王沖

摘要：工控技術(shù)為我國(guó)的工業(yè)自動(dòng)化、信息化發(fā)展提供了一套全面的自動(dòng)化方案。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用的日益廣泛和深入，組態(tài)控制技術(shù)的發(fā)展研究尤為重要，本文初探了工控機(jī)的軟件系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和分類，以及組態(tài)控制技術(shù)的基本發(fā)展。

關(guān)鍵詞：工控機(jī)；自動(dòng)化；組態(tài)控制

Ⅰ.工控機(jī)

工控機(jī)（Industrial Personal Computer，IPC）即工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是一種采用總線結(jié)構(gòu)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程及機(jī)電設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行檢測(cè)與控制的工具總稱。其主要的組成部分為工業(yè)機(jī)箱、無(wú)源底板及可插入其上的各種板卡組成，如CPU卡、I/O卡等。工控機(jī)具有重要的計(jì)算機(jī)屬性和特征，如具有計(jì)算機(jī)CPU、硬盤(pán)、內(nèi)存、外設(shè)及接口，并有操作系統(tǒng)、控制網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議、計(jì)算能力、友好的人機(jī)界面。工控行業(yè)的產(chǎn)品和技術(shù)非常特殊，屬于中間產(chǎn)品，是為其他各行業(yè)提供可靠、嵌入式、智能化的工業(yè)計(jì)算機(jī)1。

IPC（Industry Personal Computer）簡(jiǎn)稱工控機(jī)，或者硬盤(pán)錄像機(jī)DVR（digital video recording）。通俗的說(shuō)就是專門(mén)為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，而工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)一般具有強(qiáng)烈的震動(dòng)，灰塵特別多，另有很高的電磁場(chǎng)力干擾等特點(diǎn)，且一般工廠均是連續(xù)作業(yè)即一年中一般沒(méi)有休息。因此對(duì)產(chǎn)品的易維護(hù)性、散熱、防塵、產(chǎn)品周期、甚至尺寸方面都有著嚴(yán)格的要求。所以在設(shè)計(jì)和選擇工控機(jī)平臺(tái)的時(shí)候，考慮的更多的是機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，然后才是對(duì)性能等的考慮。為此采取全鋼機(jī)殼、機(jī)卡壓條過(guò)濾網(wǎng)，雙正壓風(fēng)扇等設(shè)計(jì)及EMC技術(shù)以解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾、震動(dòng)、灰塵、高/低溫等問(wèn)題。為了解決這些難題，工控機(jī)與普通計(jì)算機(jī)相比必須具有以下特點(diǎn)：

1、機(jī)箱采用鋼結(jié)構(gòu)，有較高的防磁、防塵、防沖擊的能力。

2、機(jī)箱內(nèi)有專用底板，底板上有PCI和ISA插槽。

3、機(jī)箱內(nèi)有專門(mén)電源，電源有較強(qiáng)的抗干擾能力。

4、要求具有連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作能力。

5、一般采用便于安裝的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱（4U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱較為常見(jiàn)）

注：除了以上的特點(diǎn)外，其余基本相同。另外，由于以上的專業(yè)特點(diǎn)，同層次的工控機(jī)在價(jià)格上要比普通計(jì)算機(jī)偏貴，但一般不會(huì)相差太多。

盡管工控機(jī)與普通的商用計(jì)算機(jī)機(jī)相比，具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，但其劣勢(shì)也是非常明顯的，其數(shù)據(jù)處理能力差，具體如下：1、配置硬盤(pán)容量小；2、數(shù)據(jù)安全性低；3、存儲(chǔ)選擇性小；

4、價(jià)格較高。

IPC有以下特點(diǎn)：

①可靠性：工業(yè)PC具有在粉塵、煙霧、高/低溫、潮濕、震動(dòng)、腐蝕和快速診斷和可維護(hù)性，其MTTR一般為5min，MTTF10萬(wàn)小時(shí)以上，而普通PC的MTTF僅為10000～15000小時(shí)。

實(shí)時(shí)性，工業(yè)PC對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與控制，對(duì)工作狀況的變化給予快速響應(yīng)，及時(shí)進(jìn)行采集和輸出調(diào)節(jié)（看門(mén)狗功能這是普通PC所不具有的），遇險(xiǎn)自復(fù)位，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。擴(kuò)充性，工業(yè)PC由于采用底板+CPU卡結(jié)構(gòu)，因而具有很強(qiáng)的輸入輸出功能，最多可擴(kuò)充20個(gè)板卡，能與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種外設(shè)、板卡如與道控制器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、車輛檢測(cè)儀等相連，以完成各種任務(wù)。

②兼容性，能同時(shí)利用ISA與PCI及PICMG資源，并支持各種操作系統(tǒng)，多種語(yǔ)言匯編，多任務(wù)操作系統(tǒng)。

Ⅱ.組態(tài)控制技術(shù)

⑴組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專用軟件具有靈活的組態(tài)方式。能夠?yàn)橛脩籼峁┛焖贅?gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能。組態(tài)軟件能支持各種工控設(shè)備和常見(jiàn)的通信協(xié)議，并且通常提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對(duì)原有的HMI（人機(jī)接口軟件）的概念。組態(tài)軟件是一個(gè)使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具或開(kāi)發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過(guò)手工或委托第三方編寫(xiě)HMI應(yīng)用。開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)、效率低、可靠性差或者購(gòu)買(mǎi)專用的工控系統(tǒng)通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級(jí)和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶從這些困境中解脫出來(lái)，可以利用組態(tài)軟件的功能設(shè)計(jì)一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)控制、SCADA、通信及聯(lián)網(wǎng)、開(kāi)放數(shù)據(jù)接口、對(duì)I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會(huì)不斷被賦予新的內(nèi)容。為了更好地闡述組態(tài)控制技術(shù)，這里以MCGS為例進(jìn)行探討。

⑵MGCS組態(tài)軟件。工業(yè)自動(dòng)化控制組態(tài)軟件MCGS，是一套三十二位工控組態(tài)軟件可穩(wěn)定運(yùn)行于windows95/98/Me/NT/2000等多種操作系統(tǒng)，集動(dòng)畫(huà)顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、雙機(jī)熱備、工程報(bào)表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強(qiáng)大功能與一身，并支持國(guó)內(nèi)外眾多數(shù)據(jù)采集與輸出設(shè)備。廣泛應(yīng)用于石油、電力、化工、鋼鐵、礦山、冶金、機(jī)械、紡織、航天、建筑、材料、制冷、交通、通信、食品制造與加工、環(huán)保智能樓宇等多種工程領(lǐng)域。MCGS主要特點(diǎn)有①延續(xù)性和可擴(kuò)充性。使用MCGS工控組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或用戶需求發(fā)生改變時(shí)，不許做很多修改，可方便地完成軟件的更新和升級(jí)。②封閉性。MCGS工控組態(tài)軟件所有能完成的功能都有一種方便用戶使用的方法包裝，用戶不需掌握太多的編程語(yǔ)言技術(shù)，就能很好的完成一個(gè)復(fù)雜工程書(shū)要求的所有功能。③通用性和可擴(kuò)充性。每個(gè)用戶根據(jù)工程實(shí)際情況利用MCGS工控組態(tài)軟件提供的底層設(shè)備（PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的設(shè)備驅(qū)動(dòng)、開(kāi)放式的數(shù)據(jù)庫(kù)和畫(huà)面制作工具，就能完成一個(gè)具有動(dòng)畫(huà)效果、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有網(wǎng)絡(luò)功能的工程，不受行業(yè)限制。

⑶MSCG組態(tài)軟件的結(jié)構(gòu)。MSCG軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分。組態(tài)環(huán)境就相當(dāng)于一套完整的工具軟件，幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造設(shè)計(jì)的應(yīng)用系統(tǒng)。運(yùn)行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的住宅工程以用戶指定的方式運(yùn)行并進(jìn)行各種處理。完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。MSCG組態(tài)軟件有MSCG組態(tài)環(huán)境和MSCG運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)系統(tǒng)組成。兩個(gè)部分互相獨(dú)立又緊密相關(guān)。MSCG組態(tài)環(huán)境是生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境。有可執(zhí)行程序McgsSet.exe支持，其存放于MSCG目錄的program子目錄中。在運(yùn)行環(huán)境中完成對(duì)工程的控制工作。MSCG組態(tài)軟件所建立的工程有主控窗口、設(shè)備窗E1、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五部分組成。每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作完成不同的操作，有不同的性質(zhì)。主控窗口是工程的主窗口和主框架。在主控窗口中可以放置一個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開(kāi)或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括定義工程的名稱、編制工程菜單、設(shè)計(jì)封面圖形、確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口、設(shè)定動(dòng)畫(huà)刷新周期、指定數(shù)據(jù)庫(kù)存盤(pán)文件名稱及盤(pán)存時(shí)間等。設(shè)備窗口是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗E1配置數(shù)據(jù)交集與控制輸出設(shè)備、注冊(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。用戶窗E1：本窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面，注入生成各種動(dòng)畫(huà)顯示、畫(huà)面報(bào)警輸出數(shù)據(jù)、圖表曲線等。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心。他將MCGS工程的各個(gè)部分連接成有機(jī)的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型。將名稱的變量作為數(shù)據(jù)處理，采集輸出控制動(dòng)畫(huà)連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。運(yùn)行策略：本窗口主要完成工程運(yùn)行流程的控制。包括編寫(xiě)控制程序，使用各種功能構(gòu)件，如數(shù)據(jù)提取、歷史曲線、定時(shí)器、配方操作、多媒體輸出等2。以上就是MCGS組態(tài)控制技術(shù)的基本運(yùn)行原理。

在計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展的今天，組態(tài)控制技術(shù)在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來(lái)越成熟，能夠理解并熟練應(yīng)用此技術(shù)是解決眾多問(wèn)題的核心。

參考文獻(xiàn)：

[1]《工控機(jī)原理》

[2]《組態(tài)控制技術(shù)探析》王玉鐸.