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工业自动化软件系统技术及其发展
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    2.2 监控组态软件的作用
   
    组态软件是工业自动化软件系统的基石,是实现控制网络与信息网络集成的关键之一,通过组态软件开放的接口技术,将实时数据库与现场设备数据互联,从而为系统提供综合全面的信息和数据。
   
    监控组态软件是一种控制系统开发工具,用户可根据应用对象及控制任务的要求,通过简单形象的组态,利用组态软件提供的工具,以“搭积木”的方式灵活配置、组合各功能模块,构成用户应用软件。“组态”的概念是伴随着集散控制系统(Distributed Control System,DCS)的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟悉的。现在的组态软件实际上就是早期每个DCS厂商在DCS中预装的应用软件,但一直没有人给出明确的定义,只是将使用这种应用软件设计生成目标应用系统的过程称为“组态(Config)”或“做组态”。组态的概念最早来自英文Configuration,含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置,达到让计算机或软件按照预先配置(Configuration)自动执行任务的目的,以满足使用者的要求。
   
    工业企业是一个复杂的大系统,按照发展新型工业和企业信息化的要求,自动化应该是集管理和控制于一体的,它包含低层的控制与高层次的管理的自动化。人们常常把高层次的控制称为管理,而把低层次的管理称为控制。对低层的控制而言,其控制任务主要由物理系统设备完成。企业信息化对系统的自动化程度提出了更高的要求,它包含了企业资源计划系统ERP从Internet网上接受订货,由企业(工厂)生产执行系统(MES)完成产品生产直至合格产品出厂将产品送到用户的全过程,涵盖了从传感器开始到整个系统优化运行的全部低层控制及高层管理。企业物料流、信息流、资金流、人才流等的流向和流量随企业的功能、规模、产品特性等的不同,其复杂程度差异很大,如何使这类复杂大系统优化运行,以获取最佳的社会经济效益是人们期望的目标。为保证整个控制过程(或系统)中的所有有用的实时状态信息不沉淀、流失,便于实现实时协调,加强对上层决策的辅助支持,各工作站均应该用统一人机图形用户界面,统一信息平台,克服“自动化孤岛”、“信息孤岛”现象,实现管控一体化的无缝集成,其中起关键作用的就是监控组态软件。要充分发挥信息在低层控制和高层管理决策中的主导作用,对监控软件系统的选择必须给于足够的重视,否则企业信息化的目标是难以实现的。
   
    2.3 一般监控组态软件的局限性
   
    从20世纪80年代后国内新建和改建与技术改造项目中的自动化系统基本上都是采用国外进口的组态级工控软件,如典型的有美国Wonderware公司InTouch,美国Intellution软件公司开发的Fix和iFix,德国西门子公司的WinCC,俄罗斯Adastra科技公司的—Trace mode组态软件等,直至20世纪90年代中期,国内一些软件公司在消化吸收国外组态软件基础上也开发了一些工控组态软件产品,典型的如北京亚控软件公司的组态王“Kings View”,北京昆仑通态自动化公司的MCSG等等,这些软件投放市场对我国实现企业基础自动化作出过重要贡献,其共同优点是:采用图形化编程设计技巧、对实际监控对象实现状态转移管理、使监控和管理对象更加形象化和深刻化、系统实时开放性和互连操作性较好,应用操作平台开发周期短等,仅从监控层面考虑问题,在图形及组态方案、数据点管理、网络功能、通信功能、加锁设计等方面尽管各有侧重点,但基本上都能满足用户的要求。值得注意的是,如果从更高管理层次考虑问题,要实现工业自动化系统的管控一体化、企业信息化却面临严峻问题,面对的很可能是一个又一个的“信息孤岛”、“自动化孤岛”,很难将“孤岛”的信息资源加以整合集成,缺乏统一的控制、数据、信息平台支持,这正是目前工业企业复杂大系统基础自动化和企业信息化面临的主要问题。如何在保护现有投运系统资源的前提下,适当增加软件系统支持以提升和改造原系统,使企业实现信息化,以适应改造和提升传统产业和企业产品结构调整的需要,是控制工程界普遍关注的问题。在探索信息资源充分利用方案和途径时,由于受到系统所选择组态软件功能的限制,实施起来都因“通信协议”“软接口”等瓶颈问题而止步,这在众多企业中是屡见不鲜的,这给系统集成带来不少困难,对此一般监控组态软件厂商似乎对“通信软接口”瓶颈问题重视程度还有所不够。

    2.4 过程可视化软件的特点
   
    随着软件技术的发展,监控组态软件不断地被赋予新的内容,在社会信息化进程中将扮演越来越重要的角色,实时多任务是组态软件最突出的特点。例如,数据采集与输出、数据处理与算法实现、图形显示及人机对话、实时数据的存储、检索管理、实时通讯等。组态软件主要解决的问题是:

    (1) 如何在数据采集与控制设备间进行数据交换;
    (2) 使来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来;
    (3) 处理数据报警及系统报警;
    (4) 存储历史数据并支持历史数据的查询;
    (5) 各类报表的生成和打印输出;
    (6) 提供灵活、多变的组态方式,以适应不同领域的需求;
    (7) 与第三方软件程序的接口,以实现数据共享。

    组态软件可利用图形功能把被控对象形象地画出来,再通过内部数据链接把被控对象的属性与I/O设备的实时数据进行逻辑连接。当由组态软件生成的应用系统投入运行后,I/O设备数据发生变化将会直接带动被控对象属性的变化。组态软件的实时数据库是一个开放式的数据平台,可以使管理者得到现场设备运行的所有实时数据,并实行统一管理。此外,组态软件还能根据历史趋势分析,进行优化控制和调度决策。
   
    2.5 过程可视化软件的最新发展
   
    为了将讨论的问题具体化,现以最具有代表意义的过程可视化软件为了例,如InTouch9.5 HMI提供显著的增强,从而带来运行和工程生产率两方面的明显提升。这样一来,使用InTouch9.5软件的工厂人员将会从可以让他们的工作更快捷、更简单的新功能中获益。此外,提高的软件开发功能可以大幅度降低用在创建、更改和部署应用程序上的时间和精力。
   
    在运行生产率方面的功能增强包括:提示条;鼠标控制;先进的报警分析;运行期间的语言切换。提示条, 9.5版本为操作员提供指导从而帮助工厂人员更快速地理解他们正在查看的应用程序的信息。鼠标控制,这些新的控制为那些使用鼠标访问他们的应用程序的人员提供额外的功能。先进的报警分析工具,内建在InTouch软件中,这些功能可以使报警信息的分析更加快速和完整。运行期间的语言切换,用户在运行期间可以动态地切换语言。
   
    工程生产率提高方面的增强包括:在智能符号技术下的新的开发图形移动及缩放和人工的图形定位功能;内建的简单的I/O冗余配置;额外的键盘选择;缺省的字体设置。在智能符号技术下的新开发,这些新的增强可以更快速地创建和额外地定制基于图形的模板。内建的简单I/O冗余配置,这个功能允许快速地配置第二个通讯服务器,使I/O无法连接到第一个服务器时能够自动切换。移动及缩放和人工图形定位功能,图形的细节可通过轻松点击和“橡皮筋”缩放选项、人工图形定位以及移动功能。额外的键盘选项,9.5版本包括一个新的“区域”键盘,可以使用户用当地的语言的相关字符查看他们的键盘,同时有一个新的选项允许调整屏幕上的键盘尺寸。缺省的字体设置,用户可以即时改变缺省字体,然后在整个应用程序应用这种新的和True Type字体。
   
    InTouch9.5软件为应用程序的用户和开发人员提供大量新的功能,同时可以得到开发生产率和性能方面的显著提高。提示条,当一个用户鼠标滑过一个应用中包含有提示条的对象时、围绕该对象形成一个光环,让用户知道他们可以访问有关这个对象的更多的信息。提示条可以提供静态的信息,例如该按钮控制什么、或者一个动态的快照信息,例如槽罐液位。静态和动态的提示条对于在一个窗口中流畅地显示大量的图形都是非常有用的,同时非常方便地让操作员了解到屏幕上有关对象的额外信息。鼠标控制,新的先进的鼠标控制可以使用户针对不同的鼠标点击选项添加功能。这大大扩展了用户可以获得的有关一个对象的信息量,同时无需占用有价值的屏幕空间。先进的报警分析工具,InTouch9.5 HMI新的先进的报警分析工具可以使用户:方便地在帕累托图中分析报警;在导航树中查看有组织的报警;更快地查询报警;配置两个节点的报警热备份;可以按照标记进行排序配置“无数据”信息;命名数据库。这些先进的报警功能可以大大帮助和显著提高运行的生产率。
   
    运行期间的语言切换,语言障碍可以使工厂人员完全地理解应用信息变得困难。然而,InTouch9.5 HMI的新的运行期间语言切换功能可以使用户在运行的时候切换语言显示。例如,如果显示的主要文本是美国英语,在运行的时候操作员可以点击按钮看到另外一种语言的信息,比如日语、西班牙语或者英式英语。这样一来,标准的应用可以由以下的人员进行访问: 掌握不同语言的多个操作员,多国家的多工厂的人员同时进行访问;全球的开发人员现在都可以用他们的母语来进行故障排查。内建的简单I/O冗余切换简单配置的 I/O冗余切换功能可以在第一个服务器需要维护或者无法使用时,非常方便地配置一个备份的通讯服务器。这样,工厂人员可以:消除与通讯服务器有关的单点故障;对第一个服务器实施常规的维护。此外,简单配置的I/O冗余切换功能提高了实时信息的可靠性和依赖性。智能符号增强,InTouch9.5软件中智能符号的新的增强可以使用户:调整模板大小并在整个应用中自动应用这些变更;在窗口内将显示的图形直接地创建成智能符号;区分智能符号和常规的图形,更新的智能符号功能可以大大地降低应用创建、更改和部署的时间和精力。移动缩放/人工的图形定位,应用程序的开发人员可以凭借InTouch软件的WindowMakerTM图形编辑程序中这个新的轻松点击的移动/缩放功能来突出需要精确细节的区域,并同时查看整个图形窗口。他们在屏幕上制作图形时还可以使用窗口坐标,这可以在精力大大降低的同时实现精确图形的应用程序开发。额外的键盘选项,除了标准的InTouch键盘以外,InTouch9.5软件还包括两个新的屏幕键盘。开发人员可以使用新的Microsoft Windows键盘,它可以是"区域"键盘因而可以使国际用户用他们的母语查看含有所有文字和字符的屏幕键盘。开发人员还可以使用新的InTouch键盘来调整屏幕上键盘大小。这两个新的键盘以最适合用户环境的方式在应用中交互实施。缺省字体设置,开发人员可以即时地改变缺省的字体从而在整个应用中的按钮和文本中应用新的和True Type类型的字体。额外的功能,密码域的支持,安全已被更新和增强,从而开发人员可以限制不希望的信息访问。密码可以被加密,从而可以降低在客户端和服务器计算机之间的网络拦截的机会。这个功能使用户获得未授权的访问的可能性降到最小。密码的字符还可以被回显以便可以确认字符输入。Hotlink增强,具有动画功能的图形和ActiveX控件可以显示一个围绕对象的“晕轮”,它可以按照对象的形状进行显示。通过这个晕轮和按照对象的形状显示功能可以使开发人员将动画添加到复杂对象的不同的部分。用户只需用鼠标滑过对象直到选择他们需要的部分,然后点开它展开更多的信息。更新的Windows XP外观,按钮、复选框、单选框和栏标题等已经更新到新的用户友好的Windows XP外观。InTouch9.5软件可显著提高运行效率和明显地提高工程生产率。

 

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