组态软件的现状、特点和功能
组态软件的现状、特点和功能
一、引语
随着工业自动化水平的发展和计算机在工业领域的广泛应用人们对工业自动化的要求越来越高。尤其还是计算机技术保持了较快的发展速度，各种软硬件技术的发展。组态软件正是在这个环境下发展起来的。本文介绍了主要组态软件的现状，特点和其强大的功，并进行了一定的比较分析。。
二、概述
新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，其具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等鲜明优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。
其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且常在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。监控层的硬件以工业级的微型计算机和工作站为主，目前更趋向于工业微机。
组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预设臵的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和
I/O设备，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。目前世界上有不少专业厂商包括专业软件公司和硬件/系统厂商生产和提供各种组态软件产品。
三、组态软件的现状
目前中国市场上的组态软件产品按厂商划分大致可以分为三类，即国外专业软件厂商提供的产品，国内外硬件或系统厂商提供的产品，以及国内自行开发的国产化产品。
从近几年的调查结果来看，国内组态软件市场大部分份额仍被国外几家组态软件占据，如：FIX、Intouch等[1]。而这些“洋软件”除了在功能完备性、产
品包装、市场推广等方面具有一定优势外，并非所有方面尽善尽美。
美国Wonderware公司的InTouch。
INTOUCH堪称组态软件的“鼻祖”，率先推出的16位Windows环境下的组态软件，在国际上曾得到较高的市场占有率。InTouch在中国采用代理制，1995
年底变换代理后，在中国市场推出了低价小软件包，并结合较强的广告宣传攻势，产生了很大的影响，销售量上升很快。InTouch软件的图形功能比较丰富，使用较方便，但控制功能较弱。其I/O硬件驱动丰富，只是使用DDE连接方式，实时性较差；另外驱动程序须单独购买。它的5.6版（16位）很稳定，在中国市场也普遍受到好评。7.0版（32位）在网络和数据管理方面有所加强，并实现了所谓的实时关系数据库,其实只是在SQL Server上增加了数据传输插件而已。在32位Windows环境下，InTouch已受到其他产品的猛烈冲击。InTouch软件小系统软件包价格比较适中，大系统软件包比较贵。
美国Intellution公司的FIX。
FIX产品在中国市场也由来已久，1993年Intellution公司就曾到中国参加过展览会（当时专门的组态软件厂商直接在中国参展还不多见）[2]，但其在中国的销售渠道比较混乱。1995年Intellution被爱默生集团收购后，现通过日本分公司的大中国区进入中国，在北京、上海直接成立办事处，新发展了几家代理。FIX产品系列较全，包括DOS版，16位Windows版，32位Windows版，OS/2版和其他一些版本，功能较Intouch强，但实时性仍欠缺，总体技术一般。其
I/O硬件驱动丰富，只是驱动程序也需单独购买。最新推出的iFIX，是全新模式的组态软件,思想和体系结构都比较新，提供的功能也较为完整[3]。但也许过于“庞大”和“臃肿”，对系统资源耗费巨大,用户最为明显的感受就是“缓慢”，提供的许多“大而全”的功能对于中国用户也并不适用。而且经常受Windows
操作系统影响而导致不稳定。
澳大利亚CIT公司的CITECH。
CITECH是组态软件中的后起之秀，在世界范围内扩展得很快，近年来CIT 公司在中国基本采用直销方式，建有办事处，并聘用一定数量的本地人才直接进行市场销售、技术支持乃至项目开发。CITECH产品包括16位和32位Windows 版，它的计算机味道很浓,与其他软件有很多不同的地方[4],使用的方便性和图
形功能不及INTOUCH。界面部分很漂亮，很吸引人。版本升级不是很快,一直没有很大的体系改变。其控制算法比较好，I/O硬件驱动相对比较少，但大部分驱动程序可随软件包提供给用户。CITECH的价格略低于INTOUCH和FIX。
德国西门子公司的WINCC。
新版软件有了很大进步,但体系结构还是比较老的思想,在网络结构和数据管理方面要比IFIX差,但也属于比较先进的产品之一。西门子似乎仅是想把这个产品当作其硬件的陪衬，对第三方硬件的支持也不热衷[5]，若选用西门子硬件,能免费得到WINCC,所以对于使用其他硬件的用户,不是个好选择。
美国T.A.Engineering公司的AIMAX。
AIMAX也提供了16位和32位Windows下的不同版本。其3.5版（16位）在国内曾形成一批用户。AIMAX的图形组态方式比较直观，提供的功能较少，给人总的感觉档次不是很高。
中国市场常见的其他国外专业软件公司的组态软件产品还有原美国Heuristics公司的ONSOPEC，原美国Intec Control公司的PARAGON，美国Iconics 公司的Genesis，以色列PC SOFT公司的WIZCON以及美国U.S.Data公司的Factory Link等。然而这些产品或因其厂商的合并、重组改制、或不景气，或不愿在中国市场做大的投入或未能寻找到合适的市场合用伙伴，或因技术性能落后等原因，有些尽管也曾在中国市场流行一阵，但终究未成大气候，或尚未形成气候，目前所占有的市场份额相对都比较小。
近年来一些国外著名硬件或系统厂商亦推出了日趋成熟的组态软件产品，如美国GE公司的Cimplicity，美国AB公司（Rockwell自动化）的RSView。这些组态软件，已一改过去仅为其本身硬件配套的OEM形式或面孔，通过大力加强对其他硬件产品的驱动支持和软件内部的各种功能，而发展成为专业化的通用组态软件。如美国GE公司成立了近百人的专门软件部门，已将其Cimplicity开发成为通用组态软件产品，尤其加强了服务器及网络冗余和管理层方面的功能，适应了潮流，加之随软件提供各种驱动程序，在国际市场上也获得了一定的市场份额。但CIMPLICITY也好，RSVIEW也罢，都不算有很突出的特点,版本升级也太慢。
国产化的组态软件产品也正在成为市场上的一支生力军，近年来已有一定影响力的产品有组态王、SYNALL、MCGS、天工、ControlX、虎翼、力控等[6]。
国内有不少单位，如一些高校、研究所、公司，甚至一些个人正在积极地搞组态软件产品的开发。国产化的组态软件具有较强的价格竞争优势，但总的来讲，由于资金来源缺乏，软件工程的组织薄弱，因此软件商品化的程度还比较差。目前国产化组态软件主要使用于一些小型的非重要性的项目应用中。
下面列举并介绍了一些有代表性的国内组态软件。
北京亚控公司的组态王。
组态王是国内较早出现的组态软件产品之一，至今也有5年左右的历史了。早期的组态王仿造INTOUCH,只是个人机接口，到了5.1版本，在数据管理和开放性方面有了一些改进。但体系结构却没有实质性地突破。有可能还没有摆脱早期形成的不合理的程序构架。其网络功能较为薄弱，支持不了真正意义上的分布式系统。6系列版本的结构从广告宣传上看应该很不错。
MCGS
思想比较独特的产品,属于很另类的产品,有很多特殊的概念和使用方式,大多数使用过其他组态软件的人都会感觉有些不惯。据说早期的版本是用VB开发的。传闻公司经常出现经营管理上的问题,据传1年换了2家投资方。
SYNALL。
独特的产品,但使用起来有点别扭,网络方面有独到之处，缺点是效率和稳定性还有待提高。
哈尔滨华富公司的controX2000。
比较新的组态软件,尚未听说有关业绩的报导，产品体系结构很新,非常像iFIX的体系结构,界面漂亮,使用起来也比较方便,有许多自己的特色。但从它DEMO版运行效果来看，执行代码的运行效率不是很高，特别是图形处理环节，似乎有些缺陷。DEMO运行也不十分稳定，运行其演示应用程序就能导致“死机”。用一些分析工具观察其执行的结构，感觉其程序结构设计不十分合理，代码重用率低，不像是多人协同开发的成果。已经打了很久的广告,却一直未能看到一个商品化的产品。
大庆三维公司的ForceControl（力控）
从时间概念上来说，力控也是国内较早就已出现的组态软件之一。只是因为早期力控一直没有作为正式商品广泛推广，所以并不为大多数人所知。大约在
93年左右，力控就已形成了他的第一个版本，只是那时他还是一个基于DOS和VMS的版本。后来随着Windows 3.1的流行，又开发出了16位Windows版的力控。但直至Windows95版本的力控诞生之前，他主要被用于公司内部的一些工程项目。32位Windows下的1.0版的力控，在体系结构上就已经具备了较为明显的先进性，其最大的特征之一就是其基于真正意义的分布式实时数据库的三层结构，而且其实时数据库结构为可组态的“活结构”。这些特点显然是受了如Apecs、InfoPlus等先进的大型控制软件的影响。但1.0版的力控尚存在明显的不足，如：I/O驱较少，界面和产品包装不够美观等。在1999到2000年期间，力控得到了长足的发展，最新推出的2.0版在功能的丰富性、易用性、开放性和I/O
驱动数量，都得到了很大的提高。在很多环节的设计上，力控都能从国内用户的角度出发，既注重实用性，又不失大软件的风范。另外，公司在产品的培训、用户技术支持等方面投入了较大人力，相信在较短的时间内，力控软件产品将在工控软件界形成巨大冲击。
值得注意的是，虽然目前进入市场的组态软件仅有一二十个主要品牌，但有能力进入组态软件市场的公司估计在几十个。其中硬件厂商的组态软件产品目前在中国市场占有的份额也不容忽视，它们不但在对本公司硬件产品的集成配套方面具有优势，而且正在打入与其他厂家硬件产品集成的市场。一些原DCS的系统厂商，如Rosemount,Honeywell等公司也陆续推出了新型的、更开放的控制系统以及现场总线产品，并配以“开放的”组态软件。其中国内已有一定规模软件同时有能力（包括技术实力、资金实力）快速进入组态软件市场的不会少于十家。如几大国内DCS系统商：浙大中控、北京和利时、浙江威胜、北京金穗等；另外几大电力系统商：南京南瑞、山东大学积成电子、山东烟台东方电子，四川联合大学等；其它大型系统集成商：清华同方、清华紫光、天津仪表等。由于这些公司均有很强的技术实力和丰富的工程经验、业绩，市场影响力和认同程度较高，不少公司均有上市公司的背景，资金充足，一旦组态软件市场进入高利润的成熟销售期，这些公司估计会对组态软件市场有一定的响应。这些公司的软件虽然是整个控制系统的配套软件，但都接近通用组态软件，不用付出太大的代价就可以进入市场，因此应该说这些公司是组态软件商第一梯队最大的潜在竞争者。从目前来看，这些组态软件的开放性还主要是面对管理层，对下面的控制一般仍只针
对本公司产品，因此不能称为通用组态软件，这些专门的组态软件都有很强的仪控特色，且价格不菲。
四、组态软件的特点
⑴延续性和可扩充性。用通用组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级；
⑵封装性（易学易用），通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能；
⑶通用性，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的I/O Driver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。
五、组态软件的功能
（1）强大的界面显示组态功能。目前，工控组态软件大都运行于Windows 环境下，充分利用Windows的图形功能完善界面美观的特点，可视化的m风格界面、丰富的工具栏，操作人员可以直接进人开发状态，节省时间。丰富的图形控制和工况图库，既提供所需的组件，又是界面制作向导。提供给用户丰富的作图工具，可随心所欲地绘制出各种工业界面，并可任意编辑，从而将开发人员从繁重的界面设计中解放出来，丰富的动画连接方式，如隐含、闪烁、移动等等，使界面生动、直观。
（2）良好的开放性。社会化的大生产，使得系统构成的全部软硬仵不可能出自一家公司的产品，“异构”是当今控制系统的主要特点之一。开放性是指组态软件能与多种通信协议互联，支持多种硬件设计。开放性是衡量一个组态软件好坏的重要指标。组态软件向下应能与低层的数据采集设备通信，向上能与管理层通信，实现上位机与下位机的双向通信。
(3)丰富的功能模块。提供丰富的控制功能库，满足用户的测控要求和现场要求。利用各种功能模块，完成实时监控产生功能报表示历史曲线、实时曲线、提侠报警等功能，使系统具有良好的人机界面，易于操作，系统既叫适用于单机
集中式控制、DCS分布式控制，也可以是远程能力的远程测控系统．（4）强大的数据库。配有实时数据库，可存储各种数据，如模拟量、离散童、字符型等，实现与外部设备的数据交换。
（5）可编程的命令语言。有可编程的命令语言，使用户可根据自己的需要编写程序，增强图形界面[7]。
（6）周密的系统安全防范，对不同的操作者，赋予不同的操作权眼，保证整个系统的安全可靠运行。
（7）仿真功能．提供强大的仿真功能使系统并行设计，从而缩短开发周期。
六、比较分析
以MCGS为例，其功能和特点：
1. 全中文、可视化、面向窗口的组态开发界面，符合中国人的使用习惯和要求，真正的32位程序，可运行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统。
2. 庞大的标准图形库、完备的绘图工具集以及丰富的多媒体支持，使您能够快速地开发出集图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面。
3. 全新的ActiveX动画构件，包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、通用棒图等，使您能够更方便、更灵活地处理、显示生产数据。
4. 支持目前绝大多数硬件设备，同时可以方便地定制各种设备驱动；此外，独特的组态环境调试功能与灵活的设备操作命令相结合，使硬件设备与软件系统间的配合天衣无缝[8]。
5. 简单易学的类Basic脚本语言与丰富的MCGS策略构件，使您能够轻而易举地开发出复杂的流程控制系统。
6. 强大的数据处理功能，能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理，使您能够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据。
7. 方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以及灵活的报警处理函数，使您能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警信息。
8．完善的安全机制，允许用户自由设定菜单、按钮及退出系统的操作权限。此外，MCGS 5.1还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能，以保护组态开发者的成果。
9. 强大的网络功能，支持TCP/IP、Modem、485/422/232，以及各种无线网络和无线电台等多种网络体系结构。
10. 良好的可扩充性，可通过OPC、DDE、ODBC、ActiveX等机制，方便地扩展MCGS 5.1组态软件的功能，并与其他组态软件、MIS系统或自行开发的软件进行连接。
提供了WWW浏览功能，能够方便地实现生产现场控制与企业管理的集成。在整个企业范围内，只使用IE浏览器就可以在任意一台计算机上方便地浏览到与生产现场一致的动画画面，实时和历史的生产信息，包括历史趋势，生产报表等等，并提供完善的用户权限控制。
以组态王为例：
组态王kingview6.52是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，面向低端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，集成了对亚控科技自主研发的工业实时数据库（KingHistorian）的支持，可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使企业能够及时有效地获取信息，及时地做出反应，以获得最优化的结果。
组态王kingview6.52保持了其早期版本功能强大、运行稳定且使用方便的特点，并根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充。组态王kingview6.52提供了丰富的、简捷易用的配置界面，提供了大量的图形元素和图库精灵，同时也为用户创建图库精灵提供了简单易用的接口；该款产品的历史曲线、报表及web发布功能进行了大幅提升与改进，软件的功能性和可用性有了很大的提高。
组态王6.52在保留了原报表所有功能的基础上新增了报表向导功能，能够以组态王的历史库或KingHistorian为数据源，快速建立所需的班报表、日报表、周报表、月报表、季报表和年报表。此外，还可以实现值的行列统计功能。
组态王6.52在web发布方面取得新的突破，全新版的Web发布可以实现画面发布，数据发布和OCX控件发布，同时保留了组态王Web的所有功能：IE浏览客户端可以获得与组态王运行系统相同的监控画面，IE客户端与Web服务器保持高效的数据同步，通过网络您可以在任何地方获得与Web服务器上相同的画
面和数据显示、报表显示、报警显示等，同时可以方便快捷的向工业现场发布控制命令，实现实时控制的功能。
组态王kingview6.52集成了对KingHistorian的支持，且支持数据同时存储到组态王历史库和工业库，极大地提高了组态王的数据存储能力，能够更好地满足大点数用户对存储容量和存储速度的要求。KingHistorian是亚控最新近推出的独立开发的工业数据库。具有单个服务器支持高达100万点、256个并发客户同时存储和检索数据、每秒检索单个变量超过20,000 条记录的强大功能。能够更好地满足高端客户对存储速度和存储容量的要求，完全满足了客户实时查看和检索历史运行数据的要求。
七、结论
通过学习组态软件的相关知识让我更加了解组态软件特别是组态王的强大功能和广泛运用也了解了组态王的深层知识，懂得了组态王的本质实际是C语言以及商业化的程序包加上现成的硬件，这个对于快速组建测试仪器来说是很方便的，但是如果考虑成本和体积，以及长期运行系统的坚固，组态王作为工业系统运行系统也是比较实用的选择。在例如告警和历史记录等有其独特的作用，而在工控监控上他也是最好的选择。
参考文献
[1]张玉华，组态软件中控制算法的应用及研究，河海大学硕士论文，2004年
[2]章晓林，MCGS组态软件在密地选矿厂磨矿分级自动化中的应用，昆明理工大学硕士论文，2004年
[3]岳萍，新型DCS组态软件脚本系统的研究与开发，山东大学硕士论文，2008年
[4]赵礼兵，MCGS组态软件在密地选钛厂浮选加药控制系统中的应用，昆明理工大学硕士论文，2005年
[5]李帆，先进控制系统组态软件的开发及其应用，中国石油大学硕士论文，2009年
[6]周旭，现场总线控制系统组态软件的研究，山东大学硕士论文，2006年
[7]王凯，组态软件的设计与开发，北京邮电大学硕士论文，2013年
[8]马强，组态软件与PROFIBUS-DP的接口编程，华北电力大学（北京）硕士论文，2003年