工業自誕生之時，就離不開對于各種能影響或體現工業生產數據的監測和控制。按照工業生產變量時間和幅度的連續性，工業生產的典型過程可以分為：連續過程（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過程組合而成。

監測是控制的先決條件，否則控制無從談起。依據工業生產中離散過程和連續過程的劃分，工業控制大體沿著一下兩條主線發展：

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

第二條主線是對連續過程的控制，和離散控制相比，連續控制所使用的產品種類更多，技術上也更為復雜。從初期的機械控制器到基地式儀表，進而發展為氣動或者電動單元式組合儀表，一直到分布式控制系統DCS（Distributed Control System）的產生。DCS本身也是儀表控制系統和計算機控制系統的結合體，其發展趨勢是控制范圍更廣、可靠性更高，精度和實時性更高，綜合成本更低。

隨著科技的快速發展，現今，最新型的PLC也開始融入對模擬量的采集和控制，不局限在單獨的離散控制之上，而第四代的DCS系統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結合上層監控軟件某種程度上也可以構成DCS，而DCS系統中PLC也得到了廣泛的使用。

無論是PLC控制還是DCS系統，雖然都具有各自的優勢，而且得到了廣泛的應用，但是也都有著其各自的局限性：PLC控制對于連續的模擬量而言相對薄弱，而且PLC本身的存儲數據能力較低，人機界面相對不夠直觀；DCS系統成本較高，各個廠家的DCS系統的開發性還較低，用戶難以自由選擇軟硬件。

工業控制，無論是早期的繼電器控制，還是最新的PLC或DCS系統，其本質都是獲取現場信息，進行信息處理，將處理結果反饋到現場控制中，如圖1所示：

圖1  控制流程

    現代工業工控依然是遵循著采集、處理、控制的模式，其發展深受計算機技術的影響，從1958年9月，美國投入使用第一臺用于現場監控的計算機以來，計算機已經深深的融入到工業控制領域。

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

二十世紀八十年代，伴隨著計算機的發展，出現了最早的組態軟件，至今已經涌現了相當數量的組態軟件產品：iFix，InTouch，Wincc等，國內也出現了性價比很高的軟件：組態王、紫金橋等。從最初的Dos環境，到Windows，從簡單的監控到各種復雜的控制，組態軟件功能日益強大。以筆者熟悉的紫金橋組態軟件為例（其他組態軟件可能稍有區別，具體可參見各軟件的說明），組態軟件的架構如下：

圖2  組態軟件架構

現場設備通過各種IO接口，將數據傳送到實時數據庫，實時數據庫將其處理后通過人機界面（View）顯示給用戶，用戶也可以將操作命令下置給實時數據庫，進而通過數據庫下置到現場設備中。在這種架構中相對于用戶，其不必了解實時數據庫是如何和不同的現場設備進行通訊的，只需通過人機界面進行相關的設定就行了，在這里組態軟件起到了操作平臺的作用，屏蔽了用戶和現場設備的直接關聯，相當于計算機中“操作系統”，用戶操作電腦，無需關心底層顯卡的工作機制，硬盤的具體讀寫，只需和操作系統進行對話即可。

組態軟件本身也可以依據用戶的要求通過腳本或者在界面上的一些設定自動的控制現場設備的運行。也可以將多套組態軟件組合成一個分布式的網絡構架，先將現場數據采集到單套組態軟件中，此時該組態軟件一方面依據需求可以監控本地的設備，另一方面起到采集服務器的作用，可以將數據傳送到充當服務器的組態軟件或實時數據庫中，做進一步的匯總處理，具體構架圖如圖3所示：

圖3 組態軟件網絡構架

     相對于PLC控制和DCS系統，組態軟件的這種架構決定其具有的天然優勢：

l 高度開放的接口    相對于各個硬件廠家所推的監控軟件而言，第三方的組態軟件則開放得多。無論是怎樣的現場總線，還是OPC，或者是自定義的通訊格式，只要能確定通訊協議，都可以通過增加相應的驅動，關聯該設備，進而監測控制。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品來組合成自己所需的控制系統；這樣就構成了以組態軟件為控制核心的監控系統。

l 快速的界面設定    通過組態軟件可以輕松的繪制各種人機界面，簡單的幾個操作和設定就可以實現最常用的歷史曲線、報表、報警、各種動畫等，相比較高級的編程工具VB、VC容易了很多。

l 自由的組網方式    圍繞著組態軟件，可以根據工程需要，輕松構建所需的網絡，實現真正的分布式結構，網絡間的傳輸介質也多種多樣。

l 低成本    一方面，組態軟件通常可以運行在Windows環境下，一臺PC機，或者工控機都可以運行組態軟件，無論是組態軟件本身，還是整體控制系統，其成本都相對較低。

l 較高的開發效率    由于組態軟件本身是個半成品，很多底層的通訊控制等操作都已被封裝起來，所以用戶在此平臺上做進一步開發就輕松很多，可以節省大量時間，進一步降低了成本。

l 應用范圍廣泛     無論是用于工廠的整體監控，還是配套現場設備，組態軟件的使用環境可大可小，多套組態軟件可以形成低成本分布式的監控系統，而單套軟件也可以單獨配套現場設備，起到上位機的作用，可以記錄歷史數據，提供美觀的人機界面，提升了產品的科技含量，形成軟硬一體的解決方案。

l 多樣的數據接口   組態軟件可以將采集的歷史數據保存到本地或者遠程服務器上的實時數據庫中，也可以將原始數據或者統計值等數據保存到各種關系數據庫中，比如Oracle、Sqlsever等。通過組態軟件的數據平臺，現場數據可以輕松傳到更高一層的軟件系統中，比如ERP系統等，方便了用戶的操作和管理。

l 豐富的控制功能    組態軟件通常都支持功能豐富易用的腳本控制，紫金橋組態軟件中可以設置窗口腳本、應用腳本、數據刷新腳本、數據庫腳本、對象腳本等，同時提供了近千個腳本函數，靈活準確的使用腳本和其函數，可以輕松實現各種復雜的控制流程。當前的組態軟件同時也提供了批次處理、配方等工具，進一步的方便了用戶的使用。

由于組態軟件運行在PC機上，受各種條件的制約，其控制精度有時還達不到毫秒級，通常可以精確到幾十毫秒，可以滿足絕大多數的控制場合。與DCS系統相比較，組態軟件出現較晚，而且本身不包含硬件系統，在一些特殊場合下的控制，比如PID控制等方面做得還不夠。兩者應用的范圍也不同，前者主要用于大型控制系統的監控，而后者應用范圍日漸廣泛，小到監控一臺設備，大到一個成千上萬數據點的監控，做一個不是很恰當的比喻，DCS相當于一個大型的計算機，具有其專有的軟硬件設備，而組態軟件相當于一臺PC機，更小而更為靈活通用，多臺PC機又能構成一個分布式網絡。紫金橋監控軟件曾成功地應用于大慶天然氣監控系統，該系統高達4萬余個監控點。

圖5 組態軟件操作平臺

    雖然組態軟件本身還有很多的局限性，但是隨著時間的推移和技術的發展，其也在不斷的進步，提供的功能更豐富，整體性能更穩定，使用會更便捷，應用會更廣泛。無論是離散控制還是連續控制，組態軟件都可以勝任。可以預言，以組態軟件為控制平臺，結合PLC、智能儀表或數采模塊或板卡等硬件設備的控制系統，展現了一種新型的工控模式，這種小型化、分布式、低成本、高靈活性和高開發效率的方式，會得到快速的發展，日漸得到大家的認可，將在工控領域中將占有重要的地位。

[參考文獻]

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《PLC電氣控制與組態設計》作者：周美蘭 周封 王岳宇 科學出版社  2003年8月

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