组态软件正逐渐成为协作生产制造过程中不同阶段的核心系统,组态软件作为全厂范围内信息收集和集成的工具,这就要求组态软件大量采用“标准化技术”。组态软件逐渐演变为软件平台,在软件功能不能满足用户特殊需要时,用户可以根据自己的需要进行二次开发。组态软件采用标准化技术还便于将局部的功能进行互连,甚至不同组态软件间也能相互复用。
(2)构造全厂信息平台
如何使实时历史数据能够进入企业信息管理系统,是现代信息工厂迫在眉睫的需求。随着大型数据库技术的日益成熟,全球主要的自动化厂商已经开发了相关平台,使组态软件向着生产制造和管理信息系统的方向发展。组态软件已经成为构造全厂信息平台的承上启下的重要组成部分。在未来企业的信化进程中,组态软件将成为中间件。
(3)瘦客户技术
组态软件正在从单机向客户服务器方向发展,使得通过Internet观察和控制生产过程的需求成为可能并且急剧增长。瘦客户技术使得用户可以在企业的任何地方都可以方便的获取信息。而且,在企业人才和资源比较缺乏的情况下,使用瘦客户技术只需要对服务器端进行维护升级,可以使系统安装和维护费用大幅度降低。
(4)兼容多种操作平台
预装了WinCE的平板电脑在价格上、功能上、可靠性上都要比传统的工控机现出巨大的优势,尤其在一些控制要求相对简单且需要人机界面的场合,平板电脑大有取代工控机的趋势。目前的嵌入式开发主要是基于DOS和各种实时多任务操作系统,大多应用在一些场合特殊的设备上,随着现代制造业的发展,对这些特殊设备的控制也提出了更多的要求。因此,为嵌入式系统量身定制微型化的人机界面软件时组态软件新的发展方向。
(5)软硬件整体解决方案
“一站式购买”是现在一种比较成功的商业模式。在工控行业就是软硬件整体解决方案。西门子、GE、Rockwell是传统的PLC提供商,但短短几年时间,他们都在HMI市场获得巨大成功,像西门子的WinCC更是超越众多老牌的产品成为世界第二。
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Wonderware在被英国Invensys并购,Intellution在被爱默生电气并购,这都是软硬件整体解决方案的最好例证。因此,组态软件厂商与硬件厂商合作,为用户提供软硬件整体解决方案将是未来组态软件发展的趋势之一。
(6)大规模定制
全球组态软件厂商大多基于微软的Windows平台形成巨大的差距,不可能产生垄断性的核心技术,技术也类似,产品功能上难以即决定性的技术优势已经难以建立。因此,个性化方案和服务在竞争中日益重要。随着现代工业“小批量、多品种”特征的形成,今后的组态软件将朝着针对特殊行业和生产过程的大规模定制方向发展。即用特殊定制的产品来代替标准化的产品。
(7)以客户为导向的软件设计
如何站在客户的角度来设计软件是所有组态软件厂商都应面对的挑战,组态软件涉及从控制、人机界面到生产管理的多个层次,相应存在着多个模块,既能保证不同模块的一致性,又能有效的减少用户学习的时间。相同的数据结构便于更好的集成,具有更好的兼容性。
(8)成为全球供应商
WTO将给国内的自动化厂商带来深刻的影响,一方面国门对外打开,另一方面,国外的市场对国内的自动化厂商也已打开。因为目前中国的市场份额只占全球的3%,所以成为全球组态软件供应商对于国内组态软件公司的发展至关重要。另外,国内越来越多的系统集成商和设备制造商在未来可能成为世界级的公司,他们的产品向全球销售时,他们更需要世界级的软件厂商向他们提供产品和服务,这对国内的组态软件生产商是一个很好的发展机遇。
3.4 组态王的特点
组态王软件是在流行的PC机上建立工业控制对象人机接口的一种智能软件包,它以WINDOWS中文操作系统作为其操作平台,充分利用了WINDOWS图形功能完备,界面一致性好,易学易用的特点。它使采用PC机开发的系统工程比以往专用机
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开发的工业控制系统更有通用性,大大减少了工控软件开发者的重复性工作,并可运
用PC机丰富的软件资源进行二次开发。
组态王完全基于网络的概念,支持真正客户——服务器模式和 Internet/Intranet浏览技术,并且是一种可伸缩的柔性结构,根据网络规模大小,可以将不同站点设计成I/O服务器、报警服务器、数据服务器、登录服务器、校时服务器、客户机等,在系统扩展和变化时,有着极大的灵活性。组态王设计成冗余结构,在五个层面上提供了冗余:I/O通道冗余、双设备冗余、双网冗余、双机冗余、双系统冗余。
组态王设计成一个完全意义上的软件平台,允许用户进行功能扩展和发挥,它是一个ActiveX容器,无须编程即可将第三方控件直接连入组态王中;组态王不仅是OPC客户,还是OPC服务器,可向任意支持OPC客户的软件提供数据;组态王中的报警信息可直接输出到带ODBC接口的数据库中,像Access,SQLServer等;并且还提供了一套动态连接库,允许用户用VB,VC直接访问组态王的数据库,构筑功能更加强大的工控系统。
组态王设计了报表系统和图库系统。可与Excel相媲美的内嵌式报表,功能强大,使用方便;所有图库全部更新,具有动态改变图形外观的动画精灵;图形系统增加了无限色和过过渡色;通讯系统中增加在线连接、故障诊断、远程拨号以及许多实用的辅助工具。组态王已达到或超过国外高档进口软件几乎所有的功能,而且在许多方面更加适合中国用户的特点和需求。如累计算法、多段线性化、内嵌式报表、远程拨号、动画连接向导、特殊动画效果等。
3.5 组态王的主要功能
1、基本的人机界面功能组态王作为一种应用软件,有很好的人机界面,为用户提供了丰富的快速应用设计的工具,便利的集成开发环境。
2、强大的通讯功能
组态王把每一台与之通讯的设备看作是外部设备,目前能连接PLC,智能仪表、板卡、模块、变频器等几百种外部设备。为实现和外部设备的通讯,组态王内置了大量设备的驱动作为组态王与外部设备的通讯接口。如图3-1所示,在运行期间,组态
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王就可以通过驱动接口和外部设备交换数据,包括采集数据和发送数据指令。
组态王 动画显示线程 COM组件 设备驱动 甲 模块
数据采集线程 设备驱动 乙 PLC
历史记录线程 设备驱动 丙 智能仪表
其他线程 设备驱动 丁 其他设备
计算机 外部设备
图3-1 通信结构图
组态王的大部分驱动程序采用组件(COM)技术,这种方式使驱动和组态王构成一个完整的系统,既保证了运行系统的高效率,也使系统有很强的扩展性。
组态王与I/O设备之间的数据交换采用以下五种方式:串行通讯方式、DDE方式、板卡方式、网络节点方式、人机接口卡方式。
1)串行通讯方式
这是组态王与I/O设备之间最常用的一种数据交换方式。串行通讯方式使用“组态王计算机”的串口,I/O设备通过RS-232串行通讯电缆连接到“组态王计算机”的串口。可能同时与多个I/O设备通讯。组态王最多可与32个串口设备相连。
2)DDE方式
DDE(动态数据交换)是Windows的一个标准的传输协议。通过DDE方式任何I/O设备都可以与“组态王计算机”进行数据交换。在此方式下,DDE服务程序可以采用自己方式与I/O设备进行数据交换,DDE服务程序与“组态王”采用标准DDE协议进行通讯。
3)板卡方式
板卡类设备直接插在“组态王计算机”的扩展槽内,“组态王计算机”通过访问
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板卡的I/O地址直接与其进行数据交换。
4)网络节点方式
I/O设备作为一个网络节点与“组态王计算机”进行数据交换。I/O设备与“组态王计算机”之间通过TCP/IP的网络连接。采用此方式的I/O设备多数为其它计算机。
5)人机接口卡方式
一些厂家的可编程控制器(PLC)在与计算机进行数据交换时,要求在计算机中安装一个特殊的人机接口的板卡,板卡与可编程控制器(PLC)之间采用专门的通讯协议进行通讯。“组态王计算机”通过人机接口卡实现与I/O设备之间的数据交换。人机接口卡和连接电缆由PLC生产厂家提供。使用人机接口卡可以与一个PLC连接,也可以与一个PLC的网络连接。
此外,组态王还提供驱动程序开发软件包,用户可使用此软件包编制自己系统所需的驱动程序。
3、高效的数据采集
组态王对通讯程序做了多种优化处理,尽量使通讯瓶颈对系统的影响最小,同时保证数据传递的及时和准确。其优化措施包括:
1)需求驱动的通讯方式
组态王对全部通讯过程采取动态管理的方法,只有在数据被上位机需要时进行采集。对于那些不需要更新的数据则尽可能减少通讯,大大缓解速率慢的矛盾。
2)需求合并
组态王把对一个设备的多种请求(动画显示、历史数据记录、报表生成等)尽可能的合并,一次采集将满足多个功能模块的需求。
3)打包处理大多数的下位机都支持多个数据一次采集完成
组态王充分利用了这个特性,对于提供这种通讯功能的下位机,组态王将尽可能地把需要采集的变量进行优化组合,在一次采集过程中得到大量有效数据,有效减少了通讯的次数。
4、故障诊断与恢复
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