淺談工控機(jī)及組態(tài)控制技術(shù)

【摘要】控組態(tài)軟件技術(shù)是指采用組態(tài)軟件作為開發(fā)平臺，開發(fā)自動化工業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件技術(shù)。伴隨著自動化技術(shù)的不斷提高，自動化水平的整體提高，人們對自動化提出了更高的要求，尤其是在自動化軟件的靈活性和通用性方面。

一、工控組態(tài)軟件的發(fā)展現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件由于控制對象單一，導(dǎo)致軟件重復(fù)使用率低。當(dāng)控制對象發(fā)生變化時，不得不通過修改源程序來滿足新的應(yīng)用要求，不僅使開發(fā)周期變長，也使維護(hù)費(fèi)用增加。工控組態(tài)軟件，也稱監(jiān)控組態(tài)軟件，是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（SCADA）和自動化系統(tǒng)集成的軟件平臺，它能根據(jù)用戶對被控對象和控制目的的要求在模塊間進(jìn)行任意組合，不僅滿足了被控對象的個性需求，也縮短了軟件開發(fā)時間，節(jié)省了開發(fā)費(fèi)用。組態(tài)軟件的可視性和圖形化管理功能也為生產(chǎn)管理和運(yùn)行維護(hù)提供了方便。隨著各種新興技術(shù)不斷融人到組態(tài)軟件中，組態(tài)軟件有著更強(qiáng)的競爭力和更為廣闊的市場前景。與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合，使組態(tài)軟件不僅具有了傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件的各種功能，還具備了遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程診斷功能?，F(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展以及其在組態(tài)軟件中的應(yīng)用，使得組態(tài)軟件能夠更加輕易地連接各種I/O設(shè)備，應(yīng)用范圍更加廣泛。組態(tài)（Configuration）的意思是配置、組合。組態(tài)的概念是伴隨著分布式控制系統(tǒng)（DCS，DistributedControlSystem）的出現(xiàn)而為人們所熟知的。在20世紀(jì)70年代中期出現(xiàn)了DCS，每套DCS廠商都提供系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，使用戶通過軟件工具對系統(tǒng)的硬件和軟件資源進(jìn)行配置，不需要編制代碼程序就可以生成所需的應(yīng)用系統(tǒng)。其中的應(yīng)用軟件實(shí)際就是組態(tài)軟件。組態(tài)軟件分為專用組態(tài)軟件和通用組態(tài)軟件。在DCS系統(tǒng)中，其組態(tài)軟件是專用的，與其硬件產(chǎn)品密切相關(guān)，不同的DCS廠商的組態(tài)軟件不可相互替代。在20世紀(jì)80年代中后期，隨著PC計(jì)算機(jī)的普及和開放系統(tǒng)概念的推廣，基于工業(yè)PC計(jì)算機(jī)（1PC）的工控系統(tǒng)開始走人市場并迅速發(fā)展。世界上第一個將組態(tài)軟件作為商品進(jìn)行開發(fā)、銷售的專業(yè)軟件公司是美國的Wonderware公司，它于20世紀(jì)80年代末率先推出工控組態(tài)軟件Intouch，此后工控組態(tài)軟件不斷發(fā)展壯大。

二、工控組軟件的結(jié)構(gòu)

1.開發(fā)平臺是系統(tǒng)開發(fā)中客戶應(yīng)用程序的集成開發(fā)環(huán)境?？蛻艨梢酝ㄟ^簡易操作實(shí)現(xiàn)自己需要應(yīng)用系統(tǒng)。一般情況下，這些系統(tǒng)自備基本圖形（弧形、圓、線、柱體、不規(guī)則圖形、多邊形、文字、填充圖等）具備基本繪圖功能和圖庫增刪功能，自變量定義和預(yù)警功能，圖形自動化設(shè)計(jì)及其連接功能，數(shù)據(jù)庫動態(tài)組合功能，語言解釋和編輯功能，以及控件配置和插入功能。

2.系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境可以將客戶自定義開發(fā)的數(shù)據(jù)圖形進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，從而形成反映工作現(xiàn)場情況的動態(tài)動畫效果，并且通過報(bào)表控件、歷史趨勢控件等系統(tǒng)對其進(jìn)行分析，最終形成報(bào)表數(shù)據(jù)。通過人機(jī)界面用于人機(jī)交互。另外，還可以運(yùn)用獨(dú)立的開發(fā)環(huán)境和運(yùn)動環(huán)境，這樣，應(yīng)用程序會單獨(dú)的進(jìn)行運(yùn)行，可以有效的縮短整個工作量，不再需要開發(fā)環(huán)境的獨(dú)立支持。

3.對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理是組態(tài)軟件管理的核心內(nèi)容。數(shù)據(jù)管理主要用于讀寫I/O外在設(shè)備的整體運(yùn)行狀態(tài)，并對其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和保存。與此同時，數(shù)據(jù)庫管理還應(yīng)該具備通信功能，可以自動處理來自客戶端信息，并對其響應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)接受、處理、回復(fù)。

4.I/O設(shè)備驅(qū)動程序組態(tài)軟件能夠通過Ⅱ/O設(shè)備驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)庫同外部I/O設(shè)備的有機(jī)連接，同時可以對Ⅱ/O設(shè)備進(jìn)行讀寫，完成實(shí)時數(shù)據(jù)庫同I/O設(shè)備之間的信息數(shù)據(jù)互換。

三、工控組態(tài)軟件的特點(diǎn)

同傳統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)軟件比較，工控組態(tài)系統(tǒng)軟件有著無比優(yōu)越的特點(diǎn)：

（1）工控組態(tài)系統(tǒng)軟件最重要的特點(diǎn)是多重任務(wù)的執(zhí)行。例如可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)輸出，實(shí)現(xiàn)圖形生產(chǎn)以及人機(jī)對話，對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和自動檢索，能夠同時對多個任務(wù)進(jìn)行處理。

（2）安全可靠性

工控組態(tài)系統(tǒng)軟件，可以在計(jì)算機(jī)正常進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的情況下，對各項(xiàng)軟件操作系統(tǒng)進(jìn)行安全可靠地診斷，并對存在的問題及其故障及時的進(jìn)行修復(fù)。

（3）適應(yīng)性

工控組態(tài)系統(tǒng)軟件，其自身系統(tǒng)配置比較靈活，能夠很好的把握現(xiàn)場狀況，對現(xiàn)場工作適應(yīng)性比較強(qiáng)，能夠根據(jù)不同類型，不同操作系統(tǒng)進(jìn)行控制，并且提供大量的I/O設(shè)備驅(qū)動程序，能夠與多種I/O設(shè)備進(jìn)行連接。

（4）維護(hù)性

可以為大量用戶提供可維護(hù)的接口和系統(tǒng)工具，并且維護(hù)性比較好。

四、工控組態(tài)軟件的功能

工控組態(tài)軟件按照其功能可分為：人—機(jī)界面組態(tài)軟件（HMI，HumanMachineInter—face），這種主要是根據(jù)PC的軟件控制（如，軟邏輯或者軟PLC），信息數(shù)據(jù)采集和組態(tài)軟件處理，生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)督軟件，工程過程管理軟件等。通過組態(tài)系統(tǒng)軟件可以將以上各種軟件進(jìn)行有機(jī)組合，這樣就可以形成新的系統(tǒng)功能。主要表現(xiàn)特征為：（1）自動操作過程的可視性自動操作的可視性是指在計(jì)算機(jī)上面能夠用圖表和動畫的形式對工作進(jìn)行和工作狀態(tài)進(jìn)行展示，使其過程更加直觀可視；（2）過程監(jiān)督性在其正常運(yùn)行過程中，能夠?qū)φ麄€工程進(jìn)行有效監(jiān)管，對數(shù)據(jù)及其信息進(jìn)行有效監(jiān)測，并對其出現(xiàn)的問題及時進(jìn)行預(yù)警報(bào)告；（3）數(shù)據(jù)采集及其處理；（4）對整個工業(yè)過程進(jìn)行有效控制；（5）能夠自動控制和人工控制雙重控制，保障對操作中出現(xiàn)的問題及時進(jìn)行修改和更正；（6）安全性，此項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，對于不同用戶進(jìn)行操作的權(quán)限有所限制；（7）能夠?yàn)楣芾聿块T提供參考數(shù)據(jù)，與管理部門建立聯(lián)系；（8）報(bào)表作用，能夠?qū)崿F(xiàn)歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)的整合，并進(jìn)行其分析打印，做出報(bào)表。

組態(tài)系統(tǒng)軟件一般是由開發(fā)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個部分組成的。其特征是在開發(fā)人員通過開發(fā)環(huán)境對其圖形環(huán)境進(jìn)行有效組合，并對其數(shù)據(jù)和變量以及Ⅱ/O設(shè)備進(jìn)行配置。組態(tài)軟件的開發(fā)環(huán)境主要具有以下功能：

1.強(qiáng)大的圖形組態(tài)功能’組態(tài)軟件大都以MicrosoftWindows平臺作為操作平臺，充分利用了Windows圖形功能完備、界面一致性好、易學(xué)易用的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)人員可高效快捷地繪制出各種工藝畫面，并可方便進(jìn)行編輯。

2.實(shí)時數(shù)據(jù)庫組態(tài)·在實(shí)時數(shù)據(jù)庫中定義數(shù)據(jù)庫變量，建立數(shù)據(jù)庫變量與I/O設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)上的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)源的連接，建立數(shù)據(jù)庫變量與圖形畫面或動畫的連接。

3.提供多種I/O設(shè)備的驅(qū)動程序用Ⅱ/O設(shè)備驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)與多種類型的I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊，交換數(shù)據(jù)。

4.腳本語言組態(tài)軟件通過腳本語言為用戶提供了一種二次開發(fā)手段，用戶可通過腳本語言編寫程序，實(shí)現(xiàn)設(shè)定的控制功能。

5.豐富的功能模塊通過各種功能模塊的掛接，用戶可完成實(shí)時監(jiān)控、報(bào)表生成、實(shí)時曲線和歷史曲線、報(bào)警、PID控制等功能。

參考文獻(xiàn)

[1]計(jì)時鳴主編.機(jī)電一體化控制技術(shù)與系統(tǒng).西安電子科技大學(xué)出版社，2010.08.