组态软件
组态软件
组态软件,又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(数据采集与监视控制)。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境,使用灵活的组态方式,为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广,可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统(RTU System,Remote Terminal Unit)。
组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中。如DCS(集散控制系统)组态,PLC(可编程控制器)梯形图组态。人机界面生成软件就叫工控组态软件。在其他行业也有组态的概念,如AutoCAD,PhotoShop等。不同之处在于,工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。从表面上看,组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。 工控组态软件也提供了编程手段,一般都是内置编译系统,提供类BASIC语言,有的支持VB,现在有的组态软件甚至支持C#高级语言。
组态软件大都支持各种主流工控设备和标准通信协议,并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI(人机接口软件,Human Machine Interface)的概念,组态软件还是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具或开发环境。在组态软件出现之前,工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用,开发时间长,效率低,可靠性差;或者购买专用的工控系统,通常是封闭的系统,选择余地小,往往不能满足需求,很难与外界进行数据交互,升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现使用户可以利用组态软件的功能,构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展,实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容监控组态软件将会不断被赋予新的内容。
国外进口品牌组态软件:
1、InTouch:Wonderware的InTouch软件是最早进入我国的组态软件。早期InTouch软件采用DDE方式与驱动程序通信。目前最新版本是InTouch 10.0,包含三个主要程序:“InTouch 应用程序管理器”、WindowMakerÔ 以及WindowViewerÔ 。
2、IFix:原属Intellution公司(Intellution公司在1995年被爱默生收购,现在是爱默生集团的全资子公司),后来被GE公司收购。
3、WinCC:是西门子公司发布的组态开发环境,Simens提供类C语言的脚本,包括一个调试环境。WinCC内嵌OPC支持,并可对分布式系统进行组态。但WinCC的结构较复杂,用户最好经过Simens的培训以掌握WinCC的应用。
4、Movicon:是意大利自动化软件供应商PROGEA公司开发。该公司自1990年开始开发基于Windows平台的自动化监控软件,可在同一开发平台完成不同运行环境的需要。特色之处在于完全基于XML,又集成了VBA兼容的脚本语言及类似STEP-7指令表的软逻辑功能。
5、Citech:原属澳大利亚悉雅特公司(已被施耐德公司收购,但独立运营),该公司的Citech是较早进入中国市场的产品,但其操作方式更多的是面向程序员,而不是工控用户。Citech提供了类似C语言的脚本语言进行二次开发,但与iFix不同的是,Citech的脚本语言并非是面向对象的,而是类似于C语言,这无疑为用户进行二次开发增加了难度。
国内品牌组态软件:
1.世纪星:由北京世纪长秋科技有限公司开发。产品自1999年开始销售。
2.三维力控:由北京三维力控科技有限公司开发,核心软件产品初创于1992年。
3.组态王KingView:由北京亚控科技发展有限公司开发,该公司成立于1997年,目前在国产软件市场中占据着一定地位。
4.紫金桥Realinfo:由紫金桥软件技术有限公司开发,该公司是由中石油大庆石化总厂出资成立。
5.MCGS:由北京昆仑通态自动化软件科技有限公司开发,市场上主要是搭配硬件销售。
6.还有Controx(开物),易控等
组态软件特点
随着工业自动化水平的迅速提高,计算机在工业领域的广泛应用,人们对工业自动化的要求越来越高,种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用,使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。在开发传统的工业控制软件时,当工业被控对象一旦有变动,就必须修改其控制系统的源程序,导致其开发周期长;已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低,导致它的价格非常昂贵;在修改工控软件的源程序时,倘若原来的编程人员因工作变动而离去时,则必须同其他人员或新手进行源程序的修改,因而更是相当困难。通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法,因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题,使用户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态,完成最终的自动化控制工程。
组态(Configuration)为模块化任意组合。通用组态软件主要特点:
(1)延续性和可扩充性。用通用组态软件开发的应用程序,当现场(包括硬件设备或系统结构)或用户需求发生改变时,不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级;
(2)封装性(易学易用),通用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,每个用户根据工程实际情况,利用通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 Driver、开放式的数据库和画面制作工具,就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程,不受行业限制。
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自2000年以来,国内监控组态软件产品、技术、市场都取得了飞快的发展,应用领域日益拓展,用户和应用工程师数量不断增多。充分体现了“工业技术民用化”的发展趋势。
监控组态软件是工业应用软件的重要组成部分,其发展受到很多因素的制约,归根结底,是应用的带动对其发展起着最为关键的推动作用。
关于新技术的不断涌现和快速发展对监控组态软件会产生何种影响,有人认为随着技术的发展,通用组态软件会退出市场,例如有的自动化装置直接内嵌“Web Server”实时画面供中控室操作人员访问。
近5年来,一些与监控组态软件密切相关的技术如OPC、OPC-XML、现场总线等技术也取得了飞速的发展,是监控组态软件发展的有力支撑。
继FOXBORO之后,Euro therm(欧陆)、Delta V、PCS7等DCS系统纷纷使用通用监控组态软件作为操作站。同时,国内的DCS厂家也开始尝试使用监控组态软件作为操作站。
在大学和科研机构,越来越多的人开始从事监控组态软件的相关技术研究
基于Linux 的监控组态软件及相关技术正在迅速发展之中,很多厂商都相继推出成熟的商品,对组态软件业的格局将产生深远的影响。
从软件规模上看,大多数监控组态软件的代码规模超过100万行,已经不属于小型软件的范畴了。从其功能来看,数据的加工与处理、数据管理、统计分析等功能越来越强。
组态软件处于监控系统的中间位置,向上、向下均具有比较完整的接口,因此对上、下应用系统的渗透能力也是组态软件的一种本能,具体表现为:
其管理功能日渐强大,在实时数据库及其管理系统的配合下,具有部分MIS、MES或调度功能。尤以报警管理与检索、历史数据检索、操作日志管理、复杂报表等功能较为常见。
软PLC、嵌入式控制等功能:除组态软件直接配备软PLC组件外,软PLC组件还作为单独产品与硬件一起配套销售,构成PAC控制器。这类软PLC组件一般都可运行于嵌入式Linux操作系统。
只要同时涉及实时数据通讯(无论是双向还是单向)、实时动态图形界面显示、必要的数据处理、历史数据存储及显示,就存在对组态软件的潜在需求。
除了大家熟知的工业自动化领域,近几年以下领域已经成为监控组态软件的新增长点:
电网系统信息化建设。电力自动化是监控组态软件的一个重要应用领域,电力是国家的基础行业,其信息化建设是多层次的,由此决定了对组态软件的多层次需求。
公共安全监控与管理:公共安全的隐患可造成突发事件应急失当,容易造成城市公共设施瘫痪、人员群死群伤等恶性灾难。公共安全监控包括:
重大建筑物(如桥梁等)健康状态监控:及时发现隐患,预报事故的发生。
城市危险源实时监测:对存放危险源的场所、危险源行踪的监测。避免放射性物质和剧毒物质失控地流通。
国土资源立体污染监控:对土壤、大气中与农业生产有关的污染物含量进行实时监测,建立立体式实时监测网络。
城市管网系统实时监控及调度:包括供水管网、燃气管网、供热管网等的监控。
组态软件已经成为工业自动化系统的必要组成部分,即“基本单元”或“基本元件”,因此吸引了大型自动化公司纷纷投资开发自有知识产权的组态软件,以期依靠强大的市场产生大批量的销售,从中获取利润。
在国内市场上,高端市场仍被国外产品垄断。国内产品已经开始抢占一些高端市场,并且所占比例在逐渐增长。
功能变迁:仍以人机界面为主,数据采集、历史数据库、报警管理、操作日志管理、权限管理、数据通讯转发成为其基础功能;功能组件呈分化、集成化、功能细分的发展趋势,以适应不同行业、不同用户层次的多方面需求。
新技术的采用:组态软件的IT化趋势明显,大量的最新计算技术、通讯技术、多媒体技术被用来提高其性能,扩充其功能。
注重效率:实际上,有的“组态”工作非常繁琐,用户希望通过模板快速生成自己的项目应用。图形模板、数据库模板、设备模板可以让用户以“复制”方式快速生成目标程序。
造成组态软件需求增长的另外一个原因是,传感器、数据采集装置、控制器的智能化程度越来越高,实时数据浏览和管理的需求日益高涨,有的用户甚至要求在自己的办公室里监督定货的制造过程。
类似OPC这样的组织的出现,以及现场总线、尤其是工业以太网的快速发展,大大简化了异种设备间互连、开发I/O设备驱动软件的工作量。I/O驱动软件也逐渐会朝标准化的方向发展。
通过近十年的发展,以力控科技等为代表的国内监控组态软件,在技术、市场、服务方面已趋于成熟,形成了比较雄厚的市场和技术积累,具备了与国外对手抗衡的本钱。
新技术的出现,会淘汰一批墨守成规、不思进取的厂商。那些以用户需求为为中心、勇于创新,采用新技术不断满足用户日益增长的潜在需求的厂商会逐渐在市场上取得主动,成为组态软件及相关工业IT产品市场的主导者。
前面已经介绍,监控组态软件的规模都在100万行以上,这样庞大的软件系统在结构设计上必须采用分布式结构。分布式系统并不是监控组态软件的专利,目前很多大型软件系统都是分布式系统。
在组态软件中,重新提起“分布式”这个老话题是必要的,因为规模大于5000点的应用几乎离不开分布式应用的需求。还需要强调,不是因为组态软件缺少分布式结构的产品,而是缺少真正经得起分布式应用考验的产品。
虽然软件是自动化系统的核心与灵,但是组态软件还远未承担起这一角色。组态软件的内涵和外延在不断变化,其在自动化系统中所扮演的角色会逐渐接近这一标准。