工業(yè)自誕生之時(shí)，就離不開對(duì)于各種能影響或體現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和控制。按照工業(yè)生產(chǎn)變量時(shí)間和幅度的連續(xù)性，工業(yè)生產(chǎn)的典型過程可以分為：連續(xù)過程（Continuous Process）、離散過程（Discrete Process）和批量過程（Batch Process）。其中批量過程往往是由離散過程和連續(xù)過程組合而成。

監(jiān)測(cè)是控制的先決條件，否則控制無從談起。依據(jù)工業(yè)生產(chǎn)中離散過程和連續(xù)過程的劃分，工業(yè)控制大體沿著一下兩條主線發(fā)展：

第一條主線是對(duì)離散控制系統(tǒng)的控制，也可以說是邏輯控制或者程序控制，從早期的機(jī)械電磁原理的繼電器控制，發(fā)展為以電子邏輯電路為主的控制，進(jìn)而產(chǎn)生了以數(shù)字技術(shù)和微處理器為核心的PLC（Programmable Logic Controller），其發(fā)展趨勢(shì)可視為更快、更小、更可靠、更靈活、成本更低；

第二條主線是對(duì)連續(xù)過程的控制，和離散控制相比，連續(xù)控制所使用的產(chǎn)品種類更多，技術(shù)上也更為復(fù)雜。從初期的機(jī)械控制器到基地式儀表，進(jìn)而發(fā)展為氣動(dòng)或者電動(dòng)單元式組合儀表，一直到分布式控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）的產(chǎn)生。DCS本身也是儀表控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)合體，其發(fā)展趨勢(shì)是控制范圍更廣、可靠性更高，精度和實(shí)時(shí)性更高，綜合成本更低。

隨著科技的快速發(fā)展，現(xiàn)今，最新型的PLC也開始融入對(duì)模擬量的采集和控制，不局限在單獨(dú)的離散控制之上，而第四代的DCS系統(tǒng)控制范圍也更為廣泛。兩者之間的界限也日漸模糊。大型的PLC結(jié)合上層監(jiān)控軟件某種程度上也可以構(gòu)成DCS，而DCS系統(tǒng)中PLC也得到了廣泛的使用。

無論是PLC控制還是DCS系統(tǒng)，雖然都具有各自的優(yōu)勢(shì)，而且得到了廣泛的應(yīng)用，但是也都有著其各自的局限性：PLC控制對(duì)于連續(xù)的模擬量而言相對(duì)薄弱，而且PLC本身的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)能力較低，人機(jī)界面相對(duì)不夠直觀；DCS系統(tǒng)成本較高，各個(gè)廠家的DCS系統(tǒng)的開發(fā)性還較低，用戶難以自由選擇軟硬件。

工業(yè)控制，無論是早期的繼電器控制，還是最新的PLC或DCS系統(tǒng)，其本質(zhì)都是獲取現(xiàn)場(chǎng)信息，進(jìn)行信息處理，將處理結(jié)果反饋到現(xiàn)場(chǎng)控制中，如圖1所示：

圖1  控制流程

    現(xiàn)代工業(yè)工控依然是遵循著采集、處理、控制的模式，其發(fā)展深受計(jì)算機(jī)技術(shù)的影響，從1958年9月，美國(guó)投入使用第一臺(tái)用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的計(jì)算機(jī)以來，計(jì)算機(jī)已經(jīng)深深的融入到工業(yè)控制領(lǐng)域。

隨著個(gè)人電腦的快速普及和性能的快速提升，基于個(gè)人電腦的監(jiān)控系統(tǒng)（PC Based）的應(yīng)用也日益廣泛，其典型代表是組態(tài)軟件（SCADA   Supervisory Control And Data Acquisition）的出現(xiàn)。

二十世紀(jì)八十年代，伴隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，出現(xiàn)了最早的組態(tài)軟件，至今已經(jīng)涌現(xiàn)了相當(dāng)數(shù)量的組態(tài)軟件產(chǎn)品：iFix，InTouch，Wincc等，國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了性價(jià)比很高的軟件：組態(tài)王、紫金橋等。從最初的Dos環(huán)境，到Windows，從簡(jiǎn)單的監(jiān)控到各種復(fù)雜的控制，組態(tài)軟件功能日益強(qiáng)大。以筆者熟悉的紫金橋組態(tài)軟件為例（其他組態(tài)軟件可能稍有區(qū)別，具體可參見各軟件的說明），組態(tài)軟件的架構(gòu)如下：

圖2  組態(tài)軟件架構(gòu)

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過各種IO接口，將數(shù)據(jù)傳送到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫將其處理后通過人機(jī)界面（View）顯示給用戶，用戶也可以將操作命令下置給實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而通過數(shù)據(jù)庫下置到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中。在這種架構(gòu)中相對(duì)于用戶，其不必了解實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是如何和不同的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行通訊的，只需通過人機(jī)界面進(jìn)行相關(guān)的設(shè)定就行了，在這里組態(tài)軟件起到了操作平臺(tái)的作用，屏蔽了用戶和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的直接關(guān)聯(lián)，相當(dāng)于計(jì)算機(jī)中“操作系統(tǒng)”，用戶操作電腦，無需關(guān)心底層顯卡的工作機(jī)制，硬盤的具體讀寫，只需和操作系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)話即可。

組態(tài)軟件本身也可以依據(jù)用戶的要求通過腳本或者在界面上的一些設(shè)定自動(dòng)的控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行。也可以將多套組態(tài)軟件組合成一個(gè)分布式的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，先將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集到單套組態(tài)軟件中，此時(shí)該組態(tài)軟件一方面依據(jù)需求可以監(jiān)控本地的設(shè)備，另一方面起到采集服務(wù)器的作用，可以將數(shù)據(jù)傳送到充當(dāng)服務(wù)器的組態(tài)軟件或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫中，做進(jìn)一步的匯總處理，具體構(gòu)架圖如圖3所示：

圖3 組態(tài)軟件網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

     相對(duì)于PLC控制和DCS系統(tǒng)，組態(tài)軟件的這種架構(gòu)決定其具有的天然優(yōu)勢(shì)：

l 高度開放的接口    相對(duì)于各個(gè)硬件廠家所推的監(jiān)控軟件而言，第三方的組態(tài)軟件則開放得多。無論是怎樣的現(xiàn)場(chǎng)總線，還是OPC，或者是自定義的通訊格式，只要能確定通訊協(xié)議，都可以通過增加相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，關(guān)聯(lián)該設(shè)備，進(jìn)而監(jiān)測(cè)控制。這樣，用戶就擁有了最大的選擇余地，幾乎可以任意的選擇各家硬件產(chǎn)品來組合成自己所需的控制系統(tǒng)；這樣就構(gòu)成了以組態(tài)軟件為控制核心的監(jiān)控系統(tǒng)。

l 快速的界面設(shè)定    通過組態(tài)軟件可以輕松的繪制各種人機(jī)界面，簡(jiǎn)單的幾個(gè)操作和設(shè)定就可以實(shí)現(xiàn)最常用的歷史曲線、報(bào)表、報(bào)警、各種動(dòng)畫等，相比較高級(jí)的編程工具VB、VC容易了很多。

l 自由的組網(wǎng)方式    圍繞著組態(tài)軟件，可以根據(jù)工程需要，輕松構(gòu)建所需的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)真正的分布式結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)間的傳輸介質(zhì)也多種多樣。

l 低成本    一方面，組態(tài)軟件通?？梢赃\(yùn)行在Windows環(huán)境下，一臺(tái)PC機(jī)，或者工控機(jī)都可以運(yùn)行組態(tài)軟件，無論是組態(tài)軟件本身，還是整體控制系統(tǒng)，其成本都相對(duì)較低。

l 較高的開發(fā)效率    由于組態(tài)軟件本身是個(gè)半成品，很多底層的通訊控制等操作都已被封裝起來，所以用戶在此平臺(tái)上做進(jìn)一步開發(fā)就輕松很多，可以節(jié)省大量時(shí)間，進(jìn)一步降低了成本。

l 應(yīng)用范圍廣泛     無論是用于工廠的整體監(jiān)控，還是配套現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，組態(tài)軟件的使用環(huán)境可大可小，多套組態(tài)軟件可以形成低成本分布式的監(jiān)控系統(tǒng)，而單套軟件也可以單獨(dú)配套現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，起到上位機(jī)的作用，可以記錄歷史數(shù)據(jù)，提供美觀的人機(jī)界面，提升了產(chǎn)品的科技含量，形成軟硬一體的解決方案。

l 多樣的數(shù)據(jù)接口   組態(tài)軟件可以將采集的歷史數(shù)據(jù)保存到本地或者遠(yuǎn)程服務(wù)器上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，也可以將原始數(shù)據(jù)或者統(tǒng)計(jì)值等數(shù)據(jù)保存到各種關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，比如Oracle、Sqlsever等。通過組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)平臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)可以輕松傳到更高一層的軟件系統(tǒng)中，比如ERP系統(tǒng)等，方便了用戶的操作和管理。

l 豐富的控制功能    組態(tài)軟件通常都支持功能豐富易用的腳本控制，紫金橋組態(tài)軟件中可以設(shè)置窗口腳本、應(yīng)用腳本、數(shù)據(jù)刷新腳本、數(shù)據(jù)庫腳本、對(duì)象腳本等，同時(shí)提供了近千個(gè)腳本函數(shù)，靈活準(zhǔn)確的使用腳本和其函數(shù)，可以輕松實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制流程。當(dāng)前的組態(tài)軟件同時(shí)也提供了批次處理、配方等工具，進(jìn)一步的方便了用戶的使用。

由于組態(tài)軟件運(yùn)行在PC機(jī)上，受各種條件的制約，其控制精度有時(shí)還達(dá)不到毫秒級(jí)，通?？梢跃_到幾十毫秒，可以滿足絕大多數(shù)的控制場(chǎng)合。與DCS系統(tǒng)相比較，組態(tài)軟件出現(xiàn)較晚，而且本身不包含硬件系統(tǒng)，在一些特殊場(chǎng)合下的控制，比如PID控制等方面做得還不夠。兩者應(yīng)用的范圍也不同，前者主要用于大型控制系統(tǒng)的監(jiān)控，而后者應(yīng)用范圍日漸廣泛，小到監(jiān)控一臺(tái)設(shè)備，大到一個(gè)成千上萬數(shù)據(jù)點(diǎn)的監(jiān)控，做一個(gè)不是很恰當(dāng)?shù)谋扔鳎珼CS相當(dāng)于一個(gè)大型的計(jì)算機(jī)，具有其專有的軟硬件設(shè)備，而組態(tài)軟件相當(dāng)于一臺(tái)PC機(jī)，更小而更為靈活通用，多臺(tái)PC機(jī)又能構(gòu)成一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)。紫金橋監(jiān)控軟件曾成功地應(yīng)用于大慶天然氣監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)高達(dá)4萬余個(gè)監(jiān)控點(diǎn)。

圖5 組態(tài)軟件操作平臺(tái)

    雖然組態(tài)軟件本身還有很多的局限性，但是隨著時(shí)間的推移和技術(shù)的發(fā)展，其也在不斷的進(jìn)步，提供的功能更豐富，整體性能更穩(wěn)定，使用會(huì)更便捷，應(yīng)用會(huì)更廣泛。無論是離散控制還是連續(xù)控制，組態(tài)軟件都可以勝任?？梢灶A(yù)言，以組態(tài)軟件為控制平臺(tái)，結(jié)合PLC、智能儀表或數(shù)采模塊或板卡等硬件設(shè)備的控制系統(tǒng)，展現(xiàn)了一種新型的工控模式，這種小型化、分布式、低成本、高靈活性和高開發(fā)效率的方式，會(huì)得到快速的發(fā)展，日漸得到大家的認(rèn)可，將在工控領(lǐng)域中將占有重要的地位。

[參考文獻(xiàn)]

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《S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)》  作者： 廖常初  機(jī)械工業(yè)出版社  2005年1月

《PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)》作者：周美蘭 周封 王岳宇 科學(xué)出版社  2003年8月

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