监控组态软件及其发展《转》

 

　　“组态”的概念是伴随着集散型控制系统(Distributed Control System 简称DCS）的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。
　　在控制系统中使用的各种仪表中，早期的控制仪表是气动PID调节器，后来发展为气动单元组合仪表，50年代后出现电动单元组合仪表。70年代中期随着微处理器的出现，诞生了第一代DCS。到目前，DCS和其它控制设备在全球范围内得到了广泛应用。计算机控制系统的每次大发展的背后都有着几个共同的推动力：1.微处理器技术有了质的飞跃促成硬件费用的大幅下降和控制设备体积的缩小。2.计算机网络技术的大发展。3.计算机软件技术的飞跃。
　　由于每一套DCS都是比较通用的控制系统，可以应用到很多的领域中，为了使用户在不需要编代码程序的情况下便可生成适合自己需求的应用系统，每个DCS 厂商在DCS中都预装了系统软件和应用软件，而其中的应用软件，实际上就是组态软件，但一直没有人给出明确定义，只是将使用这种应用软件设计生成目标应用系统的过程称为“组态（Config）”或“做组态”。
　　组态的概念最早来自英文Configuration，含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到让计算机或软件按照预先设置自动执行特定任务、满足使用者要求的目的。监控组态软件是面向监控与数据采集（Supervisory Control and Data Acquisition,SCADA）的软件平台工具，具有丰富的设置项目，使用方式灵活，功能强大。监控组态软件最早出现时，HMI（Human Machine Interface）或MMI（Man Machine Interface）是其主要内涵，即主要解决人机图形界面问题。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。
　　直到现在，每个DCS厂家的组态软件仍是专用的（即与硬件相关的），不可相互替代。从八十年代末开始，由于个人计算机的普及，国内开始有人研究如何利用PC搞工业监控，同时开始出现基于PC总线的A/D、D/A、计数器、DIO等各类I/0板卡。应该说国内组态软件的研究起步是不晚的。当时有人在MS-DOS的基础上用汇编或C语言编制带后台处理能力的监控组态软件，有实力的研究机构则在实时多任务操作系统iRMX86或VRTX上做文章，均未形成有竞争力的产品。随着MS-DOS和iRMX86用户数量的萎缩和微软公司Windows操作系统的普及，基于PC的监控组态软件才迎来了发展机遇，以力控®软件为代表的国内组态软件也经历了这一复杂的过程。世界上第一个把组态软件做为商品进行开发、销售的专业软件公司是美国的Wonderware公司，它于八十年代末率先推出第一个商品化监控组态软件Intouch。此后监控组态软件在全球得到了蓬勃发展，目前世界上的组态软件有几十种之多，总装机量有几十万套。伴随着信息化社会的到来，监控组态软件在社会信息化进程中将扮演越来越重要的角色，每年的市场增幅都会有较大增长，未来的发展前景十分看好。

1.1 监控组态软件成长的历史背景
　　监控组态软件是伴随着计算机技术的突飞猛进发展起来的。60年代虽然计算机开始涉足工业过程控制，但由于计算机技术人员缺乏工厂仪表和工业过程的知识，导致计算机工业过程系统在各行业的推广速度比较缓慢。70年代初期，微处理器的出现，促进了计算机控制走向成熟。首先，微处理器在提高计算能力的基础上，大大降低了计算机的硬件成本，缩小了计算机体积，很多从事控制仪表和原来一直就从事工业控制计算机的公司先后推出了新型控制系统，这一历史时期较有代表性的就是1975年美国Honeywell公司推出的世界上第一套DCS TDC－2000，而随后的20年间，DCS及其计算机控制技术日趋成熟，得到了广泛应用，此时的DCS已具有较丰富的软件，包括：计算机系统软件（操作系统）、组态软件、控制软件、操作站软件、其它辅助软件（如通讯软件）等。
　　这一阶段虽然DCS技术、市场发展迅速，但软件仍是专用和封闭的，除了在功能上不断加强外，软件成本一直居高不下，造成DCS在中小型项目上的单位成本过高，使一些中小型应用项目不得不放弃使用DCS。80年代中后期，随着个人计算机的普及和开放系统（Open System)概念的推广，基于个人计算机的监控系统开始进入市场，并发展壮大。组态软件做为个人计算机监控系统的重要组成部分，比PC监控的硬件系统具有更为广阔的发展空间。这是因为，第一，很多DCS和PLC厂家主动公开通讯协议，加入“PC监控”的阵营。目前，几乎所有的PLC和一半以上的DCS都使用PC做为操作站。第二，由于PC监控大大降低了系统成本，使得市场空间得到扩大，从无人值守的远程监视（如防盗报警、江河汛情监视、环境监控、电信线路监控、交通管制与监控、矿井报警等）、数据采集与计量（如居民水电气表的自动抄表、铁道信号采集与记录等）、数据分析（如汽车/机车自动测试、机组/设备参数测试、医疗化验仪器设备实时数据采集、虚拟仪器、生产线产品质量抽检等）到过程控制，几乎无处不用。第三，各类智能仪表、调节器和PC－ Based设备可与组态软件构筑完整的低成本自动化系统，具有广阔的市场空间。第四，各类嵌入式系统和现场总线的异军突起，把组态软件推到了自动化系统主力军的位置，组态软件越来越成为工业自动化系统中的灵魂。
　　组态软件之所以同时得到用户和DCS厂商的认可有以下几个原因：   
　　1. 个人计算机操作系统日趋稳定可靠，实时处理能力增强且价格便宜。
　　2. 个人计算机的软件及开发工具丰富，使组态软件的功能强大，开发周期相应缩短，软件升级和维护也较方便。
　　目前的多数组态软件都是在Windos3.1或3.2操作系统下逐渐成熟起来的，国外少数组态软件可以在OS/2或Unix环境下运行。目前绝大多数组态软件都运行在Windows98/NT环境下。较理想的环境是WindowsNT或Windows2000操作系统，因为其内核是原来的VMS的变种，可靠性和实时性都好于Windows98。
　　组态软件的开发工具以C++为主，也有少数开发商使用Delphi或C++Builder。一般来讲，使用C++开发的产品运行效率更高，程序代码较短，运行速度更快，但开发周期要长一些，其它开发工具则相反。

1.2 监控组态软件的发展趋势

1. 组态软件做为单独行业的出现是历史的必然
　　市场竞争的加剧使行业分工越来越细，“大而全”的企业将越来越少（企业集团除外），每个DCS厂商必须把主要精力用于他们本身所擅长的技术领域，巩固已有优势，如果他们还是软硬件一起做，就很难在竞争中取胜，今后社会分工会更加细化，表面上看来功能较单一的组态软件，其市场才刚被挖掘出一点点，今后的成长空间还相当广阔。
　　组态软件的发展与成长和网络技术的发展与普及密不可分，曾有一时期，各DCS厂商的底层网络都是专用的，现在则使用国际标准协议，这在很大程度上促进了组态软件的应用。例如，在大庆油田，各种油气处理装置都分布在油田现场，总面积约3000平方公里，要想把这些装置的实时数据进行联网共享，在几年前是不可想象的，而目前通过公众电话网，用modem或ISDN将各DCS装置连起来，通过TCP/IP协议完成实时数据采集和远程监控就是一种可行方案，力控®组态软件已经在该项目中投用成功，成为国内规模最大的HMI/SCADA应用范例。

2. 现场总线技术的成熟更加促进了组态软件的应用
　　应该说现场总线是一种特殊的网络技术，其核心内容一是工业应用，二是完成从模拟方式到数字方式的转变，使信息和供电同在一根双线电缆上传输，还要满足许多技术指标。同其它网络一样，现场总线的网络系统也具备OSI的7层协议，在这个意义上讲，现场总线与普通的网络系统具有相同的属性，但现场总线设备的种类多，同类总线的产品也分现场设备、耦合器等多种类型，在未来几年现场总线设备将大量替代现有现场设备，给组态软件带来更多机遇。

3. 能够同时兼容多种操作系统平台是组态软件的发展方向之一
　　可以预言，微软公司在操作系统市场上的垄断迟早要被打破，未来的组态软件也要求跨操作系统平台，至少要同时兼容Win NT和Linux/Unix。
　　Unix系统是计算机软件最早的程序开发环境，整个Unix系统可以粗略地分为三层：最下层是一个与具体硬件相联系的多进程操作系统内核，中间一层是可编程的Shell命令解释程序，它是用户与系统内核的接口，是整个Unix环境中灵活使用与扩展各种软件工具的工具，最外层是用户的实用工具，有多种程序语言数据库管理系统及一系列进行应用开发的实用工具。
　　Unix系统主要有以下几个方面特点：
　　⑴ 具有一组丰富的实用软件开发工具；
　　⑵ 具有方便装卸的分级结构树形文件系统；
　　⑶ 具有功能完备、使用简便灵活、同时可编程的命令解释语言Shell；
　　⑷ 支撑整个环境的系统内核紧凑、功能强、效率高；
　　⑸ 整个系统不限定在某一特定硬件上，可移植性好；
　　⑹ 仍在发展中，不断完善实时控制功能。
　　Unix是唯一可以在微、超微、小、超小型工作站，中大、小巨、巨型机上“全谱系通用”的系统。由于Unix的特殊背景，它强有力的功能，特别是它的可移植性以及目前硬件突飞猛进的发展形势，吸引了越来越多的厂家和用户。
　　Unix在多任务、实时性、联网方面的处理能力优于Win NT，但图形界面、即插即用、I/O设备驱动程序数量方面赶不上Win NT。90年代以来Unix的这些缺点已得到改进，现在的Unix图形界面Xwindow和Unix的变种---- Linux已经具备了较好的图形环境。

4. 组态软件在嵌入式整体方案中将发挥更大作用
　　前面已讲过，微处理器技术的发展会带动控制技术及监控组态软件的发展，目前嵌入式系统的发展速度极为迅猛，但相应的软件尤其是组态软件滞后较严重，制约着嵌入式系统的发展。我们从使用方式上把嵌入式系统分为两种：带显示器/键盘的和不带显示器/键盘的。
　　⑴.带显示器/键盘的嵌入式系统又可分为：带机械式硬盘和带电子盘的嵌入式系统二种。
　　带机械式硬盘（如PC/104可外接硬盘）的嵌入式系统,可装Windows98/NT等大型操作系统，对组态软件没有更多的要求。
　　不带机械式硬盘(带电子盘)的嵌入式系统,由于电子盘的容量受限（也可以安装大容量电子盘，但造价太高），因此此类应用只能安装Windows3.2、WindowsCE、DOS或Linux操作系统。目前支持WindowsCE或Linux的组态软件很少，用户一般或自己亲自编程，或使用以前的DOS环境软件，但一般都存在2000年问题。此类应用规模都不大，但数量却有很大潜力。另外价格是一个重要因素，如果嵌入式系统的软硬件价格得到进一步降低，其市场规模将是空前的。
　　⑵.不带显示器/键盘的嵌入式系统：这种嵌入式系统一般情况都使用电子盘，只能安装Windows3.2、WindowsCE、DOS或Linux操作系统，此类应用有的会带外部数据接口（以太网、RS232/485等），目前面向此类应用的组态软件市场潜力巨大。

5. 组态软件在CIMS应用中将起到重要作用
　　美国Harrington博士于1973年提出了CIM（Computer Integrated Manufacturing-计算机集成制造）的概念，主要内容有：企业内部生产各环节密不可分，需统筹协调；工厂的生产过程，实质就是对信息的收集、传递、加工和处理的过程。CIMS所追求的目标是使工厂的管理、生产、经营、服务全自动化、科学化、受控化，最大限度地发挥企业中人、资源、信息的作用,提高企业运转效率和市场应变能力、降低成本。CIMS的概念不仅适用于离散形生产流程的企业，同样适用于生产连续型的流程行业，在流程行业也有人叫做CIPS（Computer Integrated Process System）。
　　自动化技术是CIMS的基础，目前多数企业对生产自动化都比较重视，他们或采用DCS(含PLC)或以PC总线为基础的工控机构成简易的分散型测控系统。但现实当中的自动化系统都是分散在各装置上的，企业内部的各自动化装置之间缺乏互联手段，不能实现信息的实时共享，这从根本上阻碍了CIMS的实施。
　　组态软件在企业CIMS发展过程中能够发挥下面几方面的作用：
　　⑴.充当DCS(含PLC)的操作站软件，尤其是PC-based监控系统。
　　⑵.以往各企业只注重在关键装置上舍得投资，引进自动化控制设备，而在诸如公用工程(如能源监测、原材料管理、产成品管理、产品质量监控、自动化验分析、生产设备状态监视等）生产环节则重视程度不够，这种一个企业内部各部门间自动化程度的不协调也将影响CIMS的进程，受到损失的将是企业本身，组态软件在这方面，即技术改造方面也会发挥更大的作用，促进企业以低成本、高效率地实现全厂的信息化建设。
　　⑶. 由于组态软件具有丰富的I/O设备接口，能与绝大多数控制装置相联，具有分布式实时数据库，可以解决分散的"自动化孤岛"互联问题，大幅节省CIMS建设所需的投资。伴随着CIMS技术的推广与应用，组态软件将逐渐发展成为大型平台软件，以原有的图形用户接口、I/O驱动、分布式实时数据库、软逻辑等为基础将派生出大量的实用软件组件，如先进控制软件包、数据分析工具等。

6. 信息化社会的到来为组态软件拓展了更多的应用领域
　　组态软件的应用不仅仅局限在工业企业，在农业、环保、邮政、电信、实验室、医院、金融、交通、航空等各行各业均能找到使用组态软件的实例。
　　随着祖国社会进步和信息化速度的加快，组态软件将赢得巨大的市场空间，这将极大地促进国产优秀组态软件的应用，为国产优秀组态软件创造良好的成长环境，促进国有软件品牌的成长和参与国际竞争。
　　组态软件事业的发展也加剧了对从事组态软件开发与研制的人才需求，以往我们国内的组态软件经历了从无到有的曲折过程，而目前则面临着如何在未来的竞争中取胜，如何制订未来的发展战略，如何开拓国际市场等一系列新的课题。组态软件涉及自动控制理论及技术、计算机理论及技术、通讯及网络技术、人机界面技术(即所谓的CRT技术)等多个学科，对开发人员的软件设计、理论及实践经验都有很高的要求，广大在校的相关专业大学生、研究生面临着从事该项事业的难得机遇，盼望更多的人才加入到组态软件的开发队伍中来，为我国的国民经济信息化做出历史性贡献。

1.3 组态软件的设计思想及特点

1.3.1 组态软件的特点
　　组态软件最突出的特点是实时多任务。例如，数据采集与输出、数据处理与算法实现、图形显示及人机对话、实时数据的存储、检索管理、实时通讯等多个任务要在同一台计算机上同时运行。
　　组态软件的使用者是自动化工程设计人员，组态软件的主要目的是使使用者在生成适合自己需要的应用系统时不需要修改软件程序的源代码，因此在设计组态软件时应充分了解自动化工程设计人员的基本需求，并加以总结提炼，重点、集中解决共性问题。下面是组态软件主要解决的问题：
　　1.如何与采集、控制设备间进行数据交换；
　　2.使来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来；
　　3.处理数据报警及系统报警；
　　4.存储历史数据并支持历史数据的查询；
　　5.各类报表的生成和打印输出；
　　6.为使用者提供灵活、多变的组态工具，可以适应不同应用领域的需求；
　　7.最终生成的应用系统运行稳定可靠；
　　8.具有与第三方程序的接口，方便数据共享。
　　自动化工程设计技术人员在组态软件中只需填写一些事先设计的表格，再利用图形功能把被控对象（如反应罐、温度计、锅炉、趋势曲线、报表等）形象地画出来，通过内部数据连接把被控对象的属性与I/O设备的实时数据进行逻辑连接。当由组态软件生成的应用系统投入运行后，与被控对象相连的I/O设备数据发生变化后直接会带动被控对象的属性发生变化。若要对应用系统进行修改，也十分方便，这就是组态软件的方便性。
　　从以上可以看出，组态软件具有实时多任务、接口开放、使用灵活、功能多样、运行可靠的特点。

1.3.2 组态软件的设计思想
　　在单任务操作系统环境下（例如MS-DOS），要想让组态软件具有很强的实时性，就必须利用中断技术，这种环境下的开发工具较简单，软件编制难度大，目前运行于MS-DOS环境下的组态软件基本上已退出市场。
　　在多任务环境下，由于操作系统直接支持多任务，组态软件的性能得到了全面加强。因此组态软件一般都由若干组件构成，而且组件的数量在不断增长，功能不断加强。各组态软件普遍使用了“面向对象”（ Object Oriental) 的编程和设计方法，使软件更加易于学习和掌握，功能也更强大。
　　一般的组态软件都由下列组件组成：图形界面系统、实时数据库系统、第三方程序接口组件、控制功能组件。下面将分别讨论每一类组件的设计思想。
　　在图形画面生成方面，构成现场各过程图形的画面被划分成几类简单的对象：线、填充形状和文本。每个简单的对象均有影响其外观的属性。对象的基本属性包括：线的颜色、填充颜色、高度、宽度、取向、位置移动等。这些属性可以是静态的，也可以是动态的。静态属性在系统投入运行后保持不变，与原来组态时一致。而动态属性则与表达式的值有关，表达式可以是来自I/O设备的变量，也可以是由变量和运算符组成的数学表达式。这种对象的动态属性随表达式值的变化而实时改变。例如，用一个矩形填充体模拟现场的液位，在组态这个矩形的填充属性时，指定代表液位的工位号名称、液位的上、下限及对应的填充高度，就完成了液位的图形组态。这个组态过程通常叫做动画连接。
　　在图形界面上还具备报警通知及确认、报表组态及打印、历史数据查询与显示等功能，各种报警、报表、趋势都是动画连接的对象，其数据源都可以通过组态来指定，这样每个画面的内容就可以根据实际情况由工程技术人员灵活设计，每幅画面中的对象数量均不受限制。
　　在图形界面中，各类组态软件普遍提供了一种类Basic语言的编程工具－脚本语言来扩充其功能。用脚本语言编写的程序段可由事件驱动或周期性地执行，是与对象密切相关的，例如，当按下某个按钮时可指定执行一段脚本语言程序，完成特定的控制功能，也可以指定当某一变量的值变化到关键值以下时，马上起动一段脚本语言程序完成特定的控制功能。
　　控制功能组件以基于PC的策略编辑/生成组件（也有人称之为软逻辑或软PLC）为代表，是组态软件的主要组成部分，虽然脚本语言程序可以完成一些控制功能，但还是不很直观，对于用惯了梯形图或其它标准编程语言的自动化工程师来说简直是太不方便了，因此目前的多数组态软件都提供了基于IEC1131-3标准的策略编辑/生成控制组件，它也是面向对象的，但不唯一地由事件触发，它象PLC中的梯形图一样按照顺序周期地执行。策略编辑/生成组件在基于PC和现场总线的控制系统中是大有可为的，可以大幅度地降低成本。
　　实时数据库是更为重要的一个组件，因为PC的处理能力太强了，因此实数据库更加充分地表现出了组态软件的长处。实时数据库可以存储每个工艺点的多年数据，用户既可浏览工厂当前的生产情况，也可回顾过去的生产情况，可以说，实时数据库对于工厂来说就如同飞机上的“黑匣子”。工厂的历史数据是很有价值的，实时数据库具备数据档案管理功能，工厂的实践告诉我们：现在很难知道将来进行分析时哪些数据是必须的，因此，保存所有的数据是防止丢失信息的最好的方法。
　　通讯及第三方程序接口组件是开放系统的标志，是组态软件与第三方程序交互及实现远程数据访问的重要手段之一，它有下面几个主要作用：
　　1.用于双机冗余系统中，主机从机间的通讯。
　　2.用于构建分布式HMI/SCADA应用时多机间的通讯。
　　3.在基于Internet或Browser/Server(B/S)应用中实现通讯功能。
　　通讯组件中有的功能是一个独立的程序，可单独使用，有的被“绑定”在其它程序当中，不被“显式”地使用。

1.3.3 对组态软件的性能要求
1.实时多任务
　　实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定的时间内对外来事件作出反应的特性。这里所说的在限定的时间内，具体地讲是指限定在多长的时间以内呢?在具体地确定限定时间时，主要考虑两个要素：其一，根据工业生产过程出现的事件能够保持多长的时间；其二，该事件要求计算机在多长的时间以内必须作出反应，否则将对生产过程造成影响甚至造成损害。工业控制计算机及监控组态软件具有时间驱动能力和事件驱动能力，即在按一定的周期时间对所有事件进行巡检扫描的同时，可以随时响应事件的中断请求。
实时性一般都要求计算机具有多任务处理能力，以便将测控任务分解成若干并行执行的多个任务，加速程序执行速度。
　　可以把那些变化并不显著，即使不立即作出反应也不至于造成影响或损害的事件，作为顺序执行的任务，按照一定的巡检周期有规律地执行，而把那些保持时间很短且需要计算机立即作出反应的事件，作为中断请求源或事件触发信号，为其专门编写程序，以便在该类事件一旦出现时计算机能够立即响应。如果由于测控范围庞大、变量繁多，这样分配仍然不能保证所要求的实时性时，则表明计算机的资源已经不够使用，只得对结构进行重新设计，或者提高计算机的档次。
　　现在举一个实例，以便能够对实时性有具体而形象的了解。在铁路车站信号计算机控制(在铁路技术部门，通常称做铁路车站信号微机联锁控制系统)中，利用轨道电路检测该段轨道区段内是否有列车运行或者停留有车辆。轨道电路是利用两条钢轨作为导体，在轨道电路区段的两端与相邻轨道电路区段相连接的轨缝处装设绝缘，然后利用本区段的钢轨构成闭合电路。装设轨道电路后，通过检测两条钢轨的轨面之间是否存在电压而检知该轨道电路区段是否有列车运行或停留有车辆。在实际运用中，最短的轨道电路长度为25m，而最短的列车为单个机车，它的长度为20m(确切地讲，这是机车的两个最外方的轮对之间的距离)。当机车分别按照准高速(160km/h)运行和按照高速(250km/h)运行时，通过最短的轨道电路区段所需要的时间要分别计算如下：
                               
        t1=(25+20)/(160*1000)*3600=1.01s

        t2=(25+20)/(250*1000)*3600=0.648s

　　如果计算机控制系统使用周期巡检的方法读取轨道电路的状态信息，则上面计算出的两个时间值就是巡检周期T的限制值。如果巡检周期大于这两个时间值而又不采取其它措施，则有可能遗漏掉机车以允许的最高速度通过最短的轨道区段这个事件，从而造成在计算机系统看来，好象机车跳过了该段短轨道电路区段。

2.高可靠性
　　在计算机、数据采集控制设备及正常工作的情况下，如果供电系统正常，当监控组态软件的目标应用系统所占的系统资源不超负荷时，则要求软件系统的平均无故障时间MTB(Mean Time Between Failures)大于一年。
　　如果对系统的可靠性要求得更高，就要利用冗余技术构成双机乃至多机备用系统。冗余技术是利用冗余资源来克服故障影响从而增加系统可靠性的技术，冗余资源是指在系统完成正常工作所需资源以外的附加资源。说得通俗和直接一些，冗余技术就是用更多的经济投入和技术投入来获取系统可能具有的更高的可靠性指标。
　　以力控®软件运行系统的双机热备功能为例，可以指定一台机器为主机，另一台作为从机，从机内容与主机内容实时同步，主从机可在同时操作。从机实时监视主机状态，一旦发现主机停止响应，便接管控制。从而提高系统的可靠性。
实现双机冗余可以根据具体设备情况选择如下几种形式：
　　⑴ 如果采集、控制设备与操作站间使用总线型通讯介质如RS485、以太网、CAN总线等，两台互为冗余设备的操作站均需单独配备I/O适配器，直接连入设备网即可，如图1-2所示。
　　① 开始运行时从机首先向主机数据库注册，向主机发送同步请求。
　　② 当主机正常工作时，从机不断向主机发送请求。
　　③ 当主机正常工作时，从机不进行任何运算，I/O SERVER 不起动，但是可以接受用户操作，操作结果直接送往主机。
　　④ 当主机在一定时间内（超时时间）不响应从机的同步请求时，从机便接管控制，停止向主机发送同步请求，启动I/O SERVER 。这时从机将变为主机。
　　⑤ 当故障的主机重新启动后，发现从机已经转为主机，将自行转为从机，并以从机方式工作，也可以手工切换回主机方式。
　　⑵ 如果采集、控制设备与操作站间通讯使用非总线型通讯介质如RS232，在这种情况下，一方面可以用RS232/RS485转换器使设备网变成总线型网，前提是设备的通讯协议与设备的地址、型号有关，否则当向一台设备发出数据请求时会引起多台设备同时响应，容易引起混乱。在这种情况下软件结构依旧使用上面的方式，如图1-3所示。
另一方面，也可以在I/O设备中编制控制程序，如果发现主机通讯出现故障，马上将通讯线路切换到从机，如图1-4所示。

3.标准化
　　尽管目前尚没有一个明确的国际、国内标准用来规范组态软件，但国际电工委员会IEC1131-3开放型国际编程标准在组态软件中起着越来越重要的作用，IEC1131-3用于规范DCS和PLC中提供的控制用编程语言，它规定了四种编程语言标准（梯形图、结构化高级语言、方框图、指令助记符）。
　　此外，OLE（目标的连接与嵌入）、OPC（过程控制用OLE）是微软公司的编程技术标准，目前也被广泛地使用。
　　TCP/IP是网络通讯的标准协议，被广泛地应用于现场测控设备之间及测控设备与操作站之间的通讯。
　　每种操作系统的图形界面都有其标准，例如UNIX和微软的Windows都有本身的图形标准。
　　组态软件本身的标准尚难统一，其本身就是创新的产物，处于不断的发展变化之中，由于使用习惯的原因，早一些进入市场的软件在用户意识中已形成一些不成文的标准，成为某些用户判断另一种产品的“标准”。

1.4 组态软件的数据流
　　组态软件通过I/O驱动程序从现场I/O设备获得实时数据，对数据进行必要的加工后，一方面以图形方式直观地显示在计算机屏幕上；另一方面按照组态要求和操作人员的指令将控制数据送给I/O设备，对执行机构实施控制或调整控制参数。
　　对已经组态历史趋势的变量存储历史数据，对历史数据检索请求给予响应。当发生报警时及时将报警以声音、图象的方式通知给操作人员，并记录报警的历史信息，以备检索。图1-5直观地表示出了组态软件的数据处理流程。
　　在图中可以看出，实时数据库是组态软件的核心和引擎，历史数据的存储与检索、报警处理与存储、数据的运算处理、数据库冗余控制、I/O数据连接都是由实时数据库系统完成的。图形界面系统、I/O驱动程序等组件以实时数据库为核心，通过高效的内部协议相互通讯，共享数据。

1.5使用组态软件的一般步骤
　　根据上一节的数据流程，需要就具体的工程应用在组态软件中进行完整、严密的组态，组态软件才能够正常工作，下面列出了典型的组态步骤：
　　1. 将所有I/O点的参数收集齐全，并填写表格，以备在监控组态软件和PLC上组态时使用,这里给出两个参考格式（分别对应模拟量和开关量信号），关于表格中某些参数的含义，将在第三章解释。

　　2. 搞清楚所使用的I/O设备的生产商、种类、型号，使用的通讯接口类型、采用的通讯协议，以便在定义I/O设备时做出准确选择。
　　3. 将所有I/O点的I/O标识收集齐全，并填写表格，I/O标识是唯一地确定一个I/O点的关键字，组态软件通过向I/O设备发出I/O标识来请求其对应的数据。在大多数情况下I/O标识是I/O点的地址或位号名称。
　　4. 根据工艺或P&I图，绘制设计画面结构和画面草图。
　　5. 按照第一步统计出的表格，建立实时数据库，正确组态各种变量参数。
　　6. 根据第一步和第三步的统计结果，在实时数据库中建立实时数据库变量与I/O点的一一对应关系，即定义数据连接。
　　7. 根据第四步的画面结构和画面草图，组态每一幅静态的操作画面（主要是绘图）。
　　8. 将操作画面中的图形对象与实时数据库变量建立动画连接关系，规定动画属性和幅度。
　　9. 对组态内容进行分段和总体调试。
　　10.系统投入运行。
　　本书在附录H中给出了使用监控组态软件进行工程设计的工作单，对于提高工作效率很有帮助，三维科技股份有限公司的力控®软件网站www.sunwayland.com.cn载有很多相关的指导。

1.6监控组态软件在自动监控系统中所处的地位
　　在一个自动监控系统中，投入运行的监控组态软件是系统的数据收集处理中心、远程监视中心和数据转发中心，处于运行状态的监控组态软件与各种控制、检测设备（如PLC、智能仪表、DCS等）共同构成快速响应/控制中心。控制方案和算法一般在设备上组态并执行，也可以在PC上组态然后下装到设备中执行，根据设备的具体要求而定，如图1-6所示。
　　监控组态软件投入运行后，操作人员可以在它的支持下完成以下各项任务：
　　1.查看生产现场的实时数据及流程画面;
　　2.自动打印各种实时/历史生产报表;
　　3.自由浏览各个实时/历史趋势画面;
　　4.及时得到并处理各种过程报警和系统报警;
　　5.在需要时,人为干预生产过程,修改生产过程参数和状态;
　　6.与管理部门的计算机联网,为管理部门提供生产实时数据。