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    监控组态软件2008年最新发展及趋势 

    孙严军 2009-10-10 13:06
     一、背景
      
     自2000年以来,国内监控组态软件产品、技术、市场都取得了飞快的发展,应用领域日益拓展,用户和应用工程师数量不断增多。充分体现了“工业技术民用化”的发展趋势。
      监控组态软件是工业应用软件的重要组成部分,其发展受到很多因素的制约,归根结底,是应用的带动对其发展起着最为关键的推动作用。
      关于新技术的不断涌现和快速发展对监控组态软件会产生何种影响,有人认为随着技术的发展,通用组态软件会退出市场,例如有的自动化装置直接内嵌“Web Server”实时画面供中控室操作人员访问。
      作者并不这样认为。用户要求的多样化,决定了不可能有哪一种产品囊括全部用户的所有的画面要求,最终用户对监控系统人机界面的需求不可能固定为单一的模式,因此最终用户的监控系统是始终需要“组态”和“定制”的。这就是监控组态软件不可能退出市场的主要原因,因为需求是存在且不断增长的。
      监控组态软件是在信息化社会的大背景下,随着工业IT技术的不断发展而诞生、发展起来的。在整个工业自动化软件大家庭中,监控组态软件属于基础型工具平台。监控组态软件给工业自动化、信息化、及社会信息化带来的影响是深远的,它带动着整个社会生产、生活方式的变化,这种变化仍在继续发展。因此组态软件作为新生事物尚处于高速发展时期,目前还没有专门的研究机构就它的理论与实践进行研究、总结和探讨,更没有形成独立、专门的理论研究机构。
      近5年来,一些与监控组态软件密切相关的技术如OPC、OPC-XML、现场总线等技术也取得了飞速的发展,是监控组态软件发展的有力支撑。
      二、 监控组态软件的最新发展情况
      
     2.1 监控组态软件日益成为自动化硬件厂商争夺的重点
      
     整个自动化系统中,软件所占比重逐渐提高,虽然组态软件只是其中一部分,但因其渗透能力强、扩展性强,近年来蚕食了很多专用软件的市场。因此,监控组态软件具有很高的产业关联度,是自动化系统进入高端应用、扩大市场占有率的重要桥梁。在这种思路的驱使下,西门子的WinCC在市场上取得巨大成功。目前,国际知名的工业自动化厂商如Rockwell、GE Fanuc、Honeywell、西门子、ABB、施耐德、英维思等均开发了自己的组态软件。
      监控组态软件在DCS操作站软件中所占比重日益提高
      继FOXBORO之后,Euro therm(欧陆)、Delta V、PCS7等DCS系统纷纷使用通用监控组态软件作为操作站。同时,国内的DCS厂家也开始尝试使用监控组态软件作为操作站。
      在大学和科研机构,越来越多的人开始从事监控组态软件的相关技术研究
      从国内自动化行业学术期刊来看,以组态软件及与其密切相关的新技术为核心的研究课题呈上升趋势,众多研究人员的存在,是组态软件技术发展及创新的重要活跃因素,也一定能够积累很多技术成果。无论是技术成果还是研究人员,都会遵循金字塔的规律,由基础向高端形成过渡。这些研究人员和他们的研究成果为监控组态软件厂商开发新产品提供了有益的经验借鉴,并开拓他们的思路。
      基于Linux 的监控组态软件及相关技术正在迅速发展之中,很多厂商都相继推出成熟的商品,对组态软件业的格局将产生深远的影响。
      2.2 集成化、定制化
      
     从软件规模上看,大多数监控组态软件的代码规模超过100万行,已经不属于小型软件的范畴了。从其功能来看,数据的加工与处理、数据管理、统计分析等功能越来越强。
      监控组态软件作为通用软件平台,具有很大的使用灵活性。但实际上很多用户需要“傻瓜”式的应用软件,即需要很少的定制工作量即可完成工程应用。为了既照顾“通用”又兼顾“专用”,监控组态软件拓展了大量的组件,用于完成特定的功能,如批次管理、事故追忆、温控曲线、油井示功图组件、协议转发组件、ODBCRouter、ADO曲线、专家报表、万能报表组件、事件管理、GPRS透明传输组件等。
      2.3 纵向:功能向上、向下延伸
      组态软件处于监控系统的中间位置,向上、向下均具有比较完整的接口,因此对上、下应用系统的渗透能力也是组态软件的一种本能,具体表现为:
      向上
      其管理功能日渐强大,在实时数据库及其管理系统的配合下,具有部分MIS、MES或调度功能。尤以报警管理与检索、历史数据检索、操作日志管理、复杂报表等功能较为常见。
      向下
      日益具备网络管理(或节点管理)功能:在安装有同一种组态软件的不同节点上,在设定完地址或计算机名称后,互相间能够自动访问对方的数据库。组态软件的这一功能,与OPC规范以及IEC61850规约、BACNet等现场总线的功能类似,反映出其网络管理能力日趋完善的发展趋势。
      软PLC、嵌入式控制等功能:除组态软件直接配备软PLC组件外,软PLC组件还作为单独产品与硬件一起配套销售,构成PAC控制器。这类软PLC组件一般都可运行于嵌入式Linux操作系统。
      OPC服务软件:OPC标准简化了不同工业自动化设备之间的互联通讯,无论在国际上还是国外,都已成为广泛认可的互联标准。而组态软件同时具备OPC Server和OPC Client功能,如果将组态软件丰富的设备驱动程序根据用户需要打包为OPCServe单独销售,则既丰富了软件产品种类又满足了用户的这方面需求,加拿大的Matrikon公司即以开发、销售各种OPCServer软件为主要业务,已经成为该领域的领导者。监控组态软件厂商拥有大量的设备驱动程序,因此开展OPCSever软件的定制开发具有得天独厚的优势。
      工业通信协议网关:它是一种特殊的Gateway,属工业自动化领域的数据链产品。OPC标准适合计算机与工业I/O设备或桌面软件之间的数据通讯,而工业通信协议网关适合在不同的工业I/O设备之间、计算机与I/O设备之间需要进行网段隔离、无人值守、数据保密性强等应用场合的协议转换。市场上有专门从事工业通讯协议网关产品开发、销售的厂商,如Woodhead、prolinx等,但是组态软件厂商将其丰富的I/O驱动程序扩展一个协议转发模块就变成了通讯网关,开发工作的风险和成本极小。Multi_OPCServer和通讯网关pFieldComm都是力控ForceControl组态软件的衍生产品。
      2.4 横向:监控、管理范围及应用领域扩大
      
     只要同时涉及实时数据通讯(无论是双向还是单向)、实时动态图形界面显示、必要的数据处理、历史数据存储及显示,就存在对组态软件的潜在需求。
      除了大家熟知的工业自动化领域,近几年以下领域已经成为监控组态软件的新增长点:
      设备管理或资产管理(PAM,Plant Asset Management)。此类软件的代表是艾默生公司的设备管理软件AMS。据ARC机构预测,到2009年全球PAM的业务量将达到19亿美元。PAM所包含的范围很广,其共同点是实时采集设备的运行状态,累积设备的各种参数(如运行时间、检修次数、负荷曲线等),及时发现设备隐患、预测设备寿命,提供设备检修建议,对设备进行实时综合诊断。
      先进控制或优化控制系统。在工业自动化系统获得普及以后,为提高控制质量和控制精度,很多用户开始引进先进控制或优化控制系统。这些系统包括自适应控制、(多变量)预估控制、无模型控制器、鲁棒控制、智能控制(专家系统、模糊控制、神经网络等)、其他依据新控制理论而编写的控制软件等。这些控制软件的常项是控制算法,使用监控组态软件主要解决控制软件的人机界面、与控制设备的实时数据通讯等问题。
      工业仿真系统。仿真软件为用户操作模拟对象提供了与实物几乎相同的环境。仿真软件不但节省了巨大的培训成本开销,还提供了实物系统所不具备的智能特性。仿真系统的开发商专长于仿真模块的算法,在实时动态图形显示、实时数据通讯方面不一定有优势,力控®监控组态软件与仿真软件间通过高速数据接口联为一体,在教学、科研仿真应用中应用越来越广泛。
      电网系统信息化建设。电力自动化是监控组态软件的一个重要应用领域,电力是国家的基础行业,其信息化建设是多层次的,由此决定了对组态软件的多层次需求。
      智能建筑:物业管理的主要需求是能源管理(节能)和安全管理,这一管理模式要求建筑物智能设备必须联网,首先有效地解决信息孤岛问题,减少人力消耗,提高应急反应速度和设备预期寿命,智能建筑行业在能源计量、变配电、安防&门禁、消防系统系统联入IBMS服务器方面需求旺盛。
      公共安全监控与管理:公共安全的隐患可造成突发事件应急失当,容易造成城市公共设施瘫痪、人员群死群伤等恶性灾难。公共安全监控包括:
      人防(车站、广场)等市政工程有毒气体浓度监控及火灾报警。
      水文监测:包括水位、雨量、闸位、大坝的实时监控。
      重大建筑物(如桥梁等)健康状态监控:及时发现隐患,预报事故的发生。
      机房动力环境监控:在电信、铁路、银行、证券、海关等行业以及国家重要的机关部门,计算机服务器的正常工作是业务和行政正常进行的必要条件,因此存放计算机服务器的机房重地已经成为监控的重点,监控的内容包括:UPS工作参数及状态、电池组的工作参数及状态、空调机组的运行状态及参数、漏水监测、发电机组监测、环境温湿度监测、环境可燃气体浓度监测、门禁系统监测等。
      城市危险源实时监测:对存放危险源的场所、危险源行踪的监测。避免放射性物质和剧毒物质失控地流通。
      国土资源立体污染监控:对土壤、大气中与农业生产有关的污染物含量进行实时监测,建立立体式实时监测网络。
      城市管网系统实时监控及调度:包括供水管网、燃气管网、供热管网等的监控。
      三、与组态软件密切相关的应用、市场环境变化情况
      
     组态软件已经成为工业自动化系统的必要组成部分,即“基本单元”或“基本元件”,因此吸引了大型自动化公司纷纷投资开发自有知识产权的组态软件,以期依靠强大的市场产生大批量的销售,从中获取利润。
      目前在国内外市场占有率较高的监控组态软件分别是GE Fanuc的iFix、Wonderware的Intouch、西门子WinCC、Citech等。中国大陆厂商以力控、亚控等为主,除此外尚有5-10个厂商从事监控组态软件业务。
      在国内市场上,高端市场仍被国外产品垄断。国内产品已经开始抢占一些高端市场,并且所占比例在逐渐增长。
      (1) 组态软件产品本身的变化
      
     作为通用型工具软件,组态软件在自动化系统中始终处于“承上启下”的地位。用户在涉及工业信息化的项目中,如果涉及到实时数据采集,首先会考虑试用组态软件。正因如此,组态软件几乎应用于所有的工业信息化项目当中。应用的多样性,给组态软件的性能指标、使用方式、接口方式都提出了很多新的要求,也存在一些挑战。这些需求对组态软件系统结构带来的冲击是巨大的,对组态软件的发展起到关键的促进作用。
      功能变迁:仍以人机界面为主,数据采集、历史数据库、报警管理、操作日志管理、权限管理、数据通讯转发成为其基础功能;功能组件呈分化、集成化、功能细分的发展趋势,以适应不同行业、不同用户层次的多方面需求。
      新技术的采用:组态软件的IT化趋势明显,大量的最新计算技术、通讯技术、多媒体技术被用来提高其性能,扩充其功能。
      注重效率:实际上,有的“组态”工作非常繁琐,用户希望通过模板快速生成自己的项目应用。图形模板、数据库模板、设备模板可以让用户以“复制”方式快速生成目标程序。
      组态软件注重数据处理能力和数据吞吐能力的提高:组态软件除了常规的实时数据通讯、人机界面功能外,1万点以上的实时数据历史存储与检索、100个以上C/S或B/S客户端对历史数据库系统的并发访问,对组态软件的性能都是严峻的考验。随着应用深度的提高,这种要求会变得越来越普遍。
      与控制系统硬件捆绑:组态软件与自动控制设备实现无缝集成,为硬件“量身定做”。这表明组态软件的渗透能力逐渐加强,自动化系统从来就离不开软件的支持,而整体解决方案利于硬件产品的销售,也利于厂商控制销售价格。
      (2)组态软件其他应用环境的变化
      
     造成组态软件需求增长的另外一个原因是,传感器、数据采集装置、控制器的智能化程度越来越高,实时数据浏览和管理的需求日益高涨,有的用户甚至要求在自己的办公室里监督定货的制造过程。
      类似OPC这样的组织的出现,以及现场总线、尤其是工业以太网的快速发展,大大简化了异种设备间互连、开发I/O设备驱动软件的工作量。I/O驱动软件也逐渐会朝标准化的方向发展。
      通过近十年的发展,以力控科技等为代表的国内监控组态软件,在技术、市场、服务方面已趋于成熟,形成了比较雄厚的市场和技术积累,具备了与国外对手抗衡的本钱。
      新技术的出现,会淘汰一批墨守成规、不思进取的厂商。那些以用户需求为为中心、勇于创新,采用新技术不断满足用户日益增长的潜在需求的厂商会逐渐在市场上取得主动,成为组态软件及相关工业IT产品市场的主导者。
      发展潜力:虽然组态软件的市场潜力巨大,但是要想得到这个市场却并非容易。一方面,用户对组态软件的要求越来越高,用户的应用水平也在同步提高,相应地对软件的品质要求也越来越高;另一方面,组态软件厂商应该前瞻性地研发具有潜在需求的新功能、新产品。因此市场巨大并不代表所有从事组态软件开发的厂商都有均等的机会,机会永远属于少数优秀厂商。
      1.2 为适应新需求未来监控组态软件的分布式体系结构
      前面已经介绍,监控组态软件的规模都在100万行以上,这样庞大的软件系统在结构设计上必须采用分布式结构。分布式系统并不是监控组态软件的专利,目前很多大型软件系统都是分布式系统。
      在组态软件中,重新提起“分布式”这个老话题是必要的,因为规模大于5000点的应用几乎离不开分布式应用的需求。还需要强调,不是因为组态软件缺少分布式结构的产品,而是缺少真正经得起分布式应用考验的产品。
      1.3 目前国内监控组态软件产业发展中存在的问题
      软件是自动化系统的核心与灵魂,组态软件又具有很高的渗透能力和产业关联度。不管从横向还是纵向看,一个自动化系统中,组态软件日益渗透到每个角落,占据越来越多的份额。组态软件越来越多地体现着自动化系统的价值。
      虽然软件是自动化系统的核心与灵,但是组态软件还远未承担起这一角色。组态软件的内涵和外延在不断变化,其在自动化系统中所扮演的角色会逐渐接近这一标准。
      所以,在自动化系统中国内监控组态软件厂商承载着民族工业自动化产业的未来希望与核心竞争力。监控组态软件厂商要想承担起这样的重任,必须在上图所示各个层次的软件上拥有自己的核心竞争能力,确立在市场上的足够发言权和主动地位。中国的华为公司为我们树立了榜样,只要在后续技术创新、延长软件产品线上能够满足用户日益增长的各种需求,并保持原创性创新的长盛不衰,中国的工业自动化软件产业也一定会创造出工业IT界的华为奇迹
  • 举报 #1
    沈慧卿 2009-10-10 16:06
    整个自动化系统中,软件所占比重逐渐提高,虽然组态软件只是其中一部分,但因其渗透能力强、扩展性强,近年来蚕食了很多专用软件的市场。因此,监控组态软件具有很高的产业关联度,是自动化系统进入高端应用、扩大市场占有率的重要桥梁。在这种思路的驱使下,西门子的WinCC在市场上取得巨大成功。目前,国际知名的工业自动化厂商如Rockwell、GE Fanuc、Honeywell、西门子、ABB、施耐德、英维思等均开发了自己的组态软件。
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