背景
随着计算机技术、控制技术、通讯技术和图形显示技术的发展，工业控制计算机系统得到了突飞猛进的发展。组态技术是计算机控制技术的关键，应用组态技术可以开发出工业控制系统的实时监控软件，组态软件是开发工业控制系统监控软件的开发工具，组态软件属于基础型工具平台。早期组态软件只是自动化系统中的一部分，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。国际知名的工业自动化厂商基本都开发了自己的组态软件。
工业4.0时代的到来，工业自动化程度进一步提高，工业制造向数字化、网络化、智能化快速发展，基于互联网的工业智能制造成为制造行业未来发展重要方向。工业企业信息化的需求对组态软件提出了更高的技术要求：一是更广泛的设备接口支持，包括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，但是现状是自动化厂商的组态软件主要立足于与自己厂商的设备对接，因此应用十分受限；二是更多类型的数据库存储支持。目前大部分组态软件对于设备数据存储都很简单，一般是系统内置数据库或文件，存储的数据量非常有限，且对时序数据库的对接困难，对于大数据的应用很难支持；三是更多第三方系统接口协议的支持，包括中间数据库、SOAP、RESTFUL、GRPC。在智能制造的大环境下，通过组态软件开发的上位机软件不能再作为孤岛式的独立系统存在，而是上接MES、ERP的计划、配方、订单、库存数据、生产报表、报警信息，下接设备、传感器，进行生产指令下达和设备参数采集，且多设备上位机协同工作，是作为工业信息化互联互通承上启下的一部分存在。而早期的国内外组态软件对这部分的支持非常有限，它们大部分是对工业自动化的助力，很多组态软件使用的还是10年前的版本，二次开发效率低下。在工业网络化、智能化、万物互联的系统背景下，很难全面满足工业智能制造的技术需求，迫切需要新一代组态软件的研发，以解决上述问题。
通过组态系统用户不需要编程就可以方便地创建组态工程，组态工程包括设备管理、数据源、监控画面与业务命令。设备管理实现与各种厂家PLC设备进行通讯与创建设备变量，设备变量是实现设备的控制参数与数据采集的参数。数据源可以对接主流关系数据库和时序数据库实现数据的持久存储与分析，监控画面编辑器可以方便的组态出生产工况画面与生产管理画面实现生产现场的工业仿真与业务数据管理。设计好组态工程后，把工程文件载入运行环境进行简单的菜单配置就能生成所需的上位机系统。
目的
在工业智能制造需求背景下为工业装备信息化研发一种基于插件式的组态化设计工具，通过此工具可以快速方便地对信息化装备所需的上位机软件进行开发实现，在实现设备控制与现场工况仿真的基础上能方便地与第三方系统接口进行数据对接，为工业制造网络化、智能化提供基础支撑。
主要解决：
1） 降低二次开发的技术门槛，提高二次开发效率。
2） 支持所有主流PLC设备的通讯，通过简单的配置就可以实现设备参数的采集与下传。
3） 支持所有主流DBMS数据源及时序数据库等大数据存储。
4） 可以方便提供与中间表、SOAP、RESTFUL、GRPC协议的第三方系统接口支持，方便与MES继承。
正文
通过此工具可以快速方便地对信息化装备所需的上位机软件进行开发实现。其技术原理是组态开发人员使用设计环境创建组态工程，以组态方式进行二次开发。在资源管理器中管理画面、设备、数据源和命令；从工具箱中拖放需要的控件至画面容器中，选中要设置的控件通过属性窗口设置控件的各种状态及报警信息，通过动画窗口可以把画面控件与设备变量进行绑定，实现生产监控组态；通过事件窗口可以把控件和业务操作进行绑定，实现业务组态。组态工程设计完毕，放入运行环境进行现场部署。工具分为2大部分：第一部分是组态工程的设计环境，也就是组态工程的二次开发环境。二次开发人员使用设计环境通过工程模板向导根据实施的工序创建组态工程，以组态方式进行二次开发。在资源管理器中管理画面、设备、数据源和命令；在命令管理中实现各种菜单操作过的管理；在画面管理中可以新建组态画面；可以从工具箱中拖放需要的控件至画面容器中，选中要设置的控件通过属性窗口设置控件的各种状态及报警信息，通过动画窗口可以把画面控件与设备变量进行绑定，实现生产监控组态；通过事件窗口可以把控件和业务操作进行绑定，实现业务组态。组态工程设计完毕，放入运行环境进行现场部署。第二部分是组态工程运行环境，组态工程的运行环境就是最终用户的使用和操作环境。组态工程放入运行环境的组态目录下，启动运行环境，可以通过系统设置工具把组态工程中的画面和命令配置到运行环境的菜单和工具栏中，保存后就可以通过菜单和工具栏按钮执行组态工程中开发好的各种功能。
主要功能实现
依据组态化、可配置、可扩展的设计思想，底层引入插件技术，将设计平台和运行平台设计为两个插件的形式，通过控件封装、开放控件属性、动画的设置实现监控画面的组态设计；通过业务配置、业务库封装、事件绑定机制实现业务组态化。主要功能包括：可拖拽组态设计、工程模版化、数据源管理、设备管理。
（1）可拖拽组态设计实现类似常规Windows开发IDE风格，通过从工具箱拖拽控件至设计画面，设置控件属性、动画与事件，可以方便的设计工业监控系统，组态设计界面主要由顶部菜单和工具栏、解决方案资源管理器、工具箱、属性窗口、动画窗口、事件窗口以及组态设计视图构成。解决方案资源管理器负责管理组态工程文件结构，通过点击解决方案资源管理器中的资源节点可以很方便的进行监控画面组态编辑、设备变量维护、数据源维护以及业务命令维护。工具箱中的控件根据产品设备不同进行分类，包括默认Windows控件、各种罐体、管路、阀门、仪器仪表及橡胶轮胎制造行业组件等。属性窗口中显示的是当前在组态设计视图中选中的控件属性列表，可以在属性窗口中实现对当前选中的控件属性值进行更改，进而改变控件的状态。动画窗口显示的是当前在组态设计视图中选中的控件运行时动态改变的属性，可以在动画窗口中把动态属性与PLC设备变量进行绑定，实现在运行时由PLC设备变量值的变化改变控件的显示状态，进而实现现场工况的仿真。事件窗口可以把业务库中的某个业务与控件的某个事件进行绑定，实现当控件操作触发事件是执行绑定的业务逻辑，即业务组态实现。
（2）工程模版化是快速进行二次开发的基础，也是业务积累和功能复用的体现，通过设计工程向导配置文件结构、解析算法和UI交互三部分实现。把以往设计好的组态工程放入工程模版目录，之后创建组态工程时可以就选择模版实现快速开发与功能重用。
（3）数据源管理可以根据业务需要选择相应的数据源建立连接实现数据访问与存储，支持主流DBMS包括Oracle、MSQLServer、MySql、Access。在数据库管理中可以新建数据库连接，自动解析数据库结构包表、视图、字段，在组态界面中可以直接把数据表和字段与界面中的数据展示控件与数据编辑控件进行绑定，进而实现业务数据的显示、编辑、存储功能。
（4）设备管理实现对主流PLC的连接访问，包括西门子、AB、三菱、欧姆龙、虚拟PLC以及OPCUA和OPCDA。在设备管理中可以通过选择厂商品牌、系列、型号、通讯方式新建设备连接，管理设备数据块、设备变量，可以在动画窗口中把设备管理中新建的设备变量与监控画面中的控件属性进行绑定。设备变量可以关联函数实现对设备参数进行处理后显示与存储，如位计算、除法、乘法、正弦、余弦，支持四则混合运算。
应用场景
工业企业智能制造的基础是数据，数据流转形成业务闭环是实现由人指导生产改为由数据指导生产的关键。本发明的重点是开发一套装备信息化组态平台可以快速使用组态化技术构建设备驱动层上位机系统，进而实现数据在MES、大数据分析平台等管理应用层与底层设备之间的贯通，最终形成工艺制定（MES）-下发执行（上位机/组态平台）-过程监控(监控/组态平台)-工艺追溯（MES）-工艺改进（大数据分析平台）-工艺制定（MES）业务闭环。通过组态系统在设备自动化的基础上建设设备驱动层系统，即上位机系统，实现各设备的生产计划管理、工艺配方下传、生产过程监控、设备报警管理、扫码验证处理、物流设备调度、数据实时采集、报表记录汇总、工艺回溯验证，实现驱动设备按指定的工艺和计划进行生产。
