2.2 过程可视化软件特点
　　软件技术发展，监控组态软件不断被赋予新内容，社会信息化进程中将扮演越来越重要角色，实时多任务是组态软件最突出特点。
　　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、实时数据存储、检索管理、实时通讯等。组态软件主要解决问题是：
　　 (1) 如何数据采集与控制设备间进行数据交换； (2) 使来自设备数据与计算机图形画面上各元素关联起来； (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查询； (5) 各类报表生成和打印输出； (6) 提供灵活、多变组态方式，以适应不同领域需求； (7) 与第三方软件程序接口，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画出来，再内部数据链接把被控对象属性与I/O设备实时数据进行逻辑连接。当由组态软件生成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变化。组态软件实时数据库是一个开放式数据平台，可以使管理者到现场设备运行所有实时数据，并实行统一管理。此外，组态软件还能历史趋势分析，进行优化控制和调度决策。
　　2.3 监控组态软件作用 组态软件是工业自动化软件系统基石，是实现控制网络与信息网络集成关键之一，组态软件开放接口技术，将实时数据库与现场设备数据互联，为系统提供综合全面信息和数据。 监控组态软件是一种控制系统开发工具，用户可应用对象及控制任务要求，简单形象组态，利用组态软件提供工具，以“搭积木”方式灵活配置、组合各功能模块，构成用户应用软件。
　　“组态”概念是伴集散控制系统(Distributed Control System，DCS)出现才开始被广大生产过程自动化技术人员所熟悉。现组态软件实际上就是早期每个DCS厂商DCS中预装应用软件，但一直没有人给出明确定义，将使用这种应用软件设计生成目标应用系统过程称为“组态(Config)”或“做组态”。
　　组态概念最早来自英文Configuration，含义是使用软件工具对计算机及软件各种资源进行配置，达到让计算机或软件预先配置(Configuration)自动执行任务目，以满足使用者要求。 工业企业是一个复杂大系统，发展新型工业和企业信息化要求，自动化应该是集管理和控制于一体，它包含低层控制与高层次管理自动化。人们常常把高层次控制称为管理，而把低层次管理称为控制。对低层控制而言，其控制任务主要由物理系统设备完成。企业信息化对系统自动化程度提出了更高要求，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全过程，涵盖了从传感器开始到整个系统优化运行全部低层控制及高层管理。


　　企业物料流、信息流、资金流、人才流等流向和流量随企业功能、规模、产品特性等不同，其复杂程度差异很大，如何使这类复杂大系统优化运行，以获取最佳社会经济效益是人们期望目标。为保证整个控制过程(或系统)中所有有用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，实现管控一体化无缝集成，其中起关键作用就是监控组态软件。要充分发挥信息低层控制和高层管理决策中主导作用，对监控软件系统选择必须给于足够重视，否则企业信息化目标是难以实现。
　　 2.4 一般监控组态软件局限性 从20世纪80年代后国内新建和改建与技术改造项目中自动化系统基本上都是采用国外进口组态级工控软件，如典型有美国Wonderware公司InTouch，美国Intellution软件公司开发Fix和iFix，德国西门子公司WinCC，俄罗斯Adastra科技公司—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，典型如北京亚控软件公司组态王“Kings View”，北京昆仑通态自动化公司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，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要求。值注意是，从更高管理层次考虑问题，要实现工业自动化系统管控一体化、企业信息化却面临严峻问题，面对很可能是一个又一个“信息孤岛”、“自动化孤岛”，很难将“孤岛”信息资源加以整合集成，缺乏统一控制、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主要问题。如何保护现有投运系统资源前提下，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需要，是控制工程界普遍关注问题。探索信息资源充分利用方案和途径时，受到系统所选择组态软件功能限制，实施起来都因“通信协议”“软接口”等瓶颈问题而止步，这众多企业中是屡见不鲜，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。

　　2.5 过程可视化软件最新发展 将讨论问题具体化，现以最具有代表意义过程可视化软件例，如InTouch9.5 HMI提供显著增强，带来运行和工程生产率两方面明显提升。这样，使用InTouch9.5软件工厂人员将会从可以让他们工作更快捷、更简单新功能中获益。此外，提高软件开发功能可以大幅度降低用创建、更改和部署应用程序上时间和精力。
　　运行生产率方面功能增强包括：提示条；鼠标控制；先进报警分析；运行期间语言切换。提示条，9.5版本为操作员提供指导帮助工厂人员更快速理解他们正查看应用程序信息。鼠标控制，这些新控制为那些使用鼠标访问他们应用程序人员提供额外功能。先进报警分析工具，内建InTouch软件中，这些功能可以使报警信息分析更加快速和完整。运行期间语言切换,用户运行期间可以动态切换语言。

　　工程生产率提高方面增强包括：智能符号技术下新开发图形移动及缩放和人工图形定位功能；内建简单I/O冗余配置；额外键盘选择；缺省字体设置。智能符号技术下新开发，这些新增强可以更快速创建和额外定制基于图形模板。内建简单I/O冗余配置，这个功能允许快速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，图形细节可轻松点击和“橡皮筋”缩放选项、人工图形定位以及移动功能。额外键盘选项，9.5版本包括一个新“区域”键盘，可以使用户用当语言相关字符查看他们键盘，同时有一个新选项允许调整屏幕上键盘尺寸。
　　缺省字体设置，用户可以即时改变缺省字体，然后整个应用程序应用这种新和True Type字体。 InTouch9.5软件为应用程序用户和开发人员提供大量新功能，同时可以到开发生产率和性能方面显著提高。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更多信息。提示条可以提供静态信息，例如该按钮控制什么、一个动态快照信息，例如槽罐液位。静态和动态提示条一个窗口中流畅显示大量图形都是非常有用，同时非常方便让操作员了解到屏幕上有关对象额外信息。鼠标控制，新先进鼠标控制可以使用户针对不同鼠标点击选项添加功能。这大大扩展了用户可以获有关一个对象信息量，同时无需占用有价值屏幕空间。
　　先进报警分析工具，InTouch9.5 HMI新先进报警分析工具可以使用户：方便帕累托图中分析报警；导航树中查看有组织报警；更快查询报警；配置两个节点报警热备份；可以标记进行排序配置“无数据”信息；命名数据库。这些先进报警功能可以大大帮助和显著提高运行生产率。 运行期间语言切换，语言障碍可以使工厂人员完全理解应用信息变困难。，InTouch9.5 HMI新运行期间语言切换功能可以使用户运行时候切换语言显示。例如，显示主要文本是美国英语，运行时候操作员可以点击按钮看到另外一种语言信息，比如日语、西班牙语英式英语。
　　这样，标准应用可以由以下人员进行访问：掌握不同语言多个操作员，多国家多工厂人员同时进行访问；全球开发人员现都可以用他们母语来进行故障排查。 内建简单I/O冗余切换简单配置 I/O冗余切换功能可以第一个服务器需要维护无法使用时，非常方便配置一个备份通讯服务器。这样，工厂人员可以：消除与通讯服务器有关单点故障；对第一个服务器实施常规维护。此外，简单配置I/O冗余切换功能提高了实时信息可靠性和依赖性。 智能符号增强，InTouch9.5软件中智能符号新增强可以使用户：调整模板大小并整个应用中自动应用这些变更；窗口内将显示图形直接创建成智能符号；区分智能符号和常规图形，更新智能符号功能可以大大降低应用创建、更改和部署时间和精力。
　　移动缩放/人工图形定位，应用程序开发人员可以凭借InTouch软件WindowMakerTM图形编辑程序中这个新轻松点击移动/缩放功能来突出需要精确细节区域，并同时查看整个图形窗口。他们屏幕上制作图形时还可以使用窗口坐标，这可以精力大大降低同时实现精确图形应用程序开发。 额外键盘选项，标准InTouch键盘以外，InTouch9.5软件还包括两个新屏幕键盘。开发人员可以使用新Microsoft Windows键盘，它可以是"区域"键盘可以使国际用户用他们母语查看含有所有文字和字符屏幕键盘。开发人员还可以使用新InTouch键盘来调整屏幕上键盘大小。这两个新键盘以最适合用户环境方式应用中交互实施。缺省字体设置，开发人员可以即时改变缺省字体整个应用中按钮和文本中应用新和True Type类型字体。

　　额外功能，密码域支持，安全已被更新和增强，开发人员可以限制不希望信息访问。密码可以被加密，可以降低客户端和服务器计算机之间网络拦截机会。这个功能使用户获未授权访问可能性降到最小。密码字符还可以被回显可以确认字符输入。 Hotlink增强，具有动画功能图形和ActiveX控件可以显示一个围绕对象“晕轮”，它可以对象形状进行显示。这个晕轮和对象形状显示功能可以使开发人员将动画添加到复杂对象不同部分。用户只需用鼠标滑过对象直到选择他们需要部分，然后点开它展开更多信息。
　　更新Windows XP外观，按钮、复选框、单选框和栏标题等已经更新到新用户友好Windows XP外观。InTouch9.5软件可显著提高运行效率和明显提高工程生产率。

 

3. 工业自动化软件技术发展 目前国外，很多发达国家及有些发展中国家普遍采用美国Wonderware工业自动化软件套件技术，用户需求构建系统，实现对复杂工业大系统控制与管理。例如，20世纪90年代印度最大TISCO钢铁公司采用美国Wonderware工业自动化软件系统套件技术实现了直接与ERP通信，从Internet上直接接受用户订单后，生产执行系统(MES)把总公司和职能部门、分厂、车间直至各条生产线都采用统一控制、数据和信息平台纳入管理，系统开发周期短，系统开发和运行、维护成本低，软件组件套件技术可方便实现系统无缝集成，可靠性高，实现了从接受订单、原材料订购、产品生产、直至把产品运送到用户手中全公司统一自动化监控与信息化管理，效率极高。
　　美国Wonderware公司软件套装组件系统是工业界第一个集成工业自动化软件包Factory Suite,它从根本上改变了人们传统观念以及制造行业存了多年从上到下信息流模式。上述核心组件外，还有Industrial SQL数据分析工具，SCADAlarm企业级电话/报警系统等等。总之WonderwareFactory Suite是套装软件组件系统，可以需要选配组件模块使系统实现无缝集成，给企业信息化提供了完整解决方案。
　　如钢铁行业中，采用美国WonderwareI/O Sever技术和InSQL Server技术，建立统一控制、数据、信息平台，效果极好，可实施建立产品流转动态跟踪系统实现从原材料到成品全线动态跟踪，建立生产信息动态管理系统，实现生产计划、生产调度、库房(包括原料、半成品库、热处理、成品库)管理、生产作业和过程管理、合同管理、质量管理、工艺规程线指导子系统、生产信息动态查询、统计、分析管理等，管理与控制都是动态实现、没有最先进软件技术支撑和可以无缝集成软件套件组件搭建系统，很难想象研发工作量有多大，成功率有多高，真正意义上CIMS系统能否实现。
　　近年来工业自动化软件技术多个方面都有了长足发展，其中特别值关注是系统开发环境和系统构架方面新进展。
　　集成开发环境(IDE)应用组件实现工程重用，Industrial Application Server组件对象体系结构可以显著提高生产力。组件对象模型有利于开发代表工厂设备可重用应用对象。FactorySuite IDE内部建立应用对象包含与自动化设备有关所有必要元素，例如历史参数、标记、报警与事件、文档、脚本、安全和通信参数。可以建立、复制和部署一个可重用组件模板库，提高快速应用软件开发能力。 每个组件模板支架变化传播特性，，一个元素改变可以自动被传播到所有受影响组件或选择组件，节省了宝贵工程时间和成本。工厂模型体系结构用户可以把预先设计应用对象变成利用最佳惯例和公司工程标准模板。获灵活应用对象可以包含代表物理工厂设备监控自动化策略或更高级别生产策略知识和应用代码。模板库可以把应用工程变成一个装配过程，而一种程序编制工作，可以显著提高不同项目生产率。IDE是一个多开发者环境，它支持公司利用他们工程资源，一个项目上分配多名工程师。 IDE利用高效率注册/注销过程支持多开发人员，它为每个应用程序组件提供了一种历史记录审核跟踪机制，包括用户标识符、时期与时间戳、以及变化详细摘要信息。应用配置信息保存一个核心项目库(SQL Server数据库)中，可以对整个应用进行版本控制。注册/注销过程允许工程师旅行离开现场时随身携带组件，为他们提供了最大灵活性。

从系统层次考虑，最近工业自动化软件系统正利用先进软件技术朝着集成化、网络化、平台化、综合管理等方向发展。
　　(1) 工业自动化软件集成化 以前工业自动化软件已经考虑到对设备和多系统集成观点，集成范围往往集中对局部系统或分厂系统，而没有考虑更大范围集成，而新自动化软件系统已经考虑到大范围、区域性以及全厂级系统集成，提供总体集成解决方案。
　　(2) 工业自动化软件网络化 数据分散性以及网络多样性，工业自动化软件系统信息正朝着信息总线方向发展，信息总线方式改变了过去需要将数据集中采集和处理观念，相当于数据监控层铺设了一条信息总线，各个子系统挂接该信息总线上，就可以实现各个系统间相互通讯，实现了全分布监控系统。 比如基于Wonderware FactorySuiteA2构建监控系统，就是整个系统中部署每台电脑中Platform进行信息交互。工业自动化软件间信息交互越来越多，需要单台机器上实现对多台机器上软件系统进行集中远程管理功能，网络化管理也是自动化软件发展方向。目前多家国内外工业自动化软件企业就实现了网络管理，比如Wonderware公司基于微软管理控制台(MMC)技术系统管理控制台SMC(System Management Console)就可以实现对数据采集软件、日志文件、部署对象等实现集中远程管理。
　　(3) 工业自动化软件中面向对象技术应用 面向对象方法包括封装性、继承性、多态性等特点,这些特点使面向对象方法软件领域到迅速发展，工业自动化领域，很多控制对象同样具有面向对象技术中“对象”属性，也引起了人们注意，控制工程师和控制软件开发人员也试图将面向对象技术应用到工业自动化领域，但目前基本上仍停留针对某个控制系统软件设计和控制软件软件设计中，这些都说明面向对象技术可以应用工业自动化领域，但没有真正将面向对象技术应用到控制系统整体系统设计中。这就是要将面向对象技术优势引入到整个自动化系统设计之中，而简单停留某个具体软件设计之中。 总之，传统面向功能设计方法集中控制系统局部，围绕某个功能实现为主线，而嵌入面向对象技术自动化软件平台Wonderware Industrial Application Server上，采用面向对象思想设计监控系统，要充分发挥面向对象技术封装性、继承性优势，同时采用抽象对象方法来看待整个监控系统组成。 Wonder- ware公司推出了一款嵌入面向对象技术新产品—Wonderware Industrial Application Server。该产品充分发挥了面向对象技术优势，提供了供自动化工程师选择使用多个基础模板，将程序中面向对象技术屏蔽掉，只需要客户化配置以及扩展即可以满足工业自动化系统设计和规划工作，使工程师从简单复杂耗时程序模块设计中解放出来，将主要精力集中系统控制模型以及控制算法上，大大缩短了工业自动化系统设计和上线时间，并提高了系统重用性。
　　(4) 工业自动化软件系统平台化 工业自动化软件系统发展过程中，涉及到多种功能实现，20世纪80年代末期和20世纪90年代，模块功能区别，实现了软件系统模块化。而工业自动化系统设计范围及广度增加，需要一个统一平台软件，实现各个功能统一运行。国内外大工业自动化软件企业都将自己模块化软件统一运行自己平台之上，该平台具有高度开放性和扩展性，相关厂商产品就可以该平台上进行开发。
　　(5) 工业自动化软件系统综合管理化 目前各个工业自动化软件厂商是为企业提供监控功能软件厂商，能工业现场要求，提供丰富管理软件，向着工业自动化解决方案厂商转变。他们为企业提供了资产管理、质量、批次管理等丰富软件。企业信息化推进，目前都积极提供为企业ERP进行数据支撑MES解决方案。最明显就是不少厂商推出了基于S95标准MES解决方案，比如Wonderware公司生产事件模块PEM(Production Events Module)就是遵循S95标准生产效能跟踪管理解决方案。 工业自动化软件支持数据点数、处理能力以及可伸缩性或扩展性等方面，都有明显发展和提高。厂商考虑越来越多是系统随时间推移而增值和延长项目生命周期，从整体上提高系统建设投资回报率。

4. 工业自动化软件系统应用实例 电厂外围系统是电厂生产和经营管理重要环节，但相机炉控制而言，其运行方式比较简单，基本都是就独立控制。
　　(1) 运行人员投入多，成本太高； (2) 位置分散，距离集控室较远，给系统运行、维护和管理带来许多困难。 ，采用先进网络控制技术，实现所有外围系统集中控制，可以很多方面解决系统设计和设备存问题，将为构建统一企业网，实现管控一体化创造一个良好基础。下面以笔者某电厂外围设备集中监控系统中实施方案为例，介绍应用Wonderware工业自动化软件FactorySuite套件实现火电厂辅助设备计算机实时监控系统。实践证明该方案从设计到实施都取了良好效果。
　　4.1 计算机实时监控系统所需监控子系统对象 某实时监控系统由下列子系统对象构成： (1) 化学补给水控制系统； (2) 凝结水精处理控制系统； (3) 汽水取样及加药系统； (4) 输煤系统； (5) 净水站系统； (6) 循环水泵房系统； (7) 工业水泵房系统； (8) 燃油泵房系统。 各子系统部署分散，但综合起来，其数据采集和控制现场设备是由三类由多台SCHNEIDER MODICONQUANTUM系列PLC、AB公司Conlogix系列控制器和一个基于Modbus远程I/O组构成。
　　4.2 监控系统结构 鉴于上述电厂各外围系统子系统具体情况，各子系统发布情况和各系统I/O规模，设计了4个现场I/O Server，与上位机网络实施集中监控。应用InSQL建立实时数据库系统，应用InTouch开发建立分类图形画面监控工作站，应用ActiveFactory建立相应数据分析客户端，应用SuiteVoyager软件建立基于图形画面监控工作站现场和数据分析客户端工业实时信息图形门户，实施厂内安全级别内B/S结构远程工业实时信息监视，方便与电厂企业ERP系统互连。
　　4.3 系统软件 系统软件监控画面采用层次型结构设计，各子系统之间很容易切换，直观反映现场工况，且便于操作人员使用，简洁、直观、功能完善是它最大特点。采用层次型结构便于操作人员完成多个子系统准确切换，避免系统结构繁琐造成误操作。各子系统也采用相近功能菜单，切换方便，功能完善，同一幅主画面内可完成多项操作功能。 监控系统包括系统画面生成、事故追忆系统、各种曲线显示和打印、各种报表生成等。监控画面要符合电厂监控系统人机界面设计风格，分级浏览、逐级细化原则设计画面，采用弹出式窗口、下拉式菜单等多种符合Windows标准设计手段实现画面切换和显示，单个画面工艺流程、信息显示(包括运行参数、状态、故障情况等)和各种曲线要布局合理、生动，色调柔和。事故追忆系统包括所有进入控制系统事件(如参数、反馈等)以及控制系统本身发生事件(如卡件或通讯故障等)，所有I/O点均可以曲线形式显示，为实现系统运行线分析、诊断提供丰富数据资源。

　　5. 结束语 尽管工业自动化系统变越来越复杂，对自动化软件系统要求也越来越高，工业自动化系统软件技术正快速发展，越来越先进新系统技术给解决复杂大系统优化控制与实现管理扁平化提供了强大技术后援，鼓舞人们去解决一个又一个技术难题。上述讨论问题，是作者多年从事工程实践一些认识，不知是否恰当。