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【导读】对于自控项目，组态软件的应用是很重要的环节，本文主要就探讨组态软件的现况和未来的发展趋势。
（一）组态软件概述
组态软件：通常中文简称有三种分别为HMI/MMI/SCADA，对应全称为HumanandMachineInterface、ManandMachineInterface、SupervisoryControlandDataAcquisition，英文翻译为：人机界面、监视控制和数据采集软件。
目前组态软件的发展迅猛，早已扩充到企业信息管理系统，管理和控制一体化，远程确诊和维护以及在互联网上的一系列的数据整合。组态软件的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等众多领域。在电力系统以及电汽化铁道上又称远动系统(RTUSystemRemoteTerminalUnit)。
HMI是HumanMachineInterface的简称。HMI虽然广义的解释就是“使用者与机器间沟通、传达及接收信息的一个插口”。举个反例来说，在一座鞋厂里头，我们要收集鞋厂各个区域的气温、湿度以及鞋厂中机器的状态等等的信息，透过一台监视并记录那些参数，并在一些意外状况发生的时侯才能加以处理。这便是一个很典型的SCADA/HMI的运用，通常而言，HMI系统必须有几项基本的能力：
实时的资料趋势显示：把依循的资料立刻显示在屏幕上。
手动记录资料：手动将资料存放至数据库中，便于日后查看。
历史资料趋势显示：把数据库中的资料作可视化的呈现。
报表的形成与复印：能把资料转换成报表的格式，并才能复印下来。
图形插口控制：操作者才能透过图形插口直接控制机台等装置。
警报的形成与记录：使用者可以定义一些警报形成的条件，比方说气温过度或压力超过临界值，在这样的条件下系统会形成警报，通知作业员处理。
（二）组态软件的来历
“组态”的概念是伴随着集散型控制系统（DistributedControlSystem简称）的出现才开始被广大的生产过程手动化技术人员所熟知的。在工业控制技术的不断发展和应用过程中，PC（包括工控机）相比原先的专用系统具有的优势日趋显著。这种优势主要彰显在：PC技术保持了较快的发展速率，各类相关技术早已成熟；由PC建立的工业控制系统具有相对较低的拥有成本；PC的软件资源和硬件资源丰富，软件之间的互操作性强；基于PC的控制系统便于学习和使用，可以容易地得到技术方面的支持。在PC技术向工业控制领域的渗透中，组态软件抢占着极其特殊但是重要的地位。
组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在手动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态形式，为用户提供快速建立工业手动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应当能支持各类工控设备和常见的通讯合同，但是一般应提供分布式数据管理和网路功能。
对应于原有的HMI（人机插口软件，HumanMachineInterface）的概念，组态软件应当是一个使用户能快速构建自己的HMI的软件工具，或开发环境。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编撰HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或则订购专用的工控系统，一般是封闭的系统，选择余地小，常常不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和降低功能都遭到严重的限制。组态软件的出现，把用户从这种窘境中解脱下来，可以借助组态软件的功能，建立一套最适宜自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据插口、对I/O设备的广泛支持早已成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋于新的内容。
简单地讲，组态就是用应用软件中提供的工具、方法、完成工程中某一具体任务的过程。
与硬件生产相对照，组态与组装类似。如要组装一台笔记本，事先提供了各类机型的显卡、机箱、电源、CPU、显示器、硬盘、光驱等，我们的工作就是用这种部件堆砌成自己须要的笔记本。其实软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥空间，由于它通常要比硬件中的“部件”更多，并且每位“部件”都很灵活，由于软部件都有内部属性，通过改变属性可以改变其尺寸（如大小、性状、颜色等）。
在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编撰程序（如使用BASIC,C,FORTRAN等）来实现的。编撰程序不但工作量大、周期长，并且容易犯错误，不能保证工期。组态软件的出现，解决了这个问题。对于过去须要几个月的工作，通过组态几天就可以完成。
组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适宜某种领域的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中。如DCS(集散控制系统)组态，PLC（可编程控制器）矩形图组态。人机界面生成软件就叫工控组态软件。虽然在其他行业也有组态的概念，人们只是不那么叫而已。
如AutoCAD，PhotoShop，办公软件(PowerPoint)都存在相像的操作，即用软件提供的工具来产生自己的作品，并以数据文件保存作品，而不是执行程序。组态产生的数据只有其制造工具或其他专用工具能够辨识。并且不同之处在于，工业控制中产生的组态结果是用在实时监控的。组态工具的解释引擎，要按照这种组态结果实时运行。从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。
尽管说组态就是不须要编撰程序能够完成特定的应用。并且为了提供一些灵活性，组态软件也提供了编程手段，通常都是外置编译系统，提供类BASIC语言，有的甚至支持VB。
组态软件的出现，把用户从这种窘境中解脱下来，可以借助组态软件的功能，建立一套最适宜自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据插口、对I/O设备的广泛支持早已成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋于新的内容。
（三）国外的组态软件状况
组态软件产品于80年代初出现，并在80年代末期步入我国。但在90年代中期之前，组态软件在我国的应用并不普及。究其缘由，大致有以下几点：
①国内用户还缺少对组态软件的认识，项目中没有组态软件的预算，或即便投入人力物力针对具体项目做长周期的繁琐的上位机的编程开发，而不采用组态软件。
②在很长时间里，国外用户的软件意识还不强，面对价钱不菲的进口软件（初期的组态软件多为国内厂家开发），极少有用户乐意去选购正版。
③当时国外的工业手动化和信息技术应用的水平还不高，组态软件提供了对大规模应用、大量数据进行采集、监控、处理并可以将处理的结果生成管理所需的数据，这种需求并未完全产生。
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随着工业控制系统应用的深入，组态软件从1995年之后，在国外的应用逐步得到了普及。下边就对几种组态软件分别进行介绍。
①InTouch：Wonderware的InTouch软件是最早步入我国的组态软件。在80年代末、90年代初，基于Windows3.1的InTouch软件曾让我们耳目一新，而且InTouch提供了丰富的图库。并且，初期的InTouch软件采用ＤＤＥ形式与驱动程序通讯，性能较差，最新的InTouch7.0版早已完全基于32位的Windows平台，而且提供了OPC支持。
②Fix：Intellution公司以Fix组态软件起家，1995年被爱默生竞购，如今是爱默生集团的全资子公司，Fix6.ｘ软件提供工控人员熟悉的概念和操作界面，并提供完备的驱动程序（需单独订购）。Intellution将自己最新的产品系列命名为iFiX，在iFiX中，Intellution提供了强悍的组态功能，但新版本与往年的6.ｘ版本并不完全兼容。原有的Script语言改为VBA（VisualBasicForApplication），但是在内部集成了谷歌的VBA开发环境。遗憾的是，Intellution并没有提供6.1版脚本语言到VBA的转换工具。在iFiX中，Intellution的产品与Microsoft的操作系统、网络进行了紧密的集成。Intellution也是OPC（OLEforProcessControl）组织的发起成员之一。iFiX的OPC组件和驱动程序同样须要单独订购。
③Citech：CiT公司的Citech也是较早步入中国市场的产品。Citech具有简约的操作方法，但其操作方法更多的是面向程序员，而不是工控用户。Citech提供了类似Ｃ语言的脚本语言进行二次开发，但与iFix不同的是，Citech的脚本语言并非是面向对象的，而是类似于Ｃ语言，这无疑为用户进行二次开发降低了难度。
④WinCC：Simens的WinCC也是一套完备的组态开发环境，Simens提供类Ｃ语言的脚本，包括一个调试环境。WinCC内嵌OPC支持，并可对分布式系统进行组态。但WinCC的结构较复杂，用户最好经过Simens的培训以把握WinCC的应用。
⑤ForceControl（力控）：上海三维力控科技有限公司的ForceControl（力控）从时间概念上来说，力控也是国外较早就早已出现的组态软件之一。只是由于初期力控仍然没有作为即将商品广泛推广，所以并不为大多数人所知。大概在93年左右，力控就已产生了第一个版本，只是那时还是一个基于DOS和VMS的版本。后来随着Windows3.1的流行，又开发出了16位Windows版的力控。但直到Windows95版本的力控诞生之前，他主要用于公司内部的一些项目。32位下的1.0版的力控，在体系结构上就早已具备了较为显著的先进性，其最大的特点之一就是其基于真正意义的分布式实时数据库的三层结构，并且其实时数据库结构可为可组态的活结构。在1999~2000年期间，力控得到了长足的发展，最新推出的2.0版在功能的丰富特点、易用性、开放性和I/O驱动数目，都得到了很大的提升。在好多环节的设计上，力控都能从国外用户的角度出发，即重视实用性，又不失大软件的规范。另外，公司在产品的培训、用户技术支持等方面投入了较大人力，相信在较短时间内，力控软件产品将在工控软件界产生巨大的冲击。
其他常见的组态软件还有GE的Cimplicity，Rockwell的RsView，NI的LookOut，PCSoft的Wizcon以及国外一些组态软件通态软件公司的MCGS……也都各有特色。
（四）组态软件未来方向
目前见到的所有组态软件都能完成类似的功能：例如，几乎所有运行于32位Windows平台的组态软件都采用类似资源浏览器的窗口结构，而且对工业控制系统中的各类资源（设备、标签量、画面等）进行配置和编辑；都提供多种数据驱动程序；都使用脚本语言提供二次开发的功能，等等。并且，从技术上说，各类组态软件提供实现这种功能的方式却各不相同。从那些不同之处，以及PC技术发展的趋势，可以看出组态软件未来发展的方向。
数据采集的方法
大多数组态软件提供多种数据采集程序，用户可以进行配置。但是，在这些情况下，驱动程序只能由组态软件开发商提供，或则由用户根据某种组态软件的插口规范编撰，这为用户提出了偏低的要求。由OPC基金组织提出的OPC规范基于谷歌的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。在支持OPC的系统中，数据的提供者作为服务器（Server），数据恳求者作为顾客（Client），服务器和顾客之间通过DCOM插口进行通讯，而无需晓得对方内部实现的细节。因为COM技术是在二补码代码级实现的，所以服务器和顾客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常常由硬件设备制造商随硬件提供，可以发挥硬件的全部效能，而作为顾客的组态软件可以通过OPC与各厂家的驱动程序无缝联接，故从根本上解决了先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。OPC如今早已得到了包括Interllution、Simens、GE、ABB等国内著名厂商的支持。随着支持OPC的组态软件和硬件设备的普及，使用OPC进行数据采集必定成为组态中更合理的选择。
脚本的功能
脚本语言是扩展组态系统功能的重要手段。为此，大多数组态软件提供了脚本语言的支持。具体的实现方法可分为三种：一是外置的类C/Basic语言；二是采用谷歌的VBA的编程语言；三是有少数组态软件采用面向对象的脚本语言。类C/Basic语言要求用户使用类似中级语言的句子书写脚本，使用系统提供的函数调用组合完成各类系统功能。应当指明的是，多数采用这些方法的国外组态软件，对脚本的支持并不健全，许多组态软件只提供IF…THEN…ELSE的句子结构，不提供循环控制句子，为书写脚本程序带来了一定的困难。谷歌的VBA是一种相对完备的开发环境，采用VBA的组态软件一般使用谷歌的VBA环境和组件技术，把组态系统中的对象以组件形式实现，使用VBA的程序对那些对象进行访问。因为VisualBasic是解释执行的，所以VBA程序的一些句型错误可能到执行时才会发觉。而面向对象的脚本语言提供了对象访问机制，对系统中的对象可以通过其属性和方式进行访问，比较容易学习、掌握和扩充，但实现比较复杂。
组态环境的可扩充性
可扩充性为用户提供了在不改变原有系统的情况下，向系统内降低新功能的能力，这些降低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自身。降低功能最常用的手段是ActiveX组件的应用，目前还只有少数组态软件能提供完备的ActiveX组件引入功能及实现引入对象在脚本语言中的访问。
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已然不仅仅局限于数据采集和监控。在生产制造过程中，须要现场的大量数据进行流程剖析和过程控制，以实现对生产流程的调整和优化。现有的组态软件对大部份这种方面需求还只能以报表的方式提供，或则通过ODBC将数据导入到外部数据库，以供其他的业务系统调用，在绝大多数情况下，依然须要进行再开发能够实现。随着生产决策活动对信息需求的降低，可以预见，组态软件与管理信息系统或领导信息系统的集成必定更加紧密，并很可能以实现数据剖析与决策功能的模块方式在组态软件中出现。
对Internet的支持程度
现代企业的生产早已趋于国际化、分布式的生产方法。Internet将是实现分布式生产的基础。组态软件能够从原有的局域网运行形式跨越到支持Internet，是摆在所有组态软件开发商面前的一个重要课题。限于国外目前的网路基础设施和工业控制应用的程度，笔者觉得，在较长时间内，以浏览器方法通过Internet对工业现场的监控，将会在大部份应用中逗留于监视阶段，而实际控制功能的完成应当通过更稳定的技术，如专用的远程顾客端、由专业开发商提供的ActiveX控件或Java技术实现。
组态软件的控制功能
随着以工业PC为核心的手动控制集成系统技术的日趋健全和工程技术人员的使用组态软件水平的不断提升，用户对组态软件的要求已不像过去那样主要注重于画面，而是要考虑一些实质性的应用功能，如软件，先进过程控制策略等。
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软PLC产品是基于PC机开放结构的控制装置，它具有硬PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特性，借助软件技术可将标准的工业PC转换成全功能的PLC过程控制器。软PLC综合了计算机和PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、通信网路等功能，通过一个多任务控制内核，提供了强悍的指令集、快速而确切的扫描周期、可靠的操作和可联接各类Ｉ/Ｏ系统及网路的开放式结构。所以可以这样说，软PLC提供了与硬PLC同样的功能，而同时具备了PC环境的各类优点。目前，国际上影响比较大的产品有：日本CJInternational公司的ISaGRAF软件包、PCSoftInternational公司的WinPLC、美国WizdomControlIntellution公司的Paradym-31、美国MooreProcessAutomationSolutions公司ProcessSuite、美国WonderwareControls公司的InControl、SoftPLC公司的SoftPLC等。国外推出软PLC产品的组态软件还不见有，国外组态软件要想全面超过美国的竞争对手，就必须搞创新，推出类似功能的产品。
随着企业提出的高柔性、高效益的要求，以精典控制理论为基础的控制方案早已不能适应，以多变量预测控制为代表的先进控制策略的提出和成功应用以后，先进过程控制遭到了过程工业界的普遍关注。先进过程控制（AdvancedProcessControl，APC）是指一类在动态环境中，基于模型、充分利用计算机能力，为鞋厂获得最大理论而施行的运行和控制策略。先进控制策略主要有：双重控制及阀位控制、纯滞后补偿控制、解耦控制、自适应控制、差拍控制、状态反馈控制、多变量预测控制、推理控制及软检测技术、智能控制（专家控制、模糊控制和神经网路控制）等，尤其智能控制已成为开发和应用的热点。目前，国外许多大企业纷纷投资，在装置手动化系统中施行先进控制。美国许多控制软件公司和DCS厂商都在竞相开发先进控制和优化控制的工程软件包。据资料报导，一个乙烯装置投资163万港元施行先进控制，完成后预期可获得效益600万港元/年。从上可以看出能嵌入先进控制和优化控制策略的组态软件必定遭到用户的极大欢迎。
用户的需求使得技术不断进步，在组态软件上这些趋势彰显得尤为显著。未来的组态软件将是提供更加大大的分布式环境下的组态功能、全面支持ActiveX、扩展能力强、支持OPC等工业标准、控制功能强、并能通过Internet进行访问的开放式系统。
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去学PLC技术
