和装备中采集各种信息，并将信息以图形动画等更易于理解的方 式进行显示，将重要的信息以各种手段传送到相关人员，对信息执行必要的分析处理和存 储，发出控制指令等等。组态软件一般都包括两个基本的子系统，即“开发系统” 和“运行系统”。开发系统是用户把工业自动化的整个生产过程通过计算机进行“组态”的软件系统。 运行系统即用户把“开发系统”“组态”完成的“工程”按照所配置的功能和要求工作 起来，并将各个功能有机的结合到一起，取得用户预期的效果和最终目的，从而达到对工 程“监控”的软件系统。运行系统运行的条件是开发系统开发完成的工程。在有些应用场合，工程运行起来以后不能再退

5、出重新进入开发系统调整系统的配置 因此需要运行系统包含部分开发系统的功能，能在线动态进行系统的修改和完善。反之 为了方便在开发过程中的测试，开发系统中也可以包含部分运行系统中的功能。开发系统 运行系统，工程三者之间的关系见图1.1。组态软件的主要目标是让用户在不具备复杂编程技术的基础上，构建自己的监控系统。 因此，组态软件必须提供能满足各种各样用户需要的自动化监控功能，提供工具给用户来 选择或组合这些功能，并将最终的结果运行起来，实现用户所需要的监控。组态软件作为 自动化领域里一种重要的软件类型，经过二十多年的发展，已经逐渐渗透到传统工业自动 化领域之外的其它领域，成为自动化和信息化领域中的一

6、个非常重要的组成部分。组态软 件与行业无关，可以广泛应用于机械、钢铁、汽车、包装、矿山、水泥、造纸、水处理、 环保监测、新能源、石油化工、电力、纺织、冶金、智能建筑、交通、食品、智能楼宇、 实验室等凡是涉及自动化监控的场合。1.2 组态软件功能和特点组态软件提供了对自动化系统进行监视、控制和管理的多种功能，提供了开发系统让 自动化应用工程师来选择和配置所需要的功能。组态软件能完成的常见功能如下： 可以根据需要选择被监控的硬件系统，并和它们进行数据通信，将硬件系统中有 关现场设备状态的信息进行采集，并能对现场进行数据设定和控制。组态软件中 集成了大量硬件系统的通信程序，能和常见的工业自动化设备,

7、如各种各样的PLC、 DCS、仪表、智能模块和板卡等进行通信，采集工业现场的各种信号，从而对工 业现场进行监视和控制。使用组态软件实现与自动化设备的通信不需要编写计算 机通信程序，不需要理解复杂的通信协议等。 以图形和动画等直观形象的方式呈现工业现场信息，以方便对控制流程的监视； 也可以直接对控制系统发出指令、设置参数从而干预工业现场的控制流程。 将控制系统中的紧急工况（报警）通过软件界面、电子邮件、手机短信、即时消 息、声音和计算机自动语音等多种手段及时通知给相关人员，使他们及时掌控自 动化系统的运行状况。 对系统运行过程中，操作人员的重要操作等涉及系统安全的重要事件进行通知和 记录，供事故

8、查找、运行分析、统计使用。 对系统中的重要数据进行记录存储。在工程发生事故和故障的时候，利用记录的运行工况数据和历史数据，可以对系统故障原因等进行分析定位，责任追查等。通过对数据的质量统计分析，还可以提高自动化系统的运行效率，提升产品质量。 对工业现场的数据按照事先设定的要求进行逻辑运算等处理，将结果返回给控制 系统，协助控制系统完成它们所不擅长的复杂的运算控制功能。 将工程运行的状况、实时数据、历史数据、警告和外部数据库中的数据以及统计 运算结果制作成报表，供运行和管理人员参考。 提供二次编程手段让用户编写自己的应用逻辑，需要的功能，让工程按照需要进 行运行。 为其它应用软件提供数据，也可以

9、接收数据，从而将不同的系统关联和整合起来。 多计算机运行组态软件，并能有效互联，不同的计算机可以被分配和承担不同的 角色，协调实现对大型系统的分布式监控。 将监控系统中的实时信息送入管理信息系统，也可以反之，接收从管理系统的管 理指令和数据，根据需要来干预生产现场或过程。组态软件在工厂等自动化环境 中对下能连接生产过程中的控制系统，对上能连接企业的各种管理信息系统，起 到一个承上启下的作用，是整个大的信息化系统中的核心环节。 对监控系统的运行实现安全控制，根据使用者的不同级别和权限来限制他们的系 统的操作和功能使用，从而保证系统的安全运行。 根据系统所使用的国家、地区和文化的不同，组态软件能实

10、现系统的界面文字、 图片、声音和语音等的切换，从而使得所开发的应用能快速地国际化和本地化。 组态软件能通过因特网发布监控系统的数据，实现远程监控。系统的授权人员可 以从世界的任何地方对系统进行监控。 其它功能。使用组态软件可以利用计算机很方便形象地实现现场数据的采集、监控以及对数据进 行管理，与早期采用现场控制盘或类似控制系统相比，界面更为形象直接友好，管理功能 也更为强大。另外，传统的自动化用户也有一部分是自己来编写数据采集和监控系统，目 前也逐渐被用户放弃。用户之所以需要组态软件，在它的基础上进行应用开发，而不是完 全按照用户的需要从零开始编写一套符合自己系统要求的定制软件，是因为自动化软

11、件编 程涉及的面广、复杂，如硬件设备的通信、图形动画、数据库、报表等的编程，这对专业 的计算机编程人员都是巨大的挑战，更何况没有经过专业编程训练的自动化工程人员。定 制软件即使实现了最终用户需要的功能，但在稳定性、专业性、扩展性上还往往不能满足 要求。另外最终用户的需求有时候会经常变化，这就意味着定制软件需要在满足功能、性 能、稳定性、扩展性等要求的基础上，能快速修改更新，这对非专业的编程人员来说，确 实是巨大的挑战。和开发自己的专有系统相比，使用组态软件来构建自己的系统具有更多 的优势。 缩短了自动化系统或产品的开发时间。通过使用组态软件，系统工程师无需学习 复杂的计算机编程技术，通过简单的

12、组态过程即可实现需要的系统功能，系统实 施的时间大为缩短，开发效率大幅提高。 提高了自动化系统或产品的稳定性。组态软件经过了大量用户的使用考验，往往 比专门开发的软件更稳定。 定制软件需要专门的编程人员，这些编程人员的开发费用往往比较高，而对于组 态软件来说，一般的技术人员经过简单的培训便可以进行系统的开发，节省费用 和成本。 简便了系统功能和技术升级过程中带来的不兼容等问题。 更加灵活。在自动化系统或产品需要经常变化的情况下，组态软件无需调整代码， 具有更大的灵活性。 当然和专门开发的系统相比，组态软件也存在体积往往比较大、需要较多的系统资源、 执行速度可能较慢等缺点。1.3 组态软件的发展

13、过程计算机在控制和自动化中的应用是计算机最重要的应用领域之一。随着计算机和信息 技术的发展，组态软件经历了从诞生到不断完善的过程，其发展也就和计算机、通信、网 络等信息技术的发展密切相关。组态软件从上世纪八十年代中期在国外开始出现，八十年代末九十年代初以 Onspec、 Intouch、Fix 等为代表的一些国外软件开始进入中国。国内一些专业技术人员从九十年代初 开始开发组态软件，其中最有代表性的软件产品有CVS、GOWELL等。虽然这个时期的 组态软件功能相对简单，主要是以单机应用为主，但是能满足当时多数监控应用的需要， 也让自动化业界感受到了计算机技术给自动化控制所带来的深刻影响。上世纪九

14、十年代中期以后，计算机硬件、操作系统、数据库和网络技术都发展较快， 组态软件也进入了快速发展时期，其应用也越来越广泛，越来越被自动化工程师所认同。 国内组态软件的一些品牌开始出现并渐渐取得一定市场份额，形成一定的知名度和影响力。 这个时期的组态软件仍然是以单机应用为主，但能通过网络通信实现多台计算机的分工协 作，来解决中等规模系统的监控。从技术上来讲，这个时期的组态软件，包括国内外的主 要品牌，都是建立在Windows系统编程接口 Win32之上的Windows应用程序。进入二十一世纪以来，组态软件的应用越来越普及，应用的领域逐渐突破传统的工业 自动化领域，渗透到农业、医疗、交通、市政工程、楼

15、宇、环保、新能源、节能降耗等诸 多新兴应用领域。监控系统的规模越来越大，越来越复杂。因此，用户对组态软件的要求 也就越来越高。希望能够充分利用最新的信息和网络技术，发掘新的功能，如通过Internet 实现远程工程部署、监控、调试和诊断，利用 3G 通信网络实现快速的远程数据采集；利 用无级缩放、 3D 图形等技术来更为逼真地再现监控现场；能通过分布式架构解决大系统的 信息吞吐量；在进行大规模复杂系统的监控时，系统的稳定性不仅不能降低，还要改善和 提高，最大限度减少由于系统故障引起的停机时间；和控制系统简便的连接和互操作；利 用计算机强大的计算处理能力来弥补控制系统的不足；更为强大的二次编程能

16、力；和企业 的其它自动化系统以及信息管理系统更为方便地集成等也都是用户希望组态软件能够解决 的问题。同时用户在产品的易用性、扩展性、灵活性、开放性等方面都提出了前所未有的 要求，呼唤新一代组态软件的诞生。新一代的组态软件应具有以下几个方面的特点：(1)、以网络为中心，.Net为技术基础目前的组态软件都是以计算机为中心的，计算机和计算机之间虽然可以通过网络建立 数据通信，但在网络环境下计算机间的数据交换的方式过于单一，不能形成计算机群的有 效分工和协作。当自动化系统的数据量达到一定规模，地理位置分布达到一定范围后就会 出现应用瓶颈。未来的组态软件应该可以方便地构建可伸缩的网络分布式系统，通过协作 和负荷分布来解决大型监控系统的需要，也可以灵活的选择整体系统的架构，实现复杂的 监控系统方案。其中以网络为中心、以XML (Extensible Marku