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組態軟件的發展趨勢

自2000年以來,國內監控組態軟件產品、技術、市場都取得了飛快的發展,應用領域日益拓展,用戶和應用工程師數量不斷增多。充分體現了“工業技術民用化”的發展趨勢。

監控組態軟件是工業應用軟件的重要組成部分,其發展受到很多因素的制約,歸根結底,是應用的帶動對其發展起著最為關鍵的推動作用。

關於新技術的不斷湧現和快速發展對監控組態軟件會產生何種影響,有人認為隨著技術的發展,通用組態軟件會退出市場,例如有的自動化裝置直接內嵌“Web Server”實時畫面供中控室操作人員訪問。

作者並不這樣認為。用戶要求的多樣化,決定了不可能有哪壹種產品囊括全部用戶的所有的畫面要求,最終用戶對監控系統人機界面的需求不可能固定為單壹的模式,因此最終用戶的監控系統是始終需要“組態”和“定制”的。這就是監控組態軟件不可能退出市場的主要原因,因為需求是存在且不斷增長的。

監控組態軟件是在信息化社會的大背景下,隨著工業IT技術的不斷發展而誕生、發展起來的。在整個工業自動化軟件大家庭中,監控組態軟件屬於基礎型工具平臺。監控組態軟件給工業自動化、信息化、及社會信息化帶來的影響是深遠的,它帶動著整個社會生產、生活方式的變化,這種變化仍在繼續發展。因此組態軟件作為新生事物尚處於高速發展時期,目前還沒有專門的研究機構就它的理論與實踐進行研究、總結和探討,更沒有形成獨立、專門的理論研究機構。

近5年來,壹些與監控組態軟件密切相關的技術如OPC、OPC-XML、現場總線等技術也取得了飛速的發展,是監控組態軟件發展的有力支撐。 7.2.1 監控組態軟件日益成為自動化硬件廠商爭奪的重點

整個自動化系統中,軟件所占比重逐漸提高,雖然組態軟件只是其中壹部分,但因其滲透能力強、擴展性強,近年來蠶食了很多專用軟件的市場。因此,監控組態軟件具有很高的產業關聯度,是自動化系統進入高端應用、擴大市場占有率的重要橋梁。在這種思路的驅使下,西門子的WinCC在市場上取得巨大成功。目前,國際知名的工業自動化廠商如Rockwell、GE Fanuc、Honeywell、西門子、ABB、施耐德、英維思等均開發了自己的組態軟件。

監控組態軟件在DCS操作站軟件中所占比重日益提高

繼FOXBORO之後,Euro therm(歐陸)、Delta V、PCS7等DCS系統紛紛使用通用監控組態軟件作為操作站。同時,國內的DCS廠家也開始嘗試使用監控組態軟件作為操作站。

在大學和科研機構,越來越多的人開始從事監控組態軟件的相關技術研究

從國內自動化行業學術期刊來看,以組態軟件及與其密切相關的新技術為核心的研究課題呈上升趨勢,眾多研究人員的存在,是組態軟件技術發展及創新的重要活躍因素,也壹定能夠積累很多技術成果。無論是技術成果還是研究人員,都會遵循金字塔的規律,由基礎向高端形成過渡。這些研究人員和他們的研究成果為監控組態軟件廠商開發新產品提供了有益的經驗借鑒,並開拓他們的思路。

基於Linux 的監控組態軟件及相關技術正在迅速發展之中,很多廠商都相繼推出成熟的商品,對組態軟件業的格局將產生深遠的影響。

7.2.2 集成化、定制化

從軟件規模上看,大多數監控組態軟件的代碼規模超過100萬行,已經不屬於小型軟件的範疇了。從其功能來看,數據的加工與處理、數據管理、統計分析等功能越來越強。

監控組態軟件作為通用軟件平臺,具有很大的使用靈活性。但實際上很多用戶需要“傻瓜”式的應用軟件,即需要很少的定制工作量即可完成工程應用。為了既照顧“通用”又兼顧“專用”,監控組態軟件拓展了大量的組件,用於完成特定的功能,如批次管理、事故追憶、溫控曲線、油井示功圖組件、協議轉發組件、ODBCRouter、ADO曲線、專家報表、萬能報表組件、事件管理、GPRS透明傳輸組件等。

7.2.3縱向:功能向上、向下延伸

組態軟件處於監控系統的中間位置,向上、向下均具有比較完整的接口,因此對上、下應用系統的滲透能力也是組態軟件的壹種本能,具體表現為:

向上

其管理功能日漸強大,在實時數據庫及其管理系統的配合下,具有部分MIS、MES或調度功能。尤以報警管理與檢索、歷史數據檢索、操作日誌管理、復雜報表等功能較為常見。

向下

日益具備網絡管理(或節點管理)功能:在安裝有同壹種組態軟件的不同節點上,在設定完地址或計算機名稱後,互相間能夠自動訪問對方的數據庫。組態軟件的這壹功能,與OPC規範以及IEC61850規約、BACNet等現場總線的功能類似,反映出其網絡管理能力日趨完善的發展趨勢。

軟PLC、嵌入式控制等功能:除組態軟件直接配備軟PLC組件外,軟PLC組件還作為單獨產品與硬件壹起配套銷售,構成PAC控制器。這類軟PLC組件壹般都可運行於嵌入式Linux操作系統。

OPC服務軟件:OPC標準簡化了不同工業自動化設備之間的互聯通訊,無論在國際上還是國外,都已成為廣泛認可的互聯標準。而組態軟件同時具備OPC Server和OPC Client功能,如果將組態軟件豐富的設備驅動程序根據用戶需要打包為OPCServe單獨銷售,則既豐富了軟件產品種類又滿足了用戶的這方面需求,加拿大的Matrikon公司即以開發、銷售各種OPCServer軟件為主要業務,已經成為該領域的領導者。監控組態軟件廠商擁有大量的設備驅動程序,因此開展OPCSever軟件的定制開發具有得天獨厚的優勢。

工業通信協議網關:它是壹種特殊的Gateway,屬工業自動化領域的數據鏈產品。OPC標準適合計算機與工業I/O設備或桌面軟件之間的數據通訊,而工業通信協議網關適合在不同的工業I/O設備之間、計算機與I/O設備之間需要進行網段隔離、無人值守、數據保密性強等應用場合的協議轉換。市場上有專門從事工業通訊協議網關產品開發、銷售的廠商,如Woodhead、prolinx等,但是組態軟件廠商將其豐富的I/O驅動程序擴展壹個協議轉發模塊就變成了通訊網關,開發工作的風險和成本極小。Multi_OPCServer和通訊網關pFieldComm都是力控ForceControl組態軟件的衍生產品。

7.2.4橫向:監控、管理範圍及應用領域擴大

只要同時涉及實時數據通訊(無論是雙向還是單向)、實時動態圖形界面顯示、必要的數據處理、歷史數據存儲及顯示,就存在對組態軟件的潛在需求。

除了大家熟知的工業自動化領域,近幾年以下領域已經成為監控組態軟件的新增長點:

設備管理或資產管理(PAM,Plant Asset Management)。此類軟件的代表是艾默生公司的設備管理軟件AMS。據ARC機構預測,到2009年全球PAM的業務量將達到19億美元。PAM所包含的範圍很廣,其***同點是實時采集設備的運行狀態,累積設備的各種參數(如運行時間、檢修次數、負荷曲線等),及時發現設備隱患、預測設備壽命,提供設備檢修建議,對設備進行實時綜合診斷。

針對過程控制和自動化控制,美國ICONICS公司推出了註重設備故障檢測和診斷的分析管理軟件Facility AnalytiX,Facility AnalytiX®是壹個帶有預測功能的樓宇自動化解決方案,它以ICONICS先進的故障檢測和診斷(FDD)引擎作為核心。它的內部算法會權衡各種故障可能性,並據此建議管理者,操作人員和維修工采取措施以防設備故障發生或者產生能源浪費。當設備發生故障時,先進的軟件技術會自動提供壹個可能故障原因的分類列表,這樣就可以減少停機時間並降低故障診斷和故障恢復的成本。目前已經在美國電力和園區級樓宇項目得到廣泛的應用。

先進控制或優化控制系統。在工業自動化系統獲得普及以後,為提高控制質量和控制精度,很多用戶開始引進先進控制或優化控制系統。這些系統包括自適應控制、(多變量)預估控制、無模型控制器、魯棒控制、智能控制(專家系統、模糊控制、神經網絡等)、其他依據新控制理論而編寫的控制軟件等。這些控制軟件的常項是控制算法,使用監控組態軟件主要解決控制軟件的人機界面、與控制設備的實時數據通訊等問題。

工業仿真系統。仿真軟件為用戶操作模擬對象提供了與實物幾乎相同的環境。仿真軟件不但節省了巨大的培訓成本開銷,還提供了實物系統所不具備的智能特性。仿真系統的開發商專長於仿真模塊的算法,在實時動態圖形顯示、實時數據通訊方面不壹定有優勢,力控®監控組態軟件與仿真軟件間通過高速數據接口聯為壹體,在教學、科研仿真應用中應用越來越廣泛。

電網系統信息化建設。電力自動化是監控組態軟件的壹個重要應用領域,電力是國家的基礎行業,其信息化建設是多層次的,由此決定了對組態軟件的多層次需求。

智能建築:物業管理的主要需求是能源管理(節能)和安全管理,這壹管理模式要求建築物智能設備必須聯網,首先有效地解決信息孤島問題,減少人力消耗,提高應急反應速度和設備預期壽命,智能建築行業在能源計量、變配電、安防&;門禁、消防系統系統聯入IBMS服務器方面需求旺盛。

公***安全監控與管理:公***安全的隱患可造成突發事件應急失當,容易造成城市公***設施癱瘓、人員群死群傷等惡性災難。公***安全監控包括:

人防(車站、廣場)等市政工程有毒氣體濃度監控及火災報警。

水文監測:包括水位、雨量、閘位、大壩的實時監控。

重大建築物(如橋梁等)健康狀態監控:及時發現隱患,預報事故的發生。

機房動力環境監控:在電信、鐵路、銀行、證券、海關等行業以及國家重要的機關部門,計算機服務器的正常工作是業務和行政正常進行的必要條件,因此存放計算機服務器的機房重地已經成為監控的重點,監控的內容包括:UPS工作參數及狀態、電池組的工作參數及狀態、空調機組的運行狀態及參數、漏水監測、發電機組監測、環境溫濕度監測、環境可燃氣體濃度監測、門禁系統監測等。

城市危險源實時監測:對存放危險源的場所、危險源行蹤的監測。避免放射性物質和劇毒物質失控地流通。

國土資源立體汙染監控:對土壤、大氣中與農業生產有關的汙染物含量進行實時監測,建立立體式實時監測網絡。

城市管網系統實時監控及調度:包括供水管網、燃氣管網、供熱管網等的監控。 組態軟件已經成為工業自動化系統的必要組成部分,即“基本單元”或“基本元件”,因此吸引了大型自動化公司紛紛投資開發自有知識產權的組態軟件,以期依靠強大的市場產生大批量的銷售,從中獲取利潤。

目前在國內外市場占有率較高的監控組態軟件分別是GE Fanuc的iFix、Wonderware的Intouch、西門子WinCC、Citech等。中國大陸廠商以力控、亞控等為主,除此外尚有5-10個廠商從事監控組態軟件業務。

在國內市場上,高端市場仍被國外產品壟斷。國內產品已經開始搶占壹些高端市場,並且所占比例在逐漸增長。

⑴ 組態軟件產品本身的變化

作為通用型工具軟件,組態軟件在自動化系統中始終處於“承上啟下”的地位。用戶在涉及工業信息化的項目中,如果涉及到實時數據采集,首先會考慮試用組態軟件。正因如此,組態軟件幾乎應用於所有的工業信息化項目當中。應用的多樣性,給組態軟件的性能指標、使用方式、接口方式都提出了很多新的要求,也存在壹些挑戰。這些需求對組態軟件系統結構帶來的沖擊是巨大的,對組態軟件的發展起到關鍵的促進作用。

功能變遷:仍以人機界面為主,數據采集、歷史數據庫、報警管理、操作日誌管理、權限管理、數據通訊轉發成為其基礎功能;功能組件呈分化、集成化、功能細分的發展趨勢,以適應不同行業、不同用戶層次的多方面需求。

新技術的采用:組態軟件的IT化趨勢明顯,大量的最新計算技術、通訊技術、多媒體技術被用來提高其性能,擴充其功能。

註重效率:實際上,有的“組態”工作非常繁瑣,用戶希望通過模板快速生成自己的項目應用。圖形模板、數據庫模板、設備模板可以讓用戶以“復制”方式快速生成目標程序。

組態軟件註重數據處理能力和數據吞吐能力的提高:組態軟件除了常規的實時數據通訊、人機界面功能外,1萬點以上的實時數據歷史存儲與檢索、100個以上C/S或B/S客戶端對歷史數據庫系統的並發訪問,對組態軟件的性能都是嚴峻的考驗。隨著應用深度的提高,這種要求會變得越來越普遍。

與控制系統硬件捆綁:組態軟件與自動控制設備實現無縫集成,為硬件“量身定做”。這表明組態軟件的滲透能力逐漸加強,自動化系統從來就離不開軟件的支持,而整體解決方案利於硬件產品的銷售,也利於廠商控制銷售價格。

⑵組態軟件其他應用環境的變化

造成組態軟件需求增長的另外壹個原因是,傳感器、數據采集裝置、控制器的智能化程度越來越高,實時數據瀏覽和管理的需求日益高漲,有的用戶甚至要求在自己的辦公室裏監督定貨的制造過程。

類似OPC這樣的組織的出現,以及現場總線、尤其是工業以太網的快速發展,大大簡化了異種設備間互連、開發I/O設備驅動軟件的工作量。I/O驅動軟件也逐漸會朝標準化的方向發展。

通過近十年的發展,以力控科技等為代表的國內監控組態軟件,在技術、市場、服務方面已趨於成熟,形成了比較雄厚的市場和技術積累,具備了與國外對手抗衡的本錢。

新技術的出現,會淘汰壹批墨守成規、不思進取的廠商。那些以用戶需求為為中心、勇於創新,采用新技術不斷滿足用戶日益增長的潛在需求的廠商會逐漸在市場上取得主動,成為組態軟件及相關工業IT產品市場的主導者。

發展潛力:雖然組態軟件的市場潛力巨大,但是要想得到這個市場卻並非容易。壹方面,用戶對組態軟件的要求越來越高,用戶的應用水平也在同步提高,相應地對軟件的品質要求也越來越高;另壹方面,組態軟件廠商應該前瞻性地研發具有潛在需求的新功能、新產品。因此市場巨大並不代表所有從事組態軟件開發的廠商都有均等的機會,機會永遠屬於少數優秀廠商。

a 為適應新需求未來監控組態軟件的分布式體系結構

前面已經介紹,監控組態軟件的規模都在100萬行以上,這樣龐大的軟件系統在結構設計上必須采用分布式結構。分布式系統並不是監控組態軟件的專利,目前很多大型軟件系統都是分布式系統。

在組態軟件中,重新提起“分布式”這個老話題是必要的,因為規模大於5000點的應用幾乎離不開分布式應用的需求。還需要強調,不是因為組態軟件缺少分布式結構的產品,而是缺少真正經得起分布式應用考驗的產品。

b 目前國內監控組態軟件產業發展中存在的問題

軟件是自動化系統的核心與靈魂,組態軟件又具有很高的滲透能力和產業關聯度。不管從橫向還是縱向看,壹個自動化系統中,組態軟件日益滲透到每個角落,占據越來越多的份額。組態軟件越來越多地體現著自動化系統的價值。

雖然軟件是自動化系統的核心與靈魂,但是組態軟件還遠未承擔起這壹角色。組態軟件的內涵和外延在不斷變化,其在自動化系統中所扮演的角色會逐漸接近這壹標準。

所以,在自動化系統中國內監控組態軟件廠商承載著民族工業自動化產業的未來希望與核心競爭力。監控組態軟件廠商要想承擔起這樣的重任,必須在上圖所示各個層次的軟件上擁有自己的核心競爭能力,確立在市場上的足夠發言權和主動地位。中國的華為公司為我們樹立了榜樣,只要在後續技術創新、延長軟件產品線上能夠滿足用戶日益增長的各種需求,並保持原創性創新的長盛不衰,中國的工業自動化軟件產業也壹定會創造出工業IT界的華為奇跡。

c 平臺化,模塊化的軟件技術

平臺化,模塊化類似於硬件技術的總線技術和PLC模塊,他將軟件的結構模式進行固化,讓開發者象使用配置硬件壹樣方便的進行軟件的配置,模塊化的結構可以做到軟件的輕量化,用戶在購買和安裝的時候可以進行選擇,讓我們實施自動化工程和攢機壹樣方便,平臺類似於電腦的主板,功能模塊類似於顯卡,聲卡。這種軟件模式正在被越來越多的組態軟件廠商所采用。如組態王,GENESIS 64.

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