工業(yè)自誕生之時，就離不開對于各種能影響或體現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的監(jiān)測和控制。按照工業(yè)生產(chǎn)變量時間和幅度的連續(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，進而產(chǎn)生了以數(shù)字技術和微處理器為核心的PLC（Programmable Logic Controller），其發(fā)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(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，技術上也更為復雜。從初期的機械控制器到基地式儀表，進而發(fā)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(tǒng)DCS（Distributed Control System）的產(chǎn)生。DCS本身也是儀表控制系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)的結(jié)合體，其發(fā)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(fā)展，現(xiàn)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(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，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(xù)的模擬量而言相對薄弱，而且PLC本身的存儲數(shù)據(jù)能力較低，人機界面相對不夠直觀；DCS系統(tǒng)成本較高，各個廠家的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)場信息，進行信息處理，將處理結(jié)果反饋到現(xiàn)場控制中，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)展深受計算機技術的影響，從1958年9月，美國投入使用第一臺用于現(xiàn)場監(jiān)控的計算機以來，計算機已經(jīng)深深的融入到工業(yè)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(jiān)控系統(tǒng)（PC Based）的應用也日益廣泛，其典型代表是組態(tài)軟件（SCADA   Supervisory Control And Data Acquisition）的出現(xiàn)。

二十世紀八十年代，伴隨著計算機的發(fā)展，出現(xiàn)了最早的組態(tài)軟件，至今已經(jīng)涌現(xiàn)了相當數(shù)量的組態(tài)軟件產(chǎn)品：iFix，InTouch，Wincc等，國內(nèi)也出現(xiàn)了性價比很高的軟件：組態(tài)王、紫金橋等。從最初的Dos環(huán)境，到Windows，從簡單的監(jiān)控到各種復雜的控制，組態(tài)軟件功能日益強大。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)場設備通過各種IO接口，將數(shù)據(jù)傳送到實時數(shù)據(jù)庫，實時數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫，進而通過數(shù)據(jù)庫下置到現(xiàn)場設備中。在這種架構(gòu)中相對于用戶，其不必了解實時數(shù)據(jù)庫是如何和不同的現(xiàn)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(tài)軟件起到了操作平臺的作用，屏蔽了用戶和現(xiàn)場設備的直接關聯(lián)，相當于計算機中“操作系統(tǒng)”，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(tǒng)進行對話即可。

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定自動的控制現(xiàn)場設備的運行。也可以將多套組態(tài)軟件組合成一個分布式的網(wǎng)絡構(gòu)架，先將現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集到單套組態(tài)軟件中，此時該組態(tài)軟件一方面依據(jù)需求可以監(jiān)控本地的設備，另一方面起到采集服務器的作用，可以將數(shù)據(jù)傳送到充當服務器的組態(tài)軟件或?qū)崟r數(shù)據(jù)庫中，做進一步的匯總處理，具體構(gòu)架圖如圖3所示：

圖3 組態(tài)軟件網(wǎng)絡構(gòu)架

     相對于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：

l 高度開放的接口    相對于各個硬件廠家所推的監(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的驅(qū)動，關聯(lián)該設備，進而監(jiān)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(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 快速的界面設定    通過組態(tài)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(xiàn)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(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，實現(xiàn)真正的分布式結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡間的傳輸介質(zhì)也多種多樣。

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

l 較高的開發(fā)效率    由于組態(tài)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(fā)就輕松很多，可以節(jié)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(jiān)控，還是配套現(xiàn)場設備，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配套現(xiàn)場設備，起到上位機的作用，可以記錄歷史數(shù)據(jù)，提供美觀的人機界面，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)保存到本地或者遠程服務器上的實時數(shù)據(jù)庫中，也可以將原始數(shù)據(jù)或者統(tǒng)計值等數(shù)據(jù)保存到各種關系數(shù)據(jù)庫中，比如Oracle、Sqlsever等。通過組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)平臺，現(xiàn)場數(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)軟件中可以設置窗口腳本、應用腳本、數(shù)據(jù)刷新腳本、數(shù)據(jù)庫腳本、對象腳本等，同時提供了近千個腳本函數(shù)，靈活準確的使用腳本和其函數(shù)，可以輕松實現(xiàn)各種復雜的控制流程。當前的組態(tài)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(tài)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(shù)的控制場合。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(tǒng)的監(jiān)控，而后者應用范圍日漸廣泛，小到監(jiān)控一臺設備，大到一個成千上萬數(shù)據(jù)點的監(jiān)控，做一個不是很恰當?shù)谋扔鳎珼CS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(tài)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(gòu)成一個分布式網(wǎng)絡。紫金橋監(jiān)控軟件曾成功地應用于大慶天然氣監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)高達4萬余個監(jiān)控點。

圖5 組態(tài)軟件操作平臺

    雖然組態(tài)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(fā)展，其也在不斷的進步，提供的功能更豐富，整體性能更穩(wěn)定，使用會更便捷，應用會更廣泛。無論是離散控制還是連續(xù)控制，組態(tài)軟件都可以勝任。可以預言，以組態(tài)軟件為控制平臺，結(jié)合PLC、智能儀表或數(shù)采模塊或板卡等硬件設備的控制系統(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，會得到快速的發(fā)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(tài)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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