浅谈组态软件的特性及其应用开发

摘要：随着工业自动化水平的提高以及计算机技术的广泛应用，人们对工业自动化领域控制软件的通用性和灵活性提出了更高的要求。人们越来越重视系统软件的组态和配置功能。工控组态软件技术是采用组态软件作为开发平台，开发工业自动化系统应用软件的技术，有着较强的竞争力和更为广阔的应用前景。本文首先介绍了组态软件的特点、功能与结构，然后介绍了组态软件的可扩展性和开放性，最后简要介绍了使用组态软件开发应用系统的步骤。

关键词：组态软件；特点；开发

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2012) 11-0000-02

随着现代化工业的飞速发展，生产装置规模的不断扩大，生产技术及工艺过程愈趋复杂，对企业生产自动化和各种信息的集成要求也越来越高。在这种形势下，基于微机的工业监控系统以其高可靠性、高性能、分散控制、集中监视和管理功能以及合理的性能价格比得到了工业界用户的特殊青睐，并逐渐取代传统的模拟式控制仪表，在各领域内得到广泛应用。

一、组态软件的特点

组态软件是用户根据应用对象及控制任务的要求，以“搭积木式”的方式灵活配置、组合各功能模块，构成用户应用软件。组态软件的设计思想是面向对象的思想，它模拟控制工程师在进行过程控制时的思路，围绕被控对象及控制系统的要求构造“对象”，从而生成适用于不同应用系统的用户程序。组态软件的原理是将系统软件的基本部分和工具固定，而将与应用有关的部分变成数据文件，这些数据文件由组态工具在屏幕上编辑而成。组态软件具有通用性强、灵活性好和良好的再现性特点，其画面丰富、操作简单，集多种功能为一体。

组态软件与传统的工业控制软件相比，有其自身的特点。工控组态软件最突出的特点是实时多任务。其次是安全性和可靠性。此外，工控组态软件还具有良好的适应性和系统可维护性。

二、组态软件的功能

工控组态软件按功能可分为：人-机界面组态软件，基于PC的控制软件(如软PLC或软逻辑)，数据采集与处理组态软件(如LabVIEW虚拟仪器组态软件)，工业过程监控软件，生产过程的质量管理软件等。通用组态软件往往是以上软件的功能组合。

在组态软件投入运行后，其功能特征表现为：①自动控制过程的可视化。在计算机的屏幕上用动画和图表的形式实时显示系统的工作流程和状态，使控制过程可视化。②过程的监控报警。对过程的监测参数和变化趋势进行跟踪监测，到达极限值时报警。③实时采集工业现场数据，并对数据进行处理。④对工业过程进行自动控制。⑤必要时由操作人员进行手动控制，修改过程参数和状态。⑥安全机制。不同级别的用户有不同的操作权限。⑦与管理级计算机进行通讯，为管理部门提供实时数据。⑧报表功能。实现实时数据和历史数据的浏览和打印。

组态软件大多是由运行环境和开发环境组成的。运行特性是开发人员在开发环境下通过对图形画面的组态配置、对实时变量和实时数据库的组态、对I/O设备的配置等完成的。组态软件的开发环境具有以下功能：（1）强大的图形组态功能。组态软件大都以Microsoft Windows平台作为操作平台，充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点。设计人员可高效快捷地绘制出各种工艺画面，并可方便进行编辑。（2）实时数据库组态。在实时数据库中定义数据库变量，建立数据库变量与I/O设备或网络上的远程数据源的连接，建立数据库变量与图形画面或动画的连接。（3）提供多种I/O设备的驱动程序。用I/O设备驱动程序实现与多种类型的I/O设备的数据通讯，交换数据。（4）脚本语言。组态软件通过脚本语言为用户提供了一种二次开发手段，用户可通过脚本语言编写程序，实现设定的控制功能。（5）丰富的功能模块。通过各种功能模块的挂接，用户可完成实时监控、报表生成、实时曲线和历史曲线、报警、PID控制等功能。

三、控制系统的软件组态结构

工控组态软件从总体上来看，可分为系统开发环境、系统运行环境、实时数据库管理和设备驱动四大部分。

（一）系统开发环境

系统开发环境是客户应用程序的集成开发平台。用户通过简单的操作即能实现满足自己应用需要的系统。

（二）系统运行环境

运行环境将用户在开发环境下定义的图形组态和数据库组态与实时数据库中的数据联系起来，生成能反映工业现场工作情况的动画效果，并能通过实时及历史趋势曲线控件、报表控件等AetiveX控件显示和分析从I/O设备采集的数据。运行环境和开发环境相对独立，应用程序在运行环境下独立运行，不需要开发环境的支持。

（三）实时数据库管理

实时数据库管理是整个组态软件的核心，主要用来读写I/O设备的状态和数值并将其保存在数据库中。同时数据库管理应具有网络通信功能，用于响应客户端的请求，发送和接受数据。

（四）I/O设备驱动

组态软件通过I/O设备驱动程序将实时数据库与外部I／O设备连接起来，完成对I/O设备的读写，实现实时数据库与I/O设备之间的数据交换。

四、组态软件的可扩展性和开放性

组态软件的发展是与工业自动化系统、软件业及IT技术的发展密切相关的。无论是平台的变迁，还是技术的更迭，现代HMI/SCADA组态软件系统都折射出同时代工业自动化系统和软件工业的最先进技术。从工业自动化系统的发展来看，PLC技术、总线和通讯技术、诊断技术等，早已成为HMI/SCADA组态软件的核心技术；从软件业和IT技术的发展来看，客户机/服务器系统、Web技术、组件技术、数据库技术、软件冗余技术乃至方兴未艾的XML和Dot NET技术等，都已深深地渗透到HMI/SCADA组态软件开发、工程实施及运行的各个阶段。

现在的组态软件正在逐渐演变成软件开发平台，组态软件不仅仅是作为HMI/SCADA系统软件，还越来越多地被企业用作企业范围内信息收集和集成的工具。当组态软件本身的功能不能满足用户特殊需要时，用户可以根据自己的需要进行二次开发。开发手段从最初的简单的脚本语言发展到在组态软件中采用标准化的组件技术。组态软件采用标准化技术还便于将局部的功能进行互连。