關鍵詞：監(jiān)控組態(tài)軟件 力控 DCS操作站 OPC 集成化 網(wǎng)關 分布式 ForceControl 一、背景 自2000年以來，國內監(jiān)控組態(tài)軟件產品、技術、市場都取得了飛快的發(fā)展，應用領域日益拓展，用戶和應用工程師數(shù)量不斷增多。充分體現(xiàn)了“工業(yè)技術民用化”的發(fā)展趨勢。 監(jiān)控組態(tài)軟件是工業(yè)應用軟件的重要組成部分，其發(fā)展受到很多因素的制約，歸根結底，是應用的帶動對其發(fā)展起著最為關鍵的推動作用。 關于新技術的不斷涌現(xiàn)和快速發(fā)展對監(jiān)控組態(tài)軟件會產生何種影響，有人認為隨著技術的發(fā)展，通用組態(tài)軟件會退出市場，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。 作者并不這樣認為。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(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)是始終需要“組態(tài)”和“定制”的。這就是監(jiān)控組態(tài)軟件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(jiān)控組態(tài)軟件是在信息化社會的大背景下，隨著工業(yè)IT技術的不斷發(fā)展而誕生、發(fā)展起來的。在整個工業(yè)自動化軟件大家庭中，監(jiān)控組態(tài)軟件屬于基礎型工具平臺。監(jiān)控組態(tài)軟件給工業(yè)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(xù)發(fā)展。因此組態(tài)軟件作為新生事物尚處于高速發(fā)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(jiān)控組態(tài)軟件密切相關的技術如OPC、OPC-XML、現(xiàn)場總線等技術也取得了飛速的發(fā)展，是監(jiān)控組態(tài)軟件發(fā)展的有力支撐。 二、 監(jiān)控組態(tài)軟件的最新發(fā)展情況 2．1 監(jiān)控組態(tài)軟件日益成為自動化硬件廠商爭奪的重點 整個自動化系統(tǒng)中，軟件所占比重逐漸提高，雖然組態(tài)軟件只是其中一部分，但因其滲透能力強、擴展性強，近年來蠶食了很多專用軟件的市場。因此，監(jiān)控組態(tài)軟件具有很高的產業(yè)關聯(lián)度，是自動化系統(tǒng)進入高端應用、擴大市場占有率的重要橋梁。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(yè)自動化廠商如Rockwell、GE Fanuc、Honeywell、西門子、ABB、施耐德、英維思等均開發(fā)了自己的組態(tài)軟件。 監(jiān)控組態(tài)軟件在DCS操作站軟件中所占比重日益提高 繼FOXBORO之后，Euro therm（歐陸）、Delta V、PCS7等DCS系統(tǒng)紛紛使用通用監(jiān)控組態(tài)軟件作為操作站。同時，國內的DCS廠家也開始嘗試使用監(jiān)控組態(tài)軟件作為操作站。以力控科技為代表的ForceControl國產組態(tài)軟件在這方面也取得了良好的業(yè)績。 在大學和科研機構，越來越多的人開始從事監(jiān)控組態(tài)軟件的相關技術研究 從國內自動化行業(yè)學術期刊來看，以組態(tài)軟件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(tài)軟件技術發(fā)展及創(chuàng)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(guī)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(jiān)控組態(tài)軟件廠商開發(fā)新產品提供了有益的經(jīng)驗借鑒，并開拓他們的思路。 基于Linux 的監(jiān)控組態(tài)軟件及相關技術正在迅速發(fā)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(tài)軟件業(yè)的格局將產生深遠的影響。 2．2 集成化、定制化 從軟件規(guī)模上看，大多數(shù)監(jiān)控組態(tài)軟件的代碼規(guī)模超過100萬行，已經(jīng)不屬于小型軟件的范疇了。從其功能來看，數(shù)據(jù)的加工與處理、數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計分析等功能越來越強。 監(jiān)控組態(tài)軟件作為通用軟件平臺，具有很大的使用靈活性。但實際上很多用戶需要“傻瓜”式的應用軟件，即需要很少的定制工作量即可完成工程應用。為了既照顧“通用”又兼顧“專用”，監(jiān)控組態(tài)軟件拓展了大量的組件，用于完成特定的功能，如批次管理、事故追憶、溫控曲線、油井示功圖組件、協(xié)議轉發(fā)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(tài)軟件處于監(jiān)控系統(tǒng)的中間位置，向上、向下均具有比較完整的接口，因此對上、下應用系統(tǒng)的滲透能力也是組態(tài)軟件的一種本能，具體表現(xiàn)為： 向上 其管理功能日漸強大，在實時數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)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(shù)據(jù)檢索、操作日志管理、復雜報表等功能較為常見。 向下 日益具備網(wǎng)絡管理（或節(jié)點管理）功能：在安裝有同一種組態(tài)軟件的不同節(jié)點上，在設定完地址或計算機名稱后，互相間能夠自動訪問對方的數(shù)據(jù)庫。組態(tài)軟件的這一功能，與OPC規(guī)范以及IEC61850規(guī)約、BACNet等現(xiàn)場總線的功能類似，反映出其網(wǎng)絡管理能力日趨完善的發(fā)展趨勢。 軟PLC、嵌入式控制等功能：除組態(tài)軟件直接配備軟PLC組件外，軟PLC組件還作為單獨產品與硬件一起配套銷售，構成PAC控制器。這類軟PLC組件一般都可運行于嵌入式Linux操作系統(tǒng)。 OPC服務軟件：OPC標準簡化了不同工業(yè)自動化設備之間的互聯(lián)通訊，無論在國際上還是國外，都已成為廣泛認可的互聯(lián)標準。而組態(tài)軟件同時具備OPC Server和OPC Client功能，如果將組態(tài)軟件豐富的設備驅動程序根據(jù)用戶需要打包為OPCServe單獨銷售，則既豐富了軟件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(fā)、銷售各種OPCServer軟件為主要業(yè)務，已經(jīng)成為該領域的領導者。監(jiān)控組態(tài)軟件廠商擁有大量的設備驅動程序，因此開展OPCSever軟件的定制開發(fā)具有得天獨厚的優(yōu)勢，三維力控的Multi-OPCServer 產品即屬此類。 工業(yè)通信協(xié)議網(wǎng)關：它是一種特殊的Gateway，屬工業(yè)自動化領域的數(shù)據(jù)鏈產品。OPC標準適合計算機與工業(yè)I/O設備或桌面軟件之間的數(shù)據(jù)通訊，而工業(yè)通信協(xié)議網(wǎng)關適合在不同的工業(yè)I/O設備之間、計算機與I/O設備之間需要進行網(wǎng)段隔離、無人值守、數(shù)據(jù)保密性強等應用場合的協(xié)議轉換。市場上有專門從事工業(yè)通訊協(xié)議網(wǎng)關產品開發(fā)、銷售的廠商，如Woodhead、prolinx等，但是組態(tài)軟件廠商將其豐富的I/O驅動程序擴展一個協(xié)議轉發(fā)模塊就變成了通訊網(wǎng)關，開發(fā)工作的風險和成本極小。Multi_OPCServer和通訊網(wǎng)關pFieldComm都是力控ForceControl組態(tài)軟件的衍生產品。 2．4 橫向：監(jiān)控、管理范圍及應用領域擴大 只要同時涉及實時數(shù)據(jù)通訊（無論是雙向還是單向）、實時動態(tài)圖形界面顯示、必要的數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲及顯示，就存在對組態(tài)軟件的潛在需求。 除了大家熟知的工業(yè)自動化領域，近幾年以下領域已經(jīng)成為監(jiān)控組態(tài)軟件的新增長點： 設備管理或資產管理（PAM，Plant Asset Management）。此類軟件的代表是艾默生公司的設備管理軟件AMS。據(jù)ARC機構預測，到2009年全球PAM的業(yè)務量將達到19億美元。PAM所包含的范圍很廣，其共同點是實時采集設備的運行狀態(tài)，累積設備的各種參數(shù)（如運行時間、檢修次數(shù)、負荷曲線等），及時發(fā)現(xiàn)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。 先進控制或優(yōu)化控制系統(tǒng)。在工業(yè)自動化系統(tǒng)獲得普及以后，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優(yōu)化控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)包括自適應控制、（多變量）預估控制、無模型控制器、魯棒控制、智能控制（專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡等）、其他依據(jù)新控制理論而編寫的控制軟件等。這些控制軟件的常項是控制算法，使用監(jiān)控組態(tài)軟件主要解決控制軟件的人機界面、與控制設備的實時數(shù)據(jù)通訊等問題。 工業(yè)仿真系統(tǒng)。仿真軟件為用戶操作模擬對象提供了與實物幾乎相同的環(huán)境。仿真軟件不但節(jié)省了巨大的培訓成本開銷，還提供了實物系統(tǒng)所不具備的智能特性。仿真系統(tǒng)的開發(fā)商專長于仿真模塊的算法，在實時動態(tài)圖形顯示、實時數(shù)據(jù)通訊方面不一定有優(yōu)勢，力控®監(jiān)控組態(tài)軟件與仿真軟件間通過高速數(shù)據(jù)接口聯(lián)為一體，在教學、科研仿真應用中應用越來越廣泛。 電網(wǎng)系統(tǒng)信息化建設。電力自動化是監(jiān)控組態(tài)軟件的一個重要應用領域，電力是國家的基礎行業(yè)，其信息化建設是多層次的，由此決定了對組態(tài)軟件的多層次需求， 智能建筑：物業(yè)管理的主要需求是能源管理（節(jié)能）和安全管理，這一管理模式要求建筑物智能設備必須聯(lián)網(wǎng)，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，智能建筑行業(yè)在能源計量、變配電、安防&門禁、消防系統(tǒng)系統(tǒng)聯(lián)入IBMS服務器方面需求旺盛。 公共安全監(jiān)控與管理：公共安全的隱患可造成突發(fā)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(jiān)控包括： 人防（車站、廣場）等市政工程有毒氣體濃度監(jiān)控及火災報警。 水文監(jiān)測：包括水位、雨量、閘位、大壩的實時監(jiān)控。 重大建筑物（如橋梁等）健康狀態(tài)監(jiān)控：及時發(fā)現(xiàn)隱患，預報事故的發(fā)生。 機房動力環(huán)境監(jiān)控：在電信、鐵路、銀行、證券、海關等行業(yè)以及國家重要的機關部門，計算機服務器的正常工作是業(yè)務和行政正常進行的必要條件，因此存放計算機服務器的機房重地已經(jīng)成為監(jiān)控的重點，監(jiān)控的內容包括：UPS工作參數(shù)及狀態(tài)、電池組的工作參數(shù)及狀態(tài)、空調機組的運行狀態(tài)及參數(shù)、漏水監(jiān)測、發(fā)電機組監(jiān)測、環(huán)境溫濕度監(jiān)測、環(huán)境可燃氣體濃度監(jiān)測、門禁系統(tǒng)監(jiān)測等。 城市危險源實時監(jiān)測：對存放危險源的場所、危險源行蹤的監(jiān)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(jiān)控：對土壤、大氣中與農業(yè)生產有關的污染物含量進行實時監(jiān)測，建立立體式實時監(jiān)測網(wǎng)絡。 城市管網(wǎng)系統(tǒng)實時監(jiān)控及調度：包括供水管網(wǎng)、燃氣管網(wǎng)、供熱管網(wǎng)等的監(jiān)控。 三、與組態(tài)軟件密切相關的應用、市場環(huán)境變化情況 組態(tài)軟件已經(jīng)成為工業(yè)自動化系統(tǒng)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(fā)自有知識產權的組態(tài)軟件，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(jiān)控組態(tài)軟件分別是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(jiān)控組態(tài)軟件業(yè)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(jīng)開始搶占一些高端市場，并且所占比例在逐漸增長。 （1） 組態(tài)軟件產品本身的變化 作為通用型工具軟件，組態(tài)軟件在自動化系統(tǒng)中始終處于“承上啟下”的地位。用戶在涉及工業(yè)信息化的項目中，如果涉及到實時數(shù)據(jù)采集，首先會考慮試用組態(tài)軟件。正因如此，組態(tài)軟件幾乎應用于所有的工業(yè)信息化項目當中。應用的多樣性，給組態(tài)軟件的性能指標、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(zhàn)。這些需求對組態(tài)軟件系統(tǒng)結構帶來的沖擊是巨大的，對組態(tài)軟件的發(fā)展起到關鍵的促進作用。 功能變遷：仍以人機界面為主，數(shù)據(jù)采集、歷史數(shù)據(jù)庫、報警管理、操作日志管理、權限管理、數(shù)據(jù)通訊轉發(fā)成為其基礎功能；功能組件呈分化、集成化、功能細分的發(fā)展趨勢，以適應不同行業(yè)、不同用戶層次的多方面需求。 新技術的采用：組態(tài)軟件的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(tài)”工作非常繁瑣，用戶希望通過模板快速生成自己的項目應用。圖形模板、數(shù)據(jù)庫模板、設備模板可以讓用戶以“復制”方式快速生成目標程序。 組態(tài)軟件注重數(shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)吞吐能力的提高：組態(tài)軟件除了常規(guī)的實時數(shù)據(jù)通訊、人機界面功能外，1萬點以上的實時數(shù)據(jù)歷史存儲與檢索、100個以上C/S或B/S客戶端對歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的并發(fā)訪問，對組態(tài)軟件的性能都是嚴峻的考驗。隨著應用深度的提高，這種要求會變得越來越普遍。 與控制系統(tǒng)硬件捆綁：組態(tài)軟件與自動控制設備實現(xiàn)無縫集成，為硬件“量身定做”。這表明組態(tài)軟件的滲透能力逐漸加強，自動化系統(tǒng)從來就離不開軟件的支持，而整體解決方案利于硬件產品的銷售，也利于廠商控制銷售價格。 例如力控®的DCS專用版，與國內外很多DCS系統(tǒng)實現(xiàn)了捆綁。 （2）組態(tài)軟件其他應用環(huán)境的變化 造成組態(tài)軟件需求增長的另外一個原因是，傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置、控制器的智能化程度越來越高，實時數(shù)據(jù)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(jiān)督定貨的制造過程。 類似OPC這樣的組織的出現(xiàn)，以及現(xiàn)場總線、尤其是工業(yè)以太網(wǎng)的快速發(fā)展，大大簡化了異種設備間互連、開發(fā)I/O設備驅動軟件的工作量。I/O驅動軟件也逐漸會朝標準化的方向發(fā)展。 通過近十年的發(fā)展，以力控科技等為代表的國內監(jiān)控組態(tài)軟件，在技術、市場、服務方面已趨于成熟，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(xiàn)，會淘汰一批墨守陳規(guī)、不思進取的廠商。那些以用戶需求為為中心、勇于創(chuàng)新，采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(tài)軟件及相關工業(yè)IT產品市場的主導者。 發(fā)展?jié)摿Γ弘m然組態(tài)軟件的市場潛力巨大，但是要想得到這個市場卻并非容易。一方面，用戶對組態(tài)軟件的要求越來越高，用戶的應用水平也在同步提高，相應地對軟件的品質要求也越來越高；另一方面，組態(tài)軟件廠商應該前瞻性地研發(fā)具有潛在需求的新功能、新產品。因此市場巨大并不代表所有從事組態(tài)軟件開發(fā)的廠商都有均等的機會，機會永遠屬于少數(shù)優(yōu)秀廠商。 1.2 為適應新需求未來監(jiān)控組態(tài)軟件的分布式體系結構 前面已經(jīng)介紹，監(jiān)控組態(tài)軟件的規(guī)模都在100萬行以上，這樣龐大的軟件系統(tǒng)在結構設計上必須采用分布式結構。分布式系統(tǒng)并不是監(jiān)控組態(tài)軟件的專利，目前很多大型軟件系統(tǒng)都是分布式系統(tǒng)。 在組態(tài)軟件中，重新提起“分布式”這個老話題是必要的，因為規(guī)模大于5000點的應用幾乎離不開分布式應用的需求。還需要強調，不是因為組態(tài)軟件缺少分布式結構的產品，而是缺少真正經(jīng)得起分布式應用考驗的產品。 1.3 目前國內監(jiān)控組態(tài)軟件產業(yè)發(fā)展中存在的問題 軟件是自動化系統(tǒng)的核心與靈魂，組態(tài)軟件又具有很高的滲透能力和產業(yè)關聯(lián)度。不管從橫向還是縱向看，一個自動化系統(tǒng)中，組態(tài)軟件日益滲透到每個角落，占據(jù)越來越多的份額。組態(tài)軟件越來越多地體現(xiàn)著自動化系統(tǒng)的價值。 雖然軟件是自動化系統(tǒng)的核心與靈，但是組態(tài)軟件還遠未承擔起這一角色。組態(tài)軟件的內涵和外延在不斷變化，其在自動化系統(tǒng)中所扮演的角色會逐漸接近這一標準。 下圖是一個典型的自動化系統(tǒng)軟件構成示意圖，深色部分是ForceControl6.0所覆蓋到的范圍，可以看出，力控ForceControl軟件正在努力覆蓋自動化軟件更多的范疇。 所以，在自動化系統(tǒng)中國內監(jiān)控組態(tài)軟件廠商承載著民族工業(yè)自動化產業(yè)的未來希望與核心競爭力。監(jiān)控組態(tài)軟件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件上擁有自己的核心競爭能力，確立在市場上的足夠發(fā)言權和主動地位。中國的華為公司為我們樹立了榜樣，只要在后續(xù)技術創(chuàng)新、延長軟件產品線上能夠滿足用戶日益增長的各種需求，并保持原創(chuàng)性創(chuàng)新的長盛不衰，中國的工業(yè)自動化軟件產業(yè)也一定會創(chuàng)造出工業(yè)IT界的華為奇跡。