1.2 组态软件的特点

1.2.1 组态软件的特点与优势

组态软件是数据采集与过程控制的专用软件，是自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面，其预设的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O产品，与工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。概括起来，组态软件有如下特点。

（1）功能强大

组态软件提供丰富的编辑和作图工具，提供大量的工业设备图符、仪表图符以及趋势图、历史曲线、组数据分析图等；提供十分友好的图形化用户界面（Graphics User Interface，GUI），包括一整套Windows风格的窗口、菜单、按钮、信息区、工具栏、滚动条等；画面丰富多彩，为设备的正常运行、操作人员的集中监控提供了极大的方便；具有强大的通信功能和良好的开放性，组态软件向下可以与数据采集硬件通信，向上可与管理网络互联。

（2）简单易学

使用组态软件不需要掌握太多的编程语言技术，甚至不需要编程技术，根据工程实际情况，利用其提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的I/O驱动、开放式的数据库和界面制作工具，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复杂工程。

（3）扩展性好

组态软件开发的应用程序，当现场条件（包括硬件设备、系统结构等）或用户需求发生改变时，不需要太多的修改就可以方便地完成软件的更新和升级。

（4）实时多任务

组态软件开发的项目中，数据采集与输出、数据处理与算法实现、图形显示及人机对话、实时数据的存储、检索管理、实时通信等多个任务可以在同一台计算机上同时运行。

组态控制技术是计算机控制技术发展的结果，采用组态控制技术的计算机控制系统最大的特点是从硬件到软件开发都具有组态性，因此极大地提高了系统的可靠性和开发速率，降低了开发难度，可视化图形化的管理功能方便了生产管理与维护。

1.2.2 组态软件的发展趋势

随着信息技术的不断发展和控制系统要求的不断提高，组态软件的发展也向着更高层次和更广范围发展。

① 多数组态软件提供多种数据采集驱动程序，用户可以进行配置。驱动程序由组态软件开发商提供或者由用户按照某种组态软件的接口规范编写。由OPC基金组织提出的OPC规范基于微软的OLE/DCOM技术，提供了在分布式系统下，软件组件交互和共享数据的完整的解决方案。服务器与客户机之间通过DCOM接口进行通信，无需知道对方内部实现的细节。由于COM技术是在二进制代码级实现的，故服务器和客户机可以由不同的厂商提供。在实际应用中，作为服务器的数据采集程序往往由硬件设备制造商随硬件提供，可以发挥硬件的全部效能；而作为客户机的组态软件则可以通过OPC与各厂家的驱动程序无缝连接，从根本上解决了以前采用专用格式驱动程序总是滞后于硬件更新的问题。同时，组态软件同样可以作为服务器为其他的应用系统（如MIS等）提供数据。随着支持OPC的组态软件和硬件设备的普及，使用OPC进行数据采集成为组态中更合理的选择。

② 脚本语言是扩充组态系统功能的重要手段。大多数组态软件提供了两种脚本语言：一是内置的C、Basic语言；二是采用微软的VBA的编程语言。C、Basic语言要求用户使用类似高级语言的语句书写脚本，使用系统提供的函数调用组合完成各种系统功能。采用VBA的组态软件通常使用微软的VBA环境和组件技术，把组态系统中的对象以组件方式实现，并使用VBA程序对这些对象进行访问。

③ 可扩展性为用户提供了在不改变原有系统的情况下，向系统内增加新功能的能力。这种增加的功能可能来自于组态软件开发商、第三方软件提供商或用户本身。增加功能最常用的手段是ActiveX组件的应用，所以更多厂商会提供完备的ActiveX组件引入功能及实现引入对象在脚本语言中的访问。

④ 组态软件的应用具有高度的开放性。随着管理信息系统和计算机集成制造系统的普及，生产现场数据的应用已不仅仅局限于数据采集和监控。在生产制造过程中，需要现场的大量数据进行流程分析和过程控制，以实现对生产流程的调整和优化。这就需要组态软件大量采用“标准化技术”，如OPC、ODBC、OLE-DB、ActiveX和COM/DCOM等，使得组态软件演变成软件平台，在软件功能不能满足用户特殊要求时，可以根据自己的需要进行二次开发。

⑤ 与MES和ERP系统紧密集成。经济全球化促使每个公司都需要在合适的软件模型基础上表达复杂的业务流程，以达到最佳的生产率和质量。这就要求不受限制的信息流在公司范围内的各个层次朝水平方向和垂直方向不停地自由传输。ERP解决方案正日益扩展到MES领域，并且正在寻求到达自动化层的链路。自动化层的解决方案，尤其是SCADA系统，正日益扩展到MES领域，并为ERP系统提供通信接口。SCADA系统管理过程画面，因而能直接访问所有的底层数据；此外，SCADA系统还能从外部数据库和其他应用中获得数据，同时处理和存储这些数据。所以，对MES和ERP系统来说，SCADA系统是理想的数据源。在这种情况下，组态软件成为中间件，是构造全厂信息平台承上启下的主要组成部分。

⑥ Internet模式的组态软件。现代企业的生产已经趋向国际化、分布式的生产方式，而Internet是实现分布式生产的基础。组态软件将从原有的局域网运行方式跨越到支持Internet。使用这种瘦客户方案，用户可以在企业的任何地方通过简单的浏览器，输入用户名和口令，就可以方便地得到现场的过程数据信息。这种B/S（Brower/Server）结构可以大幅降低系统安装和维护费用。

⑦ 发展与硬件结合的组态软件。组态软件与PLC、现场总线、基于PC的控制器、专用控制装置、小型DCS等实施捆绑式发展，提升小型应用系统的水平；发展与第三方工具软件的组合应用，如Matlab、LabVIEW等，实现在多任务控制内核的牵引下，提供强大的函数库、方法库的集合应用；发展某些专业领域专用版的组态软件，如电梯自动监控、动力设备监控、轨道交通信号监控等。

⑧ 触摸屏人机界面是组态软件发展的一个重要方向。西门子公司的WinCC V7.4中已经实现了部分功能的可触摸化，WinCC Runtime支持常规的触控操作，例如：通过滑动操作更换图片；通过两根手指拖拽实现缩放；长按对象或链接打开快捷菜单。

此外，组态软件还需要开发更多的控制算法，比如一些特殊的、先进的控制算法，以扩大其应用范围；融入辨识建模、自整定技术、自适应整定算法、故障诊断、安全评价等更高级的功能，进一步增强其应用能力。

1.2.3 使用组态软件的一般步骤

组态软件一般通过I/O驱动程序以周期性或非周期性的采样形式从I/O接口设备上实时地获取被控对象的运行数据，一方面对数据进行必要的加工处理，以图形或曲线方式显示给操作人员，以便及时监视被控对象的运行工况；另一方面对数据进行深层次的运算，以一定的控制规则通过I/O设备操作执行机构，以便控制被控对象的运行工况。此外，还需要对历史数据进行储存、查询和显示，对报警信息进行记录、管理和预警，对表格进行处理、生成和输出。这些相互交叠的工作流程靠组态软件的四大功能模块——通信组件、I/O驱动、实时数据库和图形界面经严密协调合作完成。其中，通信组件包括通信链路、通信协议、数据校错等；I/O驱动包括I/O Server、寻址程序、量程变换、采样校对等；实时数据库包括I/O Client、实时数据内核、数据冗余、控制算法、报警处理、历史数据等；图形界面包括数据接口、图形显示、曲线显示、报警表示等。在内核的引擎下，通过高效的内部协议，相互通信，共享数据，协作完成这些功能流程。

针对具体的工程应用，在组态软件中进行完整、严密的开发，使组态软件能够正常工作，典型的组态步骤如下：

1）将所有I/O点的参数整理齐全，并以表格的形式保存，以便在组态软件组态和PLC编程时使用。

2）明确所使用的I/O设备的生产商、种类、型号，使用的通信接口类型，采用的通信协议，以便在定义I/O设备时做出正确配置。

3）将所有I/O点的I/O标识整理齐全，并以表格的形式保存。I/O标识是唯一确定一个I/O点的关键字，组态软件通过向I/O设备发出I/O标识来请求其对应的数据。

4）根据工艺过程绘制、设计画面结构和画面框架。

5）按照第1步统计的参数表格，建立实时数据库，正确组态各种变量参数。

6）根据第1步和第3步的统计结果，在实时数据库中建立实时数据库变量与I/O点的一一对应关系，即定义数据连接。

7）根据第4步的画面结构和画面框架组态每一幅静态画面。

8）将操作画面中的图形对象与实时数据库变量建立动画连接关系，设定动画属性和幅度等。

9）根据用户需求，制作历史趋势，报警显示以及开发报表系统等，之后，还需加上安全权限设置。

10）对组态内容进行分段和总体调试，视调试情况对组态的软件进行相应修改。

11）将全部内容调试完成以后，对上位组态软件进行最后完善，如：加上开机自动打开监控画面，禁止从监控画面退出等，让系统投入正式运行或试运行。