組態軟體：一般英文簡稱有三種分別為hmi/MMI/SCADA，對應全稱為Human and Machine Interface/Man and Machine Interface /Supervisory Control and Data Acquisition，中文翻譯為：人機介面/監視控制和資料採集 軟體。目前組態軟體的發展迅猛，已經擴充套件到企業資訊管理系統，管理和控制一體化，遠端診斷和維護以及在網際網路上的一系列的資料整合。

1。 組態軟體產生的背景

“組態”的概念是伴隨著集散型控制系統（Distributed Control System簡稱dcs）的出現才開始被廣大的生產過程自動化技術人員所熟知的。在工業控制技術的不斷髮展和應用過程中，PC（包括工控機）相比以前的專用系統具有的優勢日趨明顯。這些優勢主要體現在：PC技術保持了較快的發展速度，各種相關技術已經成熟；由PC構建的工業控制系統具有相對較低的擁有成本；PC的軟體資源和硬體資源豐富，軟體之間的互操作性強；基於PC的控制系統易於學習和使用，可以容易地得到技術方面的支援。在PC技術向工業控制領域的滲透中，組態軟體佔據著非常特殊而且重要的地位。

組態軟體是指一些資料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臺和開發環境，使用靈活的組態方式，為使用者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。組態軟體應該能支援各種工控裝置和常見的通訊協議，並且通常應提供分散式資料管理和網路功能。

對應於原有的HMI（人機介面軟體，Human Machine Interface）的概念，組態軟體應該是一個使使用者能快速建立自己的HMI的軟體工具，或開發環境。在組態軟體出現之前，工控領域的使用者透過手工或委託第三方編寫HMI應用，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，很難與外界進行資料互動，升級和增加功能都受到嚴重的限制。組態軟體的出現，把使用者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應用系統。隨著它的快速發展，實時資料庫、實時控制、SCADA、通訊及聯網、開放資料介面、對I/O裝置的廣泛支援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。

2。 組態軟體在我國的發展及國內外主要產品介紹

組態軟體產品於80年代初出現，並在80年代末期進入我國。但在90年代中期之前，組態軟體在我國的應用並不普及。究其原因，大致有以下幾點：

①國內使用者還缺乏對組態軟體的認識，專案中沒有組態軟體的預算，或寧願投入人力物力針對具體專案做長週期的繁冗的上位機的程式設計開發，而不採用組態軟體；

②在很長時間裡，國內使用者的軟體意識還不強，面對價格不菲的進口軟體（早期的組態軟體多為國外廠家開發），很少有使用者願意去購買正版。

③當時國內的工業自動化和資訊科技應用的水平還不高，組態軟體提供了對大規模應用、大量資料進行採集、監控、處理並可以將處理的結果生成管理所需的資料，這些需求並未完全形成。

圖1 組態軟體

隨著工業控制系統應用的深入，在面臨規模更大、控制更復雜的控制系統時，人們逐漸意識到原有的上位機程式設計的開發方式。對專案來說是費時費力、得不償失的，同時，MIS（管理資訊系統，Management Information System）和CIMS（計算機整合製造系統，Computer Integrated Manufacturing System）的大量應用，要求工業現場為企業的生產、經營、決策提供更詳細和深入的資料，以便最佳化企業生產經營中的各個環節。因此，在1995年以後，組態軟體在國內的應用逐漸得到了普及。下面就對幾種組態軟體分別進行介紹。

①InTouch：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提供了豐富的相簿。但是，早期的InTouch軟體採用ＤＤＥ方式與驅動程式通訊，效能較差，最新的InTouch7。0版已經完全基於32位的Windows平臺，並且提供了OPC支援。

②Fix：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介面，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版本並不完全相容。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版指令碼語言到VBA的轉換工具。在iFiX中，Intellution的產品與Microsoft的作業系統、網路進行了緊密的整合。Intellution也是OPC（OLE for Process Control）組織的發起成員之一。iFiX的OPC元件和驅動程式同樣需要單獨購買。

③Citech：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，而不是工控使用者。Citech提供了類似Ｃ語言的指令碼語言進行二次開發，但與iFix不同的是，Citech的指令碼語言並非是面向物件的，而是類似於Ｃ語言，這無疑為使用者進行二次開發增加了難度。

④WinCC：Simens的WinCC也是一套完備的組態開發環境，Simens提供類Ｃ語言的指令碼，包括一個除錯環境。WinCC內嵌OPC支援，並可對分散式系統進行組態。但WinCC的結構較複雜，使用者最好經過Simens的培訓以掌握WinCC的應用。

⑤ForceControl（力控）：北京三維力控科技有限公司的ForceControl（力控）從時間概念上來說，力控也是國內較早就已經出現的組態軟體之一。只是因為早期力控一直沒有作為正式商品廣泛推廣，所以並不為大多數人所知。大約在93年左右，力控就已形成了第一個版本，只是那時還是一個基於DOS和VMS的版本。後來隨著Windows3。1的流行，又開發出了16位Windows版的力控。但直至Windows95版本的力控誕生之前，他主要用於公司內部的一些專案。32位下的1。0版的力控，在體系結構上就已經具備了較為明顯的先進性，其最大的特徵之一就是其基於真正意義的分散式實時資料庫的三層結構，而且其實時資料庫結構可為可組態的活結構。在1999~2000年期間，力控得到了長足的發展，最新推出的2。0版在功能的豐富特性、易用性、開放性和I/O驅動數量，都得到了很大的提高。在很多環節的設計上，力控都能從國內使用者的角度出發，即注重實用性，又不失大軟體的規範。另外，公司在產品的培訓、使用者技術支援等方面投入了較大人力，相信在較短時間內，力控軟體產品將在工控軟體界形成巨大的衝擊。

其他常見的組態軟體還有GE的Cimplicity，Rockwell的RsView，NI的LookOut，PCSoft的Wizcon以及國內一些組態軟體通態軟體公司的MCGS，也都各有特色。

圖2

3。 組態軟體的功能特點發展方向

目前看到的所有組態軟體都能完成類似的功能：比如，幾乎所有運行於32位Windows平臺的組態軟體都採用類似資源瀏覽器的視窗結構，並且對工業控制系統中的各種資源（裝置、標籤量、畫面等）進行配置和編輯；都提供多種資料驅動程式；都使用指令碼語言提供二次開發的功能，等等。但是，從技術上說，各種組態軟體提供實現這些功能的方法卻各不相同。從這些不同之處，以及PC技術發展的趨勢，可以看出組態軟體未來發展的方向。

3。1資料採集的方式

大多陣列態軟體提供多種資料採集程式，使用者可以進行配置。然而，在這種情況下，驅動程式只能由組態軟體開發商提供，或者由使用者按照某種組態軟體的介面規範編寫，這為使用者提出了過高的要求。由OPC基金組織提出的OPC規範基於微軟的OLE/DCOM技術，提供了在分散式系統下，軟體元件互動和共享資料的完整的解決方案。在支援OPC的系統中，資料的提供者作為伺服器（Server），資料請求者作為客戶（Client），伺服器和客戶之間透過DCOM介面進行通訊，而無需知道對方內部實現的細節。由於COM技術是在二進位制程式碼級實現的，所以伺服器和客戶可以由不同的廠商提供。在實際應用中，作為伺服器的資料採集程式往往由硬體裝置製造商隨硬體提供，可以發揮硬體的全部效能，而作為客戶的組態軟體可以透過OPC與各廠家的驅動程式無縫連線，故從根本上解決了以前採用專用格式驅動程式總是滯後於硬體更新的問題。同時，組態軟體同樣可以作為伺服器為其他的應用系統（如MIS等）提供資料。OPC現在已經得到了包括Interllution、Simens、GE、ABB等國外知名廠商的支援。隨著支援OPC的組態軟體和硬體裝置的普及，使用OPC進行資料採集必將成為組態中更合理的選擇。

3。2指令碼的功能

指令碼語言是擴充組態系統功能的重要手段。因此，大多陣列態軟體提供了指令碼語言的支援。具體的實現方式可分為三種：一是內建的類C/Basic語言；二是採用微軟的VBA的程式語言；三是有少陣列態軟體採用面向物件的指令碼語言。類C/Basic語言要求使用者使用類似高階語言的語句書寫指令碼，使用系統提供的函式呼叫組合完成各種系統功能。應該指明的是，多數採用這種方式的國內組態軟體，對指令碼的支援並不完善，許多組態軟體只提供IF…THEN…ELSE的語句結構，不提供迴圈控制語句，為書寫指令碼程式帶來了一定的困難。微軟的VBA是一種相對完備的開發環境，採用VBA的組態軟體通常使用微軟的VBA環境和元件技術，把組態系統中的物件以元件方式實現，使用VBA的程式對這些物件進行訪問。由於VisualBasic是解釋執行的，所以VBA程式的一些語法錯誤可能到執行時才能發現。而面向物件的指令碼語言提供了物件訪問機制，對系統中的物件可以透過其屬性和方法進行訪問，比較容易學習、掌握和擴充套件，但實現比較複雜。

3。3組態環境的可擴充套件性

可擴充套件性為使用者提供了在不改變原有系統的情況下，向系統內增加新功能的能力，這種增加的功能可能來自於組態軟體開發商、第三方軟體提供商或使用者自身。增加功能最常用的手段是ActiveX元件的應用，目前還只有少陣列態軟體能提供完備的ActiveX元件引入功能及實現引入物件在指令碼語言中的訪問。

3。4組態軟體的開放性

隨著管理資訊系統和計算機整合製造系統的普及，生產現場資料的應用已經不僅僅侷限於資料採集和監控。在生產製造過程中，需要現場的大量資料進行流程分析和過程控制，以實現對生產流程的調整和最佳化。現有的組態軟體對大部分這些方面需求還只能以報表的形式提供，或者透過ODBC將資料匯出到外部資料庫，以供其他的業務系統呼叫，在絕大多數情況下，仍然需要進行再開發才能實現。隨著生產決策活動對資訊需求的增加，可以預見，組態軟體與管理資訊系統或領導資訊系統的整合必將更加緊密，並很可能以實現資料分析與決策功能的模組形式在組態軟體中出現。

3。5對Internet的支援程度

現代企業的生產已經趨向國際化、分散式的生產方式。Internet將是實現分散式生產的基礎。組態軟體能否從原有的區域網執行方式跨越到支援Internet，是擺在所有組態軟體開發商面前的一個重要課題。限於國內目前的網路基礎設施和工業控制應用的程度，筆者認為，在較長時間內，以瀏覽器方式透過Internet對工業現場的監控，將會在大部分應用中停留於監視階段，而實際控制功能的完成應該透過更穩定的技術，如專用的遠端客戶端、由專業開發商提供的ActiveX控制元件或Java技術實現。

3。6組態軟體的控制功能

隨著以工業PC為核心的自動控制整合系統技術的日趨完善和工程技術人員的使用組態軟體水平的不斷提高，使用者對組態軟體的要求已不像過去那樣主要側重於畫面，而是要考慮一些實質性的應用功能，如軟體plc，先進過程控制策略等。

軟PLC產品是基於PC機開放結構的控制裝置，它具有硬PLC在功能、可靠性、速度、故障查詢等方面的特點，利用軟體技術可將標準的工業PC轉換成全功能的PLC過程控制器。軟PLC綜合了計算機和PLC的開關量控制、模擬量控制、數學運算、數值處理、通訊網路等功能，透過一個多工控制核心，提供了強大的指令集、快速而準確的掃描週期、可靠的操作和可連線各種Ｉ/Ｏ系統及網路的開放式結構。所以可以這樣說，軟PLC提供了與硬PLC同樣的功能，而同時具備了PC環境的各種優點。目前，國際上影響比較大的產品有：法國CJ International公司的ISaGRAF軟體包、PCSoft International公司的WinPLC、美國Wizdom Control Intellution公司的Paradym-31、美國Moore Process Automation Solutions公司ProcessSuite、美國Wonder ware Controls公司的InControl、SoftPLC公司的SoftPLC等。國內推出軟PLC產品的組態軟體還不見有，國內組態軟體要想全面超過國外的競爭對手，就必須搞創新，推出類似功能的產品。

隨著企業提出的高柔性、高效益的要求，以經典控制理論為基礎的控制方案已經不能適應，以多變數預測控制為代表的先進控制策略的提出和成功應用之後，先進過程控制受到了過程工業界的普遍關注。先進過程控制（Advanced Process Control，APC）是指一類在動態環境中，基於模型、充分藉助計算機能力，為工廠獲得最大理論而實施的執行和控制策略。先進控制策略主要有：雙重控制及閥位控制、純滯後補償控制、解耦控制、自適應控制、差拍控制、狀態反饋控制、多變數預測控制、推理控制及軟測量技術、智慧控制（專家控制、模糊控制和神經網路控制）等，尤其智慧控制已成為開發和應用的熱點。目前，國內許多大企業紛紛投資，在裝置自動化系統中實施先進控制。國外許多控制軟體公司和DCS廠商都在競相開發先進控制和最佳化控制的工程軟體包。據資料報道，一個乙烯裝置投資163萬美元實施先進控制，完成後預期可獲得效益600萬美元/年。從上可以看出能嵌入先進控制和最佳化控制策略的組態軟體必將受到使用者的極大歡迎。

4。結束語

使用者的需求促使技術不斷進步，在組態軟體上這種趨勢體現得尤為明顯。未來的組態軟體將是提供更加強大的分散式環境下的組態功能、全面支援ActiveX、擴充套件能力強、支援OPC等工業標準、控制功能強、並能透過Internet進行訪問的開放式系統。

HMI是Human Machine Interface的簡稱。

HMI其實廣義的解釋就是“使用者與機器間溝通、傳達及接收資訊的一個介面”。

舉個例子來說，在一座工廠裡頭，我們要蒐集工廠各個區域的溫度、溼度以及工廠中機器的狀態

等等的資訊透過一臺 監視並記錄這些引數，並在一些意外狀況發生的時候能夠加以處理。

這便是一個很典型的SCADA/HMI的運用，一般而言，HMI系統必須有幾項基本的能力：

實時的資料趨勢顯示——把擷取的資料立即顯示在螢幕上。

自動記錄資料——自動將資料儲存至資料庫中，以便日後檢視。

歷史資料趨勢顯示——把資料庫中的資料作視覺化的呈現。

報表的產生與列印——能把資料轉換成報表的格式，並能夠打印出來。

圖形介面控制——操作者能夠透過圖形介面直接控制機臺等裝置。

警報的產生與記錄——使用者可以定義一些警報產生的條件，

比方說溫度過度或壓力超過臨界值，在這樣的條件下系統會產生警報，通知作業員處理。