初探工控機組及組態(tài)控制技術

王沖

摘要：工控技術為我國的工業(yè)自動化、信息化發(fā)展提供了一套全面的自動化方案。而隨著計算機技術在工業(yè)控制領域應用的日益廣泛和深入，組態(tài)控制技術的發(fā)展研究尤為重要，本文初探了工控機的軟件系統(tǒng)、結構和分類，以及組態(tài)控制技術的基本發(fā)展。

關鍵詞：工控機；自動化；組態(tài)控制

Ⅰ.工控機

工控機（Industrial Personal Computer，IPC）即工業(yè)控制計算機，是一種采用總線結構，對生產(chǎn)過程及機電設備、工藝裝備進行檢測與控制的工具總稱。其主要的組成部分為工業(yè)機箱、無源底板及可插入其上的各種板卡組成，如CPU卡、I/O卡等。工控機具有重要的計算機屬性和特征，如具有計算機CPU、硬盤、內(nèi)存、外設及接口，并有操作系統(tǒng)、控制網(wǎng)絡和協(xié)議、計算能力、友好的人機界面。工控行業(yè)的產(chǎn)品和技術非常特殊，屬于中間產(chǎn)品，是為其他各行業(yè)提供可靠、嵌入式、智能化的工業(yè)計算機1。

IPC（Industry Personal Computer）簡稱工控機，或者硬盤錄像機DVR（digital video recording）。通俗的說就是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設計的計算機，而工業(yè)現(xiàn)場一般具有強烈的震動，灰塵特別多，另有很高的電磁場力干擾等特點，且一般工廠均是連續(xù)作業(yè)即一年中一般沒有休息。因此對產(chǎn)品的易維護性、散熱、防塵、產(chǎn)品周期、甚至尺寸方面都有著嚴格的要求。所以在設計和選擇工控機平臺的時候，考慮的更多的是機構的設計，然后才是對性能等的考慮。為此采取全鋼機殼、機卡壓條過濾網(wǎng)，雙正壓風扇等設計及EMC技術以解決工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾、震動、灰塵、高/低溫等問題。為了解決這些難題，工控機與普通計算機相比必須具有以下特點：

1、機箱采用鋼結構，有較高的防磁、防塵、防沖擊的能力。

2、機箱內(nèi)有專用底板，底板上有PCI和ISA插槽。

3、機箱內(nèi)有專門電源，電源有較強的抗干擾能力。

4、要求具有連續(xù)長時間工作能力。

5、一般采用便于安裝的標準機箱（4U標準機箱較為常見）

注：除了以上的特點外，其余基本相同。另外，由于以上的專業(yè)特點，同層次的工控機在價格上要比普通計算機偏貴，但一般不會相差太多。

盡管工控機與普通的商用計算機機相比，具有得天獨厚的優(yōu)勢，但其劣勢也是非常明顯的，其數(shù)據(jù)處理能力差，具體如下：1、配置硬盤容量??；2、數(shù)據(jù)安全性低；3、存儲選擇性?。?/p>

4、價格較高。

IPC有以下特點：

①可靠性：工業(yè)PC具有在粉塵、煙霧、高/低溫、潮濕、震動、腐蝕和快速診斷和可維護性，其MTTR一般為5min，MTTF10萬小時以上，而普通PC的MTTF僅為10000～15000小時。

實時性，工業(yè)PC對工業(yè)生產(chǎn)過程進行實時在線檢測與控制，對工作狀況的變化給予快速響應，及時進行采集和輸出調(diào)節(jié)（看門狗功能這是普通PC所不具有的），遇險自復位，保證系統(tǒng)的正常運行。擴充性，工業(yè)PC由于采用底板+CPU卡結構，因而具有很強的輸入輸出功能，最多可擴充20個板卡，能與工業(yè)現(xiàn)場的各種外設、板卡如與道控制器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、車輛檢測儀等相連，以完成各種任務。

②兼容性，能同時利用ISA與PCI及PICMG資源，并支持各種操作系統(tǒng)，多種語言匯編，多任務操作系統(tǒng)。

Ⅱ.組態(tài)控制技術

⑴組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件具有靈活的組態(tài)方式。能夠為用戶提供快速構建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能。組態(tài)軟件能支持各種工控設備和常見的通信協(xié)議，并且通常提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡功能。對原有的HMI（人機接口軟件）的概念。組態(tài)軟件是一個使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)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(fā)時間長、效率低、可靠性差或者購買專用的工控系統(tǒng)通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小往往不能滿足需求，很難與外界進行數(shù)據(jù)交互，升級和增加功能都受到嚴重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶從這些困境中解脫出來，可以利用組態(tài)軟件的功能設計一套最適合自己的應用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、SCADA、通信及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對I/O設備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容。隨著計算機技術的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內(nèi)容。為了更好地闡述組態(tài)控制技術，這里以MCGS為例進行探討。

⑵MGCS組態(tài)軟件。工業(yè)自動化控制組態(tài)軟件MCGS，是一套三十二位工控組態(tài)軟件可穩(wěn)定運行于windows95/98/Me/NT/2000等多種操作系統(tǒng)，集動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設備控制與輸出、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸、雙機熱備、工程報表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強大功能與一身，并支持國內(nèi)外眾多數(shù)據(jù)采集與輸出設備。廣泛應用于石油、電力、化工、鋼鐵、礦山、冶金、機械、紡織、航天、建筑、材料、制冷、交通、通信、食品制造與加工、環(huán)保智能樓宇等多種工程領域。MCGS主要特點有①延續(xù)性和可擴充性。使用MCGS工控組態(tài)軟件開發(fā)的應用程序，當現(xiàn)場出現(xiàn)包括硬件設備或系統(tǒng)結構或用戶需求發(fā)生改變時，不許做很多修改，可方便地完成軟件的更新和升級。②封閉性。MCGS工控組態(tài)軟件所有能完成的功能都有一種方便用戶使用的方法包裝，用戶不需掌握太多的編程語言技術，就能很好的完成一個復雜工程書要求的所有功能。③通用性和可擴充性。每個用戶根據(jù)工程實際情況利用MCGS工控組態(tài)軟件提供的底層設備（PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的設備驅動、開放式的數(shù)據(jù)庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有網(wǎng)絡功能的工程，不受行業(yè)限制。

⑶MSCG組態(tài)軟件的結構。MSCG軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分。組態(tài)環(huán)境就相當于一套完整的工具軟件，幫助用戶設計和構造設計的應用系統(tǒng)。運行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構造的住宅工程以用戶指定的方式運行并進行各種處理。完成用戶組態(tài)設計的目標和功能。MSCG組態(tài)軟件有MSCG組態(tài)環(huán)境和MSCG運行環(huán)境兩個系統(tǒng)組成。兩個部分互相獨立又緊密相關。MSCG組態(tài)環(huán)境是生成用戶應用系統(tǒng)的工作環(huán)境。有可執(zhí)行程序McgsSet.exe支持，其存放于MSCG目錄的program子目錄中。在運行環(huán)境中完成對工程的控制工作。MSCG組態(tài)軟件所建立的工程有主控窗口、設備窗E1、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五部分組成。每一部分分別進行組態(tài)操作完成不同的操作，有不同的性質。主控窗口是工程的主窗口和主框架。在主控窗口中可以放置一個設備窗口和多個用戶窗口，負責調(diào)度和管理這些窗口的打開或關閉。主要的組態(tài)操作包括定義工程的名稱、編制工程菜單、設計封面圖形、確定自動啟動的窗口、設定動畫刷新周期、指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及盤存時間等。設備窗口是連接和驅動外部設備的工作環(huán)境。在本窗E1配置數(shù)據(jù)交集與控制輸出設備、注冊設備驅動程序，定義連接與驅動設備用的數(shù)據(jù)變量。用戶窗E1：本窗口主要用于設置工程中人機交互的界面，注入生成各種動畫顯示、畫面報警輸出數(shù)據(jù)、圖表曲線等。實時數(shù)據(jù)庫是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心。他將MCGS工程的各個部分連接成有機的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型。將名稱的變量作為數(shù)據(jù)處理，采集輸出控制動畫連接及設備驅動的對象。運行策略：本窗口主要完成工程運行流程的控制。包括編寫控制程序，使用各種功能構件，如數(shù)據(jù)提取、歷史曲線、定時器、配方操作、多媒體輸出等2。以上就是MCGS組態(tài)控制技術的基本運行原理。

在計算機迅速發(fā)展的今天，組態(tài)控制技術在工業(yè)控制中的應用越來越成熟，能夠理解并熟練應用此技術是解決眾多問題的核心。

參考文獻：

[1]《工控機原理》

[2]《組態(tài)控制技術探析》王玉鐸.