组态软件:英文一般有三个缩写，分别是HMI/MMI/SCADA，对应的全称是人机界面/人机界面/监督控制和数据采集，中文翻译为:人机界面/监控控制和数据采集软件。目前，组态软件发展迅速，已经扩展到企业信息管理系统、管控一体化、远程诊断和维护以及互联网上的一系列数据集成。

1。由组态软件生成的背景

随着分布式控制系统(简称DCS)的出现，“组态”的概念开始被广大生产过程自动化技术人员所认识。在工业控制技术不断发展和应用的过程中，PC机(包括工业控制计算机)相对于以前的专用系统的优势日益明显。这些优势主要体现在:PC技术保持了较快的发展速度，各种相关技术已经成熟；PC构建的工控系统拥有成本相对较低；PC的软硬件资源丰富，软件之间的互操作性强；基于PC的控制系统易于学习和使用，并且很容易获得技术支持。在PC技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊和重要的地位。

组态软件是指一些用于数据采集和过程控制的专用软件。它们是自动控制系统监控级的软件平台和开发环境。它们采用灵活的配置方式，为用户提供通用的软件工具，快速构建工业自动控制系统的监控功能。组态软件应能支持各种工业控制设备和常用通信协议，通常提供分布式数据管理和网络功能。

与HMI(人机界面软件)的原始概念相对应，组态软件应该是一种能够使用户快速建立自己的HMI的软件工具或开发环境。在组态软件出现之前，工业控制领域的用户手工或委托第三方编写HMI应用程序，开发时间长、效率低、可靠性差；或者买一个专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界交互。升级和添加功能受到严格限制。组态软件的出现将用户从这些困境中解放出来，他们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。随着它的迅速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通信和网络、开放的数据接口以及对I/O设备的广泛支持已成为它的主要内容。随着技术的发展，监控组态软件会不断被赋予新的内容。

2.中国组态软件的发展及国内外主要产品介绍。

组态软件产品出现于80年代初，80年代末进入中国。然而，在90年代中期之前，组态软件的应用在中国并不普及。原因如下:

①国内用户对组态软件的知识还比较缺乏，项目中没有组态软件的预算，或者宁愿投入人力物力为具体项目做长期繁琐的上位机编程开发，而不使用组态软件；

②长期以来，国内用户的软件意识不强，面对昂贵的进口软件(早期的配置软件多为国外厂商开发)，很少有用户愿意购买正版软件。

③当时我国工业自动化和信息技术的应用水平不高，组态软件提供了采集、监控和处理大型应用和大量数据所需的数据，并能生成和管理处理结果。这些要求没有完全形成。

图1配置软件

随着工业控制系统的深入应用，人们逐渐意识到面对更大规模、更复杂的控制系统时，上位机编程的原始开发模式。对于项目来说，费时费力，得不偿失。同时，MIS(管理信息系统)和CIMS(计算机集成制造系统)的广泛应用，要求工业领域为企业的生产、经营和决策提供更详细、更深入的数据，从而优化企业生产经营的各个环节。因此，1995年以后，组态软件在中国的应用逐渐普及。这里分别介绍几种组态软件。

① InTouch: Wonderware的InTouch软件是国内最早的组态软件。80年代末90年代初，基于Windows3.1的InTouch软件让我们耳目一新，InTouch提供了丰富的图库。但早期的InTouch软件使用DDE与驱动程序通信，性能较差。最新的InTouch版已经完全基于32位Windows平台，并提供了OPC支持。

② Fix: Intel Solution公司以Fix组态软件起家，1995年被艾默生收购。现在是艾默生集团的全资子公司。Fix6.x软件为工业控制器提供熟悉的概念和操作界面，并提供完整的驱动程序(需要单独购买)。英特尔Evolution将其最新产品系列命名为iFiX。在iFiX中，Intel Evolution提供了强大的配置功能，但新版本并不完全兼容之前的6.x版本。原来的脚本语言改成了VBA(Visual Basic For Application)，内部集成了微软的VBA开发环境。遗憾的是，英特尔分辨率没有提供将6.1版脚本语言转换为VBA的工具。在iFiX中，Intel Resolution的产品与微软的操作系统和网络紧密结合。Intellution也是OPC(OLE for Process Control)的创始成员之一。iFiX的OPC组件和驱动也需要单独购买。

③Citech:Cit公司的Citech也是中国市场较早的产品。Citech的操作方式比较简单，但是它的操作方式更多的是面向程序员，而不是面向工控用户。Citech提供了一种类似于C语言的脚本语言进行二次开发，但与iFix不同的是，Citech的脚本语言不是面向对象的，而是类似于C语言，这无疑增加了用户进行二次开发的难度。

④ WinCC: ④WinCC:Simens也是一个完整的配置开发环境，Simens提供了类似C的脚本，包括调试环境。WinCC具有嵌入式OPC支持，可以配置分布式系统。但是WinCC的结构比较复杂，所以用户需要经过西门子的培训才能掌握WinCC的应用。

⑤力控:北京三维力控科技有限公司的力控，从时间概念上来说，力控也是国内较早出现的组态软件之一。只是早期的力控还没有作为正式商品大范围推广，所以不为大多数人所知。大约93年前，Power Control形成了第一个版本，但还是基于DOS和VMS的版本。后来随着Windows3.1的普及，开发了16位Windows版本的Force Control。但直到Windows95版本的Power Control诞生之前，主要用于公司内部的一些项目。力控32位版本1.0在架构上已经有明显优势。它最大的一个特点是基于real分布式实时数据库的三层结构，其实时数据库结构可以是可配置的live结构。在1999年到2000年期间，电源控制有了很大的进步，最新的2.0版本在丰富的功能、易用性、开放性和I/O驱动的数量方面都有了很大的提高。在很多环节的设计上，功率控制可以从国内用户的角度出发，即注重实用性又不失大软件的规范。此外，公司在产品培训、用户技术支持等方面也投入了大量人力。相信在短时间内，工控软件产品将会在工控软件行业产生巨大的影响。

其他常见的组态软件还有GE的Cimplicity、Rockwell的RsView、NI的LookOut、PCSoft的Wizcon以及国内一些组态软件公司的等，各有特色。

图2

3.组态软件的功能特点及发展方向

目前所有的组态软件都可以完成类似的功能:比如几乎所有运行在32位Windows平台上的组态软件都采用类似于资源浏览器的窗口结构，对各种资源(设备、标签数量、图片等)进行配置和编辑。)在工业控制系统中；提供多种数据驱动；都是用脚本语言提供二次开发的功能，等等。但是从技术上来说，各种组态软件提供了不同的方式来实现这些功能。从这些差异和PC技术的发展趋势，可以看出组态软件未来的发展方向。

3.1数据收集方法

大多数组态软件都提供了多种数据采集程序，用户可以对其进行配置。但在这种情况下，驱动程序只能由组态软件开发者提供，或者由用户根据某些组态软件的接口规范编写，这对用户提出了过高的要求。OPC基金会提出的OPC规范基于微软的OLE/DCOM技术，为软件组件在分布式系统中交互和共享数据提供了完整的解决方案。在OPC支持的系统中，数据提供者作为服务器，数据请求者作为客户端，服务器和客户端通过DCOM接口进行通信，不知道对方内部实现的细节。因为COM技术是在二进制代码级别实现的，所以服务器和客户端可以由不同的供应商提供。在实际应用中，作为服务器的数据采集程序往往由硬件厂商提供，可以充分发挥硬件的性能，而作为客户的组态软件可以通过OPC与各厂商的驱动程序无缝对接，从根本上解决了以前特殊格式的驱动程序总是滞后于硬件更新的问题。同时，组态软件也可以作为服务器为其他应用系统(如MIS等)提供数据。).OPC得到了国外知名厂商的支持，包括Interlude、西门子、GE、ABB等。随着支持OPC的组态软件和硬件的普及，利用OPC进行数据采集必将成为组态中更合理的选择。

3.2脚本的功能

脚本语言是扩展组态系统功能的重要手段。因此，大多数组态软件都提供了脚本语言的支持。有三种实现方式:一是内置的类C/Basic语言；二是使用微软VBA编程语言；第三，少数组态软件使用面向对象的脚本语言。C类/Basic语言要求用户使用类似于高级语言的语句编写脚本，利用系统提供的函数调用组合完成各种系统功能。需要指出的是，大多数采用这种方式的国产配置软件对脚本的支持并不完善。很多组态软件只提供IF…THEN…ELSE语句结构，不提供循环控制语句，给编写脚本程序带来一些困难。微软的VBA是一个相对完整的开发环境。使用VBA的组态软件通常使用微软的VBA环境和组件技术，将组态系统中的对象实现为组件，并使用VBA程序访问这些对象。因为VisualBasic是解释和执行的，所以VBA程序的一些语法错误可能直到执行时才被发现。面向对象的脚本语言提供了对象访问机制，系统中的对象可以通过其属性和方法进行访问，易于学习、掌握和扩展，但实现较为复杂。

3.3配置环境的可扩展性

扩展性为用户提供了在不改变原有系统的情况下向系统添加新功能的能力。这个增加的功能可能来自组态软件开发商、第三方软件提供商或者用户自己。增加功能最常用的手段是ActiveX组件的应用。目前只有少数组态软件能够提供完整的ActiveX组件引入功能，实现脚本语言对引入对象的访问。

3.4组态软件的开放性

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不仅限于数据采集和监控。在制造过程中，需要大量的现场数据进行工艺分析和过程控制，以调整和优化生产过程。现有的组态软件只能以报表的形式提供这些需求的大部分，或者通过ODBC将数据导出到外部数据库供其他业务系统调用。大多数情况下，还是需要重新开发。随着生产决策活动对信息的需求越来越大，可以预见，组态软件与管理信息系统或领导信息系统的结合将更加紧密，很可能以模块的形式出现在组态软件中，实现数据分析和决策功能。

3.5对互联网的支持程度

现代企业的生产已经国际化、分散化。互联网将是分布式生产的基础。组态软件能否从原来的局域网运行模式跨越到支持互联网是所有组态软件开发者面临的重要问题。限于国内目前的网络基础设施和工业控制应用，笔者认为在相当长的一段时间内，浏览器通过互联网对工业现场的监控在大多数应用中还会停留在监控阶段，实际的控制功能应该通过更稳定的技术来实现，比如专用的远程客户端、专业开发者提供的ActiveX控件或者Java技术。

3.6组态软件的控制功能

随着以工业PC为核心的自动控制集成系统技术的提高和工程技术人员使用组态软件水平的不断提高，用户对组态软件的要求不再像过去那样主要集中在画面上，而是要考虑一些实质性的应用功能，如软件PLC、先进的过程控制策略等。

软PLC产品是基于PC开放式结构的控制设备，在功能、可靠性、速度、故障查找等方面具有硬PLC的特点。利用软件技术，可以将标准的工业PC转换成全功能的PLC过程控制器。软PLC集成了计算机和PLC的开关量控制、模拟量控制、数**算、数值处理、通信网络等功能。通过一个多任务控制内核，提供了强大的指令集、快速准确的扫描周期、可靠的运行以及可以连接各种I/O系统和网络的开放式结构。因此，可以说软PLC提供了与硬PLC相同的功能，同时具有PC环境的各种优点。目前具有国际影响力的产品有:法国CJ国际公司的ISaGRAF软件包、PCSoft国际公司的WinPLC、美国Wizdom Control Intellution公司的Paradym-31、Moore过程自动化解决方案的ProcessSuite、Wonder ware Controls的InControl、SoftPLC的SoftPLC等。国内没有软PLC产品的组态软件。国产组态软件要想全面超越国外竞争对手，就必须创新，推出功能相近的产品。

随着企业提出的高柔性、高效率的要求，基于经典控制理论的控制方案已经不能适应。以多变量预测控制为代表的先进控制策略提出并成功应用后，先进过程控制受到了过程工业的广泛关注。先进过程控制(APC)是指在动态环境下，以模型为基础，充分利用计算机的能力，使工厂的理论最大化的一种操作和控制策略。先进控制策略主要包括:双重控制和阀位控制、纯滞后补偿控制、解耦控制、自适应控制、拍控制、状态反馈控制、多变量预测控制、推理控制和软测量技术、智能控制(专家控制、模糊控制和神经网络控制)等。，特别是智能控制已经成为开发和应用的热点。目前，国内许多大型企业都投资在自动化系统中实施先进控制。许多国外控制软件公司和DCS制造商竞相开发先进控制和优化控制工程软件包。根据数据报告，某乙烯装置投资163万美元实施先进控制，预计建成后效益600万美元/年。从上面可以看出，能够嵌入先进控制和优化控制策略的组态软件将会受到用户的极大欢迎。

4.结束语

用户的需求推动了技术的不断进步，尤其是在组态软件方面。未来的组态软件将是一个开放的系统，在分布式环境下提供更强大的组态功能，全面支持ActiveX，扩展性强，支持OPC等工业标准，具有强大的控制功能，可以通过Internet访问。

HMI是人机界面的缩写。

实际上，HMI的广义解释是“用户和机器之间进行交流、传输和接收信息的接口”。

例如，在工厂中，我们需要收集工厂中的温度、湿度和机器的状态。

等等，通过监视器记录这些参数，并能处理一些意外情况。

这是SCADA/HMI的典型应用。一般来说，HMI系统必须具备几项基本能力:

实时数据趋势显示-捕获的数据立即显示在屏幕上。

自动记录数据-自动将数据存储在数据库中，供以后查看。

历史趋势显示——数据库中数据的可视化呈现。

报告的生成和打印-数据可以转换成报告格式并打印出来。

图形界面控制-操作员可以通过图形界面直接控制机器和其他设备。

警报的产生和记录-用户可以定义产生警报的一些条件，

例如，如果温度过高或压力超过临界值，系统会发出警报，通知操作人员进行处理。