初探工控机组及组态控制技术

王冲

摘要：工控技术为我国的工业自动化、信息化发展提供了一套全面的自动化方案。而随着计算机技术在工业控制领域应用的日益广泛和深入，组态控制技术的发展研究尤为重要，本文初探了工控机的软件系统、结构和分类，以及组态控制技术的基本发展。

关键词：工控机；自动化；组态控制

Ⅰ.工控机

工控机（Industrial Personal Computer，IPC）即工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。其主要的组成部分为工业机箱、无源底板及可插入其上的各种板卡组成，如CPU卡、I/O卡等。工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。工控行业的产品和技术非常特殊，属于中间产品，是为其他各行业提供可靠、嵌入式、智能化的工业计算机1。

IPC（Industry Personal Computer）简称工控机，或者硬盘录像机DVR（digital video recording）。通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机，而工业现场一般具有强烈的震动，灰尘特别多，另有很高的电磁场力干扰等特点，且一般工厂均是连续作业即一年中一般没有休息。因此对产品的易维护性、散热、防尘、产品周期、甚至尺寸方面都有着严格的要求。所以在设计和选择工控机平台的时候，考虑的更多的是机构的设计，然后才是对性能等的考虑。为此采取全钢机壳、机卡压条过滤网，双正压风扇等设计及EMC技术以解决工业现场的电磁干扰、震动、灰尘、高/低温等问题。为了解决这些难题，工控机与普通计算机相比必须具有以下特点：

1、机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。

2、机箱内有专用底板，底板上有PCI和ISA插槽。

3、机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。

4、要求具有连续长时间工作能力。

5、一般采用便于安装的标准机箱（4U标准机箱较为常见）

注：除了以上的特点外，其余基本相同。另外，由于以上的专业特点，同层次的工控机在价格上要比普通计算机偏贵，但一般不会相差太多。

尽管工控机与普通的商用计算机机相比，具有得天独厚的优势，但其劣势也是非常明显的，其数据处理能力差，具体如下：1、配置硬盘容量小；2、数据安全性低；3、存储选择性小；

4、价格较高。

IPC有以下特点：

①可靠性：工业PC具有在粉尘、烟雾、高/低温、潮湿、震动、腐蚀和快速诊断和可维护性，其MTTR一般为5min，MTTF10万小时以上，而普通PC的MTTF仅为10000～15000小时。

实时性，工业PC对工业生产过程进行实时在线检测与控制，对工作状况的变化给予快速响应，及时进行采集和输出调节（看门狗功能这是普通PC所不具有的），遇险自复位，保证系统的正常运行。扩充性，工业PC由于采用底板+CPU卡结构，因而具有很强的输入输出功能，最多可扩充20个板卡，能与工业现场的各种外设、板卡如与道控制器、视频监控系统、车辆检测仪等相连，以完成各种任务。

②兼容性，能同时利用ISA与PCI及PICMG资源，并支持各种操作系统，多种语言汇编，多任务操作系统。

Ⅱ.组态控制技术

⑴组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件具有灵活的组态方式。能够为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能。组态软件能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常提供分布式数据管理和网络功能。对原有的HMI（人机接口软件）的概念。组态软件是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具或开发环境。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用。开发时间长、效率低、可靠性差或者购买专用的工控系统通常是封闭的系统，选择余地小往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能设计一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、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。随着计算机技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。为了更好地阐述组态控制技术，这里以MCGS为例进行探讨。

⑵MGCS组态软件。工业自动化控制组态软件MCGS，是一套三十二位工控组态软件可稳定运行于windows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双机热备、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能与一身，并支持国内外众多数据采集与输出设备。广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、矿山、冶金、机械、纺织、航天、建筑、材料、制冷、交通、通信、食品制造与加工、环保智能楼宇等多种工程领域。MCGS主要特点有①延续性和可扩充性。使用MCGS工控组态软件开发的应用程序，当现场出现包括硬件设备或系统结构或用户需求发生改变时，不许做很多修改，可方便地完成软件的更新和升级。②封闭性。MCGS工控组态软件所有能完成的功能都有一种方便用户使用的方法包装，用户不需掌握太多的编程语言技术，就能很好的完成一个复杂工程书要求的所有功能。③通用性和可扩充性。每个用户根据工程实际情况利用MCGS工控组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的设备驱动、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有网络功能的工程，不受行业限制。

⑶MSCG组态软件的结构。MSCG软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境就相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造设计的应用系统。运行环境则按照组态环境中构造的住宅工程以用户指定的方式运行并进行各种处理。完成用户组态设计的目标和功能。MSCG组态软件有MSCG组态环境和MSCG运行环境两个系统组成。两个部分互相独立又紧密相关。MSCG组态环境是生成用户应用系统的工作环境。有可执行程序McgsSet.exe支持，其存放于MSCG目录的program子目录中。在运行环境中完成对工程的控制工作。MSCG组态软件所建立的工程有主控窗口、设备窗E1、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分组成。每一部分分别进行组态操作完成不同的操作，有不同的性质。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个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括定义工程的名称、编制工程菜单、设计封面图形、确定自动启动的窗口、设定动画刷新周期、指定数据库存盘文件名称及盘存时间等。设备窗口是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗E1配置数据交集与控制输出设备、注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。用户窗E1：本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，注入生成各种动画显示、画面报警输出数据、图表曲线等。实时数据库是工程各个部分的数据交换与处理中心。他将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型。将名称的变量作为数据处理，采集输出控制动画连接及设备驱动的对象。运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序，使用各种功能构件，如数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒體输出等2。以上就是MCGS组态控制技术的基本运行原理。

在计算机迅速发展的今天，组态控制技术在工业控制中的应用越来越成熟，能够理解并熟练应用此技术是解决众多问题的核心。

参考文献：

[1]《工控机原理》

[2]《组态控制技术探析》王玉铎.