監控組態軟體
監控組態軟體介紹俗稱組態軟體,譯自英文SCADA,即 Supervision,Control and Data Aquisition(數據採集與監視控制)。
組態軟體的套用領域很廣,它可以套用於電力系統、給水系統、石油、化工等領域的數據採集與監視控制以及過程控制等諸多領域。在電力系統以及電氣化鐵道上又稱遠動系統(RTU System,Remote terminal unit)。
組態軟體是指一些數據採集與過程控制的專用軟體,它們是在自動控制系統監控層一級的軟體平台和開發環境,使用靈活的組態方式,為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能的、通用層次的軟體工具。
組態軟體應該能支持各種工控設備和常見的通信協定,並且通常應提供分散式數據管理和網路功能。對應於原有的HMI(人機接口軟體,Human Machine Interface)的概念,組態軟體應該是一個使用戶能快速建立自己的HMI的軟體工具,或開發環境。在組態軟體出現之前,工控領域的用戶通過手工或委託第三方編寫HMI套用,開發時間長,效率低,可靠性差;或者購買專用的工控系統,通常是封閉的系統,選擇餘地小,往往不能滿足需求,很難與外界進行數據互動,升級和增加功能都受到嚴重的限制。組態軟體的出現,把用戶從這些困境中解脫出來,可以利用組態軟體的功能,構建一套最適合自己的套用系統。隨著它的快速發展,實時資料庫、實時控制、SCADA、通訊及聯網、開放數據接口、對I/O設備的廣泛支持已經成為它的主要內容,隨著技術的發展,監控組態軟體將會不斷被賦予新的內容。
監控組態軟體分類
國外組態軟體1、InTouch:Wonderware 是 Invensys plc“生產管理”部的一個運營單位,是全球工業自動化軟體的領先供應商。
網址:http://www.wonderware.com.cn
Wonderware的InTouch軟體是最早進入我國的組態軟體。在80年代末、90年代初,基於Windows3.1的InTouch軟體曾讓我們耳目一新,並且InTouch提供了豐富的圖庫。但是,早期的InTouch軟體採用DDE方式與驅動程式通信,性能較差,最新的InTouch7.0版已經完全基於32位的Windows平台,並且提供了OPC支持。
2、IFix:GE Fanuc 智慧型設備公司由美國通用電氣公司(GE)和日本Fanuc公司合資組建,提供自動化硬體和軟體解決方案,幫助用戶降低成本,提高效率並增強其盈利能力。
Intellution公司以Fix組態軟體起家,1995年被愛默生收購,現在是愛默生集團的全資子公司,Fix6.x軟體提供工控人員熟悉的概念和操作界面,並提供完備的驅動程式(需單獨購買)。Intellution將自己最新的產品系列命名為iFiX,在iFiX中,Intellution提供了強大的組態功能,但新版本與以往的6.x版本並不完全兼容。原有的Script語言改為VBA(Visual Basic For Application),並且在內部集成了微軟的VBA開發環境。遺憾的是,Intellution並沒有提供6.1版腳本語言到VBA的轉換工具。在iFiX中,Intellution的產品與Microsoft的作業系統、網路進行了緊密的集成。Intellution也是OPC(OLE for Process Control)組織的發起成員之一。iFiX的OPC組件和驅動程式同樣需要單獨購買。
3、Citech:悉雅特集團(Citect)是世界領先的提供工業自動化系統、設施自動化系統、實時智慧型信息和新一代 MES 的獨立供應商。
網址:http://www.citect.com.cn
CiT公司的Citech也是較早進入中國市場的產品。Citech具有簡潔的操作方式,但其操作方式更多的是面向程式設計師,而不是工控用戶。Citech提供了類似C語言的腳本語言進行二次開發,但與iFix不同的是,Citech的腳本語言並非是面向對象的,而是類似於C語言,這無疑為用戶進行二次開發增加了難度。
4、WinCC:西門子自動化與驅動集團(A&D)是西門子股份公司中最大的集團之一,是西門子工業領域的重要組成部分。
網址:http://www.ad.siemens.com.cn
Simens的WinCC也是一套完備的組態開發環境,Simens提供類C語言的腳本,包括一個調試環境。WinCC內嵌OPC支持,並可對分散式系統進行組態。但WinCC的結構較複雜,用戶最好經過Simens的培訓以掌握WinCC的套用。
1.力控ForceControl (北京三維力控科技有限公司)
網址:http://www.sunwayland.com.cn
北京三維力控科技有限公司是專業從事監控組態軟體研發與服務的高新技術企業,核心軟體產品初創於1992年,公司以自主創新為動力,逐漸奠定了在國內市場的領先地位。
國產監控組態軟體唯一的完整的冗餘與熱備體系設計,完整的分散式網路結構;
支持控制設備冗餘、多重網路冗餘,多客戶端冗餘、冗餘的主從站都可以操作;
人機監控圖形界面與過程數據處理分離,內置獨立的實時歷史資料庫;
實時歷史資料庫支持Windows/Unix/Linux 作業系統,資料庫開放接口支持遠程訪問;軟體具備獨立的Web Server,支持 Web Service 接口,支持PDA 終端訪問方式;和設備支持多種通訊方式,上千種的驅動程式,支持多協定設備共用一條通訊匯流排,支持不同通訊鏈路切換。
產品發展歷程:
1992年:誕生了力控的DOS版本;
1994年:基於16位的Windows(3.1)的力控版本形成;
1996年:基於32位的Windows(95)的力控1.0形成;
1999年:力控1.2版本推出,並在中國石油大慶天然氣公司廣泛套用;
2000年:力控2.0推出,同時出版了《監控組態軟體及套用》一書;
2001年:力控“軟”策略PC控制軟體推出;
2002年:力控2.6推出,北京三維力控正式成立;
2004年:力控3系列軟體推出;
2005年:力控pFieldcomm®網關軟體推出;
2006年:力控5.0版本軟體推出;
2007年:力控6.0版本軟體推出;
2008年:力控6.1版本軟體推出;
產品特點:
方便、靈活的開發環境,提供各種工程、畫面模板、可嵌入各種格式(BMP、GIF、JPG、JPEG、CAD等)的圖片,方便畫面製作,大大降低了組態開發的工作量;
高性能實時、歷史資料庫,快速訪問接口在資料庫4萬點數據負荷時,訪問吞吐量可達到20000次/秒;
強大的分散式報警、事件處理,支持報警、事件網路數據斷線存儲,恢復功能;
支持操作圖元對象的多個圖層,通過腳本可靈活控制各圖層的顯示與隱藏;
強大的ACTIVEX控制項對象容器,定義了全新的容器接口集,增加了通過腳本對容器對象的直接操作功能,通過腳本可調用對象的方法、屬性;
全新的、靈活的報表設計工具:提供豐富的報表操作函式集、支持複雜腳本控制,包括:腳本調用和事件腳本,可以提供報表設計器,可以設計多套報表模板;
提供在Internet/Intranet上通過IE瀏覽器以“瘦”客戶端方式來監控工業現場的解決方案;
支持通過PDA掌上終端在Internet實時監控現場的生產數據,支持通過移動GPRS、CDMA網路與控制設備或其它遠程力控節點通訊
支持控制設備冗餘、控制網路冗餘、監控伺服器冗餘、監控網路冗餘、監控客戶端冗餘等多種系統冗餘方式。
全新的高性能實時、歷史資料庫
力控6.0重新設計了資料庫核心部分。除了採用鏇轉門算法對歷史數據進行壓縮外,重新最佳化設計了磁碟存貯算法以實現對長年形成的海量歷史數據的快速查詢。支持的數據類型除原有的浮點型、布爾型、字元串型外,新增了對二進制型數據的支持。單台伺服器容量可達100,000點,吞吐量支持每秒寫入/查詢20,000個數據點。歷史資料庫可線上備份。支持多伺服器處理。
當資料庫構成雙機冗餘系統時增加了從站操作功能,即處於備用狀態的從站可作為普通操作員站使用。
新增資料庫快速訪問接口DBI
DBI是一套全新設計開發的實時資料庫訪問接口。它除了兼容原有接口DbCom的所有接口功能外,還增加了獲取資料庫結構信息的接口,並增加了動態控制變化數據集功能。由於DBI口採用了快速數據訪問機制,數據訪問吞吐量可達到20000次/秒,可以適合過程仿真、最佳化控制、專家診斷等多種行業套用。
進程管理
新增的進程管理器可按照配置安全啟動、停止各個程式進程,支持進程異常自動處理功能。可遠程監測各進程狀態,遠程啟、停進程,遠程上傳、下載工程套用或更新程式組件。
報警、事件處理
強大的分散式報警、事件處理,支持報警、事件網路數據斷線存儲,恢復功能。
功能強大的、開放的過程可視化監控平台
全面提升的HMI
1)支持HMI圖層操作,可靈活控制各圖層的顯示與隱藏。
2)重新設計的HMI的對象容器,定義了全新的容器接口集,增加了通過腳本對容器對象的直接操作功能,通過腳本可調用對象的方法、屬性。
3)完善了力控OCX容器的事件型腳本功能,支持更多類型的OCX控制項。
4)增強的SQL腳本。可根據SQL腳本函式返回值判斷執行結果、支持模糊查詢、支持時間類型欄位的處理等。
靈活的報表生成器
1)提供豐富的報表操作函式集、支持複雜腳本控制,包括:腳本調用和事件腳本。
2)兼容Excel工作表檔案,提供類Excel的絕大部分功能,包括:編輯功能、計算功能、圖表功能等。
3)支持圖表顯示自動刷新,可輸出多種檔案格式: Excel、TXT、PDF、HTML、CSV等。
4)可實現多層表頭,可以實現報表嵌套,可以製作複雜的報表格式。
5)具備列印、列印預覽、頁眉頁腳列印功能。
6)報表數據源支持實時資料庫和各種關係資料庫,可顯示、處理實時和歷史數據。
7)提供報表設計器,可以設計多套報表模板。
對標準組件和圖庫進行了大量更新與擴充
1)重新設計、開發實時和歷史趨勢、XY曲線、多功能報警、歷史報表、總貌畫面、溫控曲線、ADO歷史曲線等標準組件。
2)新增多功能圖片顯示、GIF透明動畫、CAD圖形組件等實用圖形工具。
3)最佳化、改造了文本輸入、下拉框、列表框、複選框、多選按鈕、起始時間、時間範圍、歷史追憶等Windows控制項。
4)最佳化、改造了多媒體播放器、Flash播放器、瀏覽器、幻燈片等子圖。
5)增加了大批如:PID調節器、手操器等實用子圖。
新一代的網路功能
1)Web發布不但支持自有的Web伺服器,同時支持IIS伺服器,開放的Web控制項方便用戶建立入口網站。
2)支持掌上PDA終端訪問網路伺服器,瀏覽畫面。
3)豐富了XML數據傳送接口。
4)加強了GPRS/CDMA行動網路的並發數據功能,適合大型行動網路數據處理。
全面升級的I/O調度
6.0的I/O調度在兼容原有全部驅動程式的前提下,進行了多項功能改進。
1)通過簡單組態配置,即可支持控制設備的的串口、乙太網通道冗餘以及控制器冗餘。
2)每個驅動可載入獨立進程完成採集,徹底消除單進程容易產生的執行緒安全隱患。
3)增加驅動管理器,可查看信道、設備的狀態信息,信道的通信報文,對信道進行啟、停控制。
4)支持異種通信協定共享同一信道(如:採用RS485協定同時在一個鏈路上採集多種廠家、不同協定的設備)。
5)增加了監控數據讀寫的優先權控制功能。
2.組態王KINGVIEW(北京亞控科技發展有限公司)
網址:http://www.kingview.com
性能特點:
(1)組態王對大容量工程具有高度的可靠性和實時性:
 數據採集性能
 網路通訊性能
 畫面刷新性能
 腳本執行性能
(2)組態王具有易用性特點:操作簡單、直觀、易理解,符合工控行業使用習慣,簡單實用
(3)組態王具有擴展性:易於進行功能擴展
(4)組態王具有良好開放性:提供完善的api接口,利於與其他系統對kingview系統的整合,接口內容包括:
 實時數據的訪問接口
 歷史數據的訪問接口
 報警數據的訪問接口
 安全用戶的訪問接口
 變數對象的配置接口
 設備對象的配置接口
 用戶對象的配置接口
(5)組態王7.0具有良好可維護性:具有診斷、監視、記錄工具,能夠進行快速的故障定位和排除
(6)組態王7.0具有可定製性:定製OEM版本快速方便
技術參數:
(1)實時數據:報警事件冗餘切換小於2秒
(2)歷史數據:
 存儲速度:10000點/s
 存儲時間範圍:可由客戶訂製,精確到毫秒級
 查詢: 歷史庫查詢數據時間小於3秒
同一數據可按照年、月、日、時查詢,時間相差在秒級以內
 歷史冗餘切換時間小於2秒
(3)冗餘切換:
 IOserver之間切換小於2秒
 IOserver可進行最長7天的數據快取
(4)畫面系統
 畫面最大尺寸可達到10240x7680(或更大)
 畫面數目沒有限制
(5)曲線趨勢圖:
 最多同時顯示4個繪圖區
 最多同時顯示64條曲線
 最多可以同時具有16條數據軸
 可同時具有2條時間軸
(6)門戶:
 可以支持200個以上的客戶端同時訪問
3.realinfo(紫金橋軟體技術有限公司)
網址:http://www.realinfo.com.cn
紫金橋監控組態軟體是紫金橋公司在長期的科研和工程實踐中開發的通用工業組態軟體。紫金橋組態軟體在實際套用中,以其可靠性、方便性和強大的功能得到用戶的高度評價,用戶已經廣泛套用於石化、煉油、汽車、化工、冶金、製藥、建材、輕工、造紙、採礦、環保、電力、交通、智慧型樓宇、倉儲、物流、水利等多個行業和領域的過程控制、管理監測、現場監視、遠程監視、故障診斷、企業管理、資源計畫等系統。
紫金橋組態軟體主要特點:
客戶/伺服器體系結構\強大的資料庫處理核心\可靠的冗餘系統\豐富的IO驅動\逼真的圖形系統\功能強大的腳本系統\報表系統\豐富的組件對象\周密的安全管理系統等。
4.MCGS(北京崑崙通態自動化軟體科技有限公司):
網址:http://www.mcgs.com.cn
·全中文可視化組態軟體,簡潔、大方,使用方便靈活
·完善的中文線上幫助系統和多媒體教程
·真正的32位程式,支持多任務、多執行緒,運行於Win95/98/NT/2000平台
·提供近百種繪圖工具和基本圖符,快速構造圖形界面
·支持數據採集板卡、智慧型模組、智慧型儀表、PLC、變頻器、網路設備等700多種國內外眾多常用設備
·支持溫控曲線、計畫曲線、實時曲線、歷史曲線、XY曲線等多種工控曲線
·支持ODBC接口,可與SQL Server、Oracle、Access等關係型資料庫互聯
·支持OPC接口、DDE接口和OLE技術,可方便的與其他各種程式和設備互聯
·提供漸進色、鏇轉動畫、透明點陣圖、流動塊等多種動畫方式,可以達到良好的動畫效果
·上千個精美的圖庫元件,保證快速的構建精美的動畫效果
·功能強大的網路數據同步、網路資料庫同步構建,保證多個系統完美結合
·完善的網路體系結構,可以支持最新流行的各種通訊方式,包括電話通訊網,寬頻通訊網,ISDN通訊網,GPRS通訊網和無線通訊網
5.還有Controx(開物),易控等
組態軟體特點
隨著工業自動化水平的迅速提高,計算機在工業領域的廣泛套用,人們對工業自動化的要求越來越高,種類繁多的控制設備和過程監控裝置在工業領域的套用,使得傳統的工業控制軟體已無法滿足用戶的各種需求。在開發傳統的工業控制軟體時,當工業被控對象一旦有變動,就必須修改其控制系統的源程式,導致其開發周期長;已開發成功的工控軟體又由於每個控制項目的不同而使其重複使用率很低,導致它的價格非常昂貴;在修改工控軟體的源程式時,倘若原來的編程人員因工作變動而離去時,則必須同其他人員或新手進行源程式的修改,因而更是相當困難。通用工業自動化組態軟體的出現為解決上述實際工程問題提供了一種嶄新的方法,因為它能夠很好地解決傳統工業控制軟體存在的種種問題,使用戶能根據自己的控制對象和控制目的的任意組態,完成最終的自動化控制工程。
組態(Configuration)為模組化任意組合。通用組態軟體主要特點:
(1)延續性和可擴充性。用通用組態軟體開發的應用程式,當現場(包括硬體設備或系統結構)或用戶需求發生改變時,不需作很多修改而方便地完成軟體的更新和升級;
(2)封裝性(易學易用),通用組態軟體所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來,對於用戶,不需掌握太多的程式語言技術(甚至不需要編程技術),就能很好地完成一個複雜工程所要求的所有功能;
(3)通用性,每個用戶根據工程實際情況,利用通用組態軟體提供的底層設備(PLC、智慧型儀表、智慧型模組、板卡、變頻器等)的I/O Driver、開放式的資料庫和畫面製作工具,就能完成一個具有動畫效果、實時數據處理、歷史數據和曲線並存、具有多媒體功能和網路功能的工程,不受行業限制。
監控組態軟體2008年最新發展及趨勢
一、背景
自2000年以來,國內監控組態軟體產品、技術、市場都取得了飛快的發展,套用領域日益拓展,用戶和套用工程師數量不斷增多。充分體現了“工業技術民用化”的發展趨勢。
監控組態軟體是工業套用軟體的重要組成部分,其發展受到很多因素的制約,歸根結底,是套用的帶動對其發展起著最為關鍵的推動作用。
關於新技術的不斷湧現和快速發展對監控組態軟體會產生何種影響,有人認為隨著技術的發展,通用組態軟體會退出市場,例如有的自動化裝置直接內嵌“Web Server”實時畫面供中控室操作人員訪問。
作者並不這樣認為。用戶要求的多樣化,決定了不可能有哪一種產品囊括全部用戶的所有的畫面要求,最終用戶對監控系統人機界面的需求不可能固定為單一的模式,因此最終用戶的監控系統是始終需要“組態”和“定製”的。這就是監控組態軟體不可能退出市場的主要原因,因為需求是存在且不斷增長的。
監控組態軟體是在信息化社會的大背景下,隨著工業IT技術的不斷發展而誕生、發展起來的。在整個工業自動化軟體大家庭中,監控組態軟體屬於基礎型工具平台。監控組態軟體給工業自動化、信息化、及社會信息化帶來的影響是深遠的,它帶動著整個社會生產、生活方式的變化,這種變化仍在繼續發展。因此組態軟體作為新生事物尚處於高速發展時期,目前還沒有專門的研究機構就它的理論與實踐進行研究、總結和探討,更沒有形成獨立、專門的理論研究機構。
近5年來,一些與監控組態軟體密切相關的技術如OPC、OPC-XML、現場匯流排等技術也取得了飛速的發展,是監控組態軟體發展的有力支撐。
二、 監控組態軟體的最新發展情況
2.1 監控組態軟體日益成為自動化硬體廠商爭奪的重點
整個自動化系統中,軟體所占比重逐漸提高,雖然組態軟體只是其中一部分,但因其滲透能力強、擴展性強,近年來蠶食了很多專用軟體的市場。因此,監控組態軟體具有很高的產業關聯度,是自動化系統進入高端套用、擴大市場占有率的重要橋樑。在這種思路的驅使下,西門子的WinCC在市場上取得巨大成功。目前,國際知名的工業自動化廠商如Rockwell、GE Fanuc、Honeywell、西門子、ABB、施耐德、英維思等均開發了自己的組態軟體。
監控組態軟體在DCS操作站軟體中所占比重日益提高
繼FOXBORO之後,Euro therm(歐陸)、Delta V、PCS7等DCS系統紛紛使用通用監控組態軟體作為操作站。同時,國內的DCS廠家也開始嘗試使用監控組態軟體作為操作站。以力控科技為代表的ForceControl國產組態軟體在這方面也取得了良好的業績。
在大學和科研機構,越來越多的人開始從事監控組態軟體的相關技術研究
從國內自動化行業學術期刊來看,以組態軟體及與其密切相關的新技術為核心的研究課題呈上升趨勢,眾多研究人員的存在,是組態軟體技術發展及創新的重要活躍因素,也一定能夠積累很多技術成果。無論是技術成果還是研究人員,都會遵循金字塔的規律,由基礎向高端形成過渡。這些研究人員和他們的研究成果為監控組態軟體廠商開發新產品提供了有益的經驗借鑑,並開拓他們的思路。
基於Linux 的監控組態軟體及相關技術正在迅速發展之中,以力控科技為代表的廠商相繼推出成熟的商品,對組態軟體業的格局將產生深遠的影響。
2.2 集成化、定製化
從軟體規模上看,大多數監控組態軟體的代碼規模超過100萬行,已經不屬於小型軟體的範疇了。從其功能來看,數據的加工與處理、數據管理、統計分析等功能越來越強。
監控組態軟體作為通用軟體平台,具有很大的使用靈活性。但實際上很多用戶需要“傻瓜”式的套用軟體,即需要很少的定製工作量即可完成工程套用。為了既照顧“通用”又兼顧“專用”,監控組態軟體拓展了大量的組件,用於完成特定的功能,如批次管理、事故追憶、溫控曲線、油井示功圖組件、協定轉發組件、ODBCRouter、ADO曲線、專家報表、萬能報表組件、事件管理、GPRS透明傳輸組件等。
2.3 縱向:功能向上、向下延伸
組態軟體處於監控系統的中間位置,向上、向下均具有比較完整的接口,因此對上、下套用系統的滲透能力也是組態軟體的一種本能,具體表現為:
向上
其管理功能日漸強大,在實時資料庫及其管理系統的配合下,具有部分MIS、MES或調度功能。尤以報警管理與檢索、歷史數據檢索、操作日誌管理、複雜報表等功能較為常見。
向下
日益具備網路管理(或節點管理)功能:在安裝有同一種組態軟體的不同節點上,在設定完地址或計算機名稱後,互相間能夠自動訪問對方的資料庫。組態軟體的這一功能,與OPC規範以及IEC61850規約、BACnet等現場匯流排的功能類似,反映出其網路管理能力日趨完善的發展趨勢。
軟PLC、嵌入式控制等功能:除組態軟體直接配備軟PLC組件外,軟PLC組件還作為單獨產品與硬體一起配套銷售,構成PAC控制器。這類軟PLC組件一般都可運行於嵌入式Linux作業系統。
OPC服務軟體:OPC標準簡化了不同工業自動化設備之間的互聯通訊,無論在國際上還是國外,都已成為廣泛認可的互聯標準。而組態軟體同時具備OPC Server和OPC Client功能,如果將組態軟體豐富的設備驅動程式根據用戶需要打包為OPCServe單獨銷售,則既豐富了軟體產品種類又滿足了用戶的這方面需求,加拿大的Matrikon公司即以開發、銷售各種OPCServer軟體為主要業務,已經成為該領域的領導者。監控組態軟體廠商擁有大量的設備驅動程式,因此開展OPCSever軟體的定製開發具有得天獨厚的優勢,三維力控的Multi-OPCServer 產品即屬此類。
工業通信協定網關:它是一種特殊的Gateway,屬工業自動化領域的數據鏈產品。OPC標準適合計算機與工業I/O設備或桌面軟體之間的數據通訊,而工業通信協定網關適合在不同的工業I/O設備之間、計算機與I/O設備之間需要進行網段隔離、無人值守、數據保密性強等套用場合的協定轉換。市場上有專門從事工業通訊協定網關產品開發、銷售的廠商,如woodhead、prolinx等,但是組態軟體廠商將其豐富的I/O驅動程式擴展一個協定轉發模組就變成了通訊網關,開發工作的風險和成本極小。Multi_OPCServer和通訊網關pFieldComm都是力控ForceControl組態軟體的衍生產品。
2.4 橫向:監控、管理範圍及套用領域擴大
只要同時涉及實時數據通訊(無論是雙向還是單向)、實時動態圖形界面顯示、必要的數據處理、歷史數據存儲及顯示,就存在對組態軟體的潛在需求。
除了大家熟知的工業自動化領域,近幾年以下領域已經成為監控組態軟體的新增長點:
設備管理或資產管理(PAM,Plant Asset Management)。此類軟體的代表是艾默生公司的設備管理軟體AMS。據ARC機構預測,到2009年全球PAM的業務量將達到19億美元。PAM所包含的範圍很廣,其共同點是實時採集設備的運行狀態,累積設備的各種參數(如運行時間、檢修次數、負荷曲線等),及時發現設備隱患、預測設備壽命,提供設備檢修建議,對設備進行實時綜合診斷。
先進控制或最佳化控制系統。在工業自動化系統獲得普及以後,為提高控制質量和控制精度,很多用戶開始引進先進控制或最佳化控制系統。這些系統包括自適應控制、(多變數)預估控制、無模型控制器、魯棒控制、智慧型控制(專家系統、模糊控制、神經網路等)、其他依據新控制理論而編寫的控制軟體等。這些控制軟體的常項是控制算法,使用監控組態軟體主要解決控制軟體的人機界面、與控制設備的實時數據通訊等問題。
工業仿真系統。仿真軟體為用戶操作模擬對象提供了與實物幾乎相同的環境。仿真軟體不但節省了巨大的培訓成本開銷,還提供了實物系統所不具備的智慧型特性。仿真系統的開發商專長於仿真模組的算法,在實時動態圖形顯示、實時數據通訊方面不一定有優勢,力控®監控組態軟體與仿真軟體間通過高速數據接口聯為一體,在教學、科研仿真套用中套用越來越廣泛。
電網系統信息化建設。電力自動化是監控組態軟體的一個重要套用領域,電力是國家的基礎行業,其信息化建設是多層次的,由此決定了對組態軟體的多層次需求。
智慧型建築:物業管理的主要需求是能源管理(節能)和安全管理,這一管理模式要求建築物智慧型設備必須聯網,首先有效地解決信息孤島問題,減少人力消耗,提高應急反應速度和設備預期壽命,智慧型建築行業在能源計量、變配電、安防&門禁、消防系統系統聯入IBMS伺服器方面需求旺盛。
公共安全監控與管理:公共安全的隱患可造成突發事件應急失當,容易造成城市公共設施癱瘓、人員群死群傷等惡性災難。公共安全監控包括:
人防(車站、廣場)等市政工程有毒氣體濃度監控及火災報警。
水文監測:包括水位、雨量、閘位、大壩的實時監控。
重大建築物(如橋樑等)健康狀態監控:及時發現隱患,預報事故的發生。
機房動力環境監控:在電信、鐵路、銀行、證券、海關等行業以及國家重要的機關部門,計算機伺服器的正常工作是業務和行政正常進行的必要條件,因此存放計算機伺服器的機房重地已經成為監控的重點,監控的內容包括:UPS工作參數及狀態、電池組的工作參數及狀態、空調機組的運行狀態及參數、漏水監測、發電機組監測、環境溫濕度監測、環境可燃氣體濃度監測、門禁系統監測等。
城市危險源實時監測:對存放危險源的場所、危險源行蹤的監測。避免放射性物質和劇毒物質失控地流通。
國土資源立體污染監控:對土壤、大氣中與農業生產有關的污染物含量進行實時監測,建立立體式實時監測網路。
城市管網系統實時監控及調度:包括供水管網、燃氣管網、供熱管網等的監控。
三、與組態軟體密切相關的套用、市場環境變化情況
組態軟體已經成為工業自動化系統的必要組成部分,即“基本單元”或“基本元件”,因此吸引了大型自動化公司紛紛投資開發自有智慧財產權的組態軟體,以期依靠強大的市場產生大批量的銷售,從中獲取利潤。
目前在國內外市場占有率較高的監控組態軟體分別是GE Fanuc的iFix、Wonderware的Intouch、西門子WinCC、Citech和LabView等。中國大陸廠商以力控、亞控等為主,除此外尚有5-10個廠商從事監控組態軟體業務。
在國內市場上,高端市場仍被國外產品壟斷。國內產品已經開始搶占一些高端市場,並且所占比例在逐漸增長。
(1) 組態軟體產品本身的變化
作為通用型工具軟體,組態軟體在自動化系統中始終處於“承上啟下”的地位。用戶在涉及工業信息化的項目中,如果涉及到實時數據採集,首先會考慮試用組態軟體。正因如此,組態軟體幾乎套用於所有的工業信息化項目當中。套用的多樣性,給組態軟體的性能指標、使用方式、接口方式都提出了很多新的要求,也存在一些挑戰。這些需求對組態軟體系統結構帶來的衝擊是巨大的,對組態軟體的發展起到關鍵的促進作用。
功能變遷:仍以人機界面為主,數據採集、歷史資料庫、報警管理、操作日誌管理、許可權管理、數據通訊轉發成為其基礎功能;功能組件呈分化、集成化、功能細分的發展趨勢,以適應不同行業、不同用戶層次的多方面需求。
新技術的採用:組態軟體的IT化趨勢明顯,大量的最新計算技術、通訊技術、多媒體技術被用來提高其性能,擴充其功能。
注重效率:實際上,有的“組態”工作非常繁瑣,用戶希望通過模板快速生成自己的項目套用。圖形模板、資料庫模板、設備模板可以讓用戶以“複製”方式快速生成目標程式。
組態軟體注重數據處理能力和數據吞吐能力的提高:組態軟體除了常規的實時數據通訊、人機界面功能外,1萬點以上的實時數據歷史存儲與檢索、100個以上C/S或B/S客戶端對歷史資料庫系統的並發訪問,對組態軟體的性能都是嚴峻的考驗。隨著套用深度的提高,這種要求會變得越來越普遍。
與控制系統硬體捆綁:組態軟體與自動控制設備實現無縫集成,為硬體“量身定做”。這表明組態軟體的滲透能力逐漸加強,自動化系統從來就離不開軟體的支持,而整體解決方案利於硬體產品的銷售,也利於廠商控制銷售價格。
例如力控®的DCS專用版,與國內外很多DCS系統實現了捆綁。
(2)組態軟體其他套用環境的變化
造成組態軟體需求增長的另外一個原因是,感測器、數據採集裝置、控制器的智慧型化程度越來越高,實時數據瀏覽和管理的需求日益高漲,有的用戶甚至要求在自己的辦公室里監督定貨的製造過程。
類似OPC這樣的組織的出現,以及現場匯流排、尤其是工業乙太網的快速發展,大大簡化了異種設備間互連、開發I/O設備驅動軟體的工作量。I/O驅動軟體也逐漸會朝標準化的方向發展。
通過近十年的發展,以力控科技等為代表的國內監控組態軟體,在技術、市場、服務方面已趨於成熟,形成了比較雄厚的市場和技術積累,具備了與國外對手抗衡的本錢。
新技術的出現,會淘汰一批墨守成規、不思進取的廠商。那些以用戶需求為為中心、勇於創新,採用新技術不斷滿足用戶日益增長的潛在需求的廠商會逐漸在市場上取得主動,成為組態軟體及相關工業IT產品市場的主導者。
發展潛力:雖然組態軟體的市場潛力巨大,但是要想得到這個市場卻並非容易。一方面,用戶對組態軟體的要求越來越高,用戶的套用水平也在同步提高,相應地對軟體的品質要求也越來越高;另一方面,組態軟體廠商應該前瞻性地研發具有潛在需求的新功能、新產品。因此市場巨大並不代表所有從事組態軟體開發的廠商都有均等的機會,機會永遠屬於少數優秀廠商。
1.2 為適應新需求未來監控組態軟體的分散式體系結構
前面已經介紹,監控組態軟體的規模都在100萬行以上,這樣龐大的軟體系統在結構設計上必氬捎梅植際澆峁埂7植際較低巢⒉皇羌囁刈樘?砑?淖ɡ??殼昂芏啻笮腿砑?低扯際欠植際較低場?
在組態軟體中,重新提起“分散式”這個老話題是必要的,因為規模大於5000點的套用幾乎離不開分散式套用的需求。還需要強調,不是因為組態軟體缺少分散式結構的產品,而是缺少真正經得起分散式套用考驗的產品。
1.3 目前國內監控組態軟體產業發展中存在的問題
軟體是自動化系統的核心與靈魂,組態軟體又具有很高的滲透能力和產業關聯度。不管從橫向還是縱向看,一個自動化系統中,組態軟體日益滲透到每個角落,占據越來越多的份額。組態軟體越來越多地體現著自動化系統的價值。
雖然軟體是自動化系統的核心與靈魂,但是組態軟體還遠未承擔起這一角色。組態軟體的內涵和外延在不斷變化,其在自動化系統中所扮演的角色會逐漸接近這一標準。
力控ForceControl軟體正在努力覆蓋自動化軟體更多的範疇。
所以,在自動化系統中國內監控組態軟體廠商承載著民族工業自動化產業的未來希望與核心競爭力。監控組態軟體廠商要想承擔起這樣的重任,必須在上圖所示各個層次的軟體上擁有自己的核心競爭能力,確立在市場上的足夠發言權和主動地位。中國的華為公司為我們樹立了榜樣,只要在後續技術創新、延長軟體產品線上能夠滿足用戶日益增長的各種需求,並保持原創性創新的長盛不衰,中國的工業自動化軟體產業也一定會創造出工業IT界的華為奇蹟。