在当前的工业自动化系统中软件的应用已经成为必不可少的组成部分，特别是我们经常所说的上位机软件其在系统中的重要地位已经被系统设计人员放在很重要的地位来考虑，越来越多的用户在关心上位机软件的功能和应用的范围，一般意义上的上位机软件应具有人机界面和数据采集与监督控制等功能，上位机软件的这些作用可以从以下两个不同的方面来考虑：

在上图所示的应用中上位机软件作为人和机器与过程的一个界面,是将两者紧密联系在一起的集成单元，使人可以参与控制，在这种系统中上位机软件可以被称之为人机界面软件（MMI）。

同样作为一个界面，此时上位机软件担负的是将控制与管理集成的作用，好的上位机软件可以直接将生产过程中的数据和信息传输给管理信息系统中。实现两类不同系统的无缝隙数据交换由此看来，一个真正的强功能上位机软件的功能可以由下面的图来描述：
从上图中，我们可以看出人机界面和数据采集与监督控制软件是处于整个控制系统的中心地位，它将控制设备、管理系统和人有机地连接在一起。控制设备中所产生的工厂数据被采集到上位机系统中并以形象的方式提供给操作人员；操作人员或者系统管理人员对过程和设备的操作指令通过上位机下发给控制设备；上位机将采集到的过程中的数据加以整理和格式化形成生产数据并传给管理系统；同时管理系统产生的对生产过程的调度和决策命令也传给上位机分解和下发。
　　目前，不少供应厂商可以提供相应的上位机软件系统，他们的功能各不相同，应用范围也不一样。而尤为值得推荐的是一个名为CIMPLICITY系统的软件，它是美国GE Fanuc公司推出的能够提供企业级解决方案的人机界面和数据采集与监督控制软件。GE Fanuc公司是世界上首屈一指的控制系统生产厂家，它的一个很大的特点就是同时提供自行开发的软硬件产品，而其软件系统又是一直处于领先的地位并具有很强的特点。以下介绍的是CIMPLICITY系统的一些主要的功能和特点。
软件的组成

　　CIMPLICITY系统是模块化的软件结构，它由软件核心，基本系统，可选模块和设备通讯组件等组成
CIMPLICITY系统的一个重要特点是能够支持多平台，CIMPLICITY能够运行的计算机硬件系统包括：Intel系列微处理器的个人计算机、DEC Alpha工作站、HP-9000系列、IBM PowerPC、IBM RS-6000和DEC VAX等不同系列。而它能够支持的计算机操作系统包括：最新流行的32位Windows如Windows NT 4.0、Windows 95；UNIX系统和VMS系统等。
CIMPLICITY基本系统的功能包括：


系统的配置和组态
实时数据库的维护和管理
画面编辑和显示
报警的发布与处理
数据登录和报告
数据趋势的显示和分析
事件处理和程序脚本控制
统计过程控制等
　　可选模块包括：

配方管理和控制
系统开发工具包
主机冗余模块
生产过程跟踪控制系统
多处理器支持
X11终端仿真
　　这些模块和组件都是建立在CIMPLICITY系统内核基础上的，通过内核实现对计算机操作系统乃至硬件的访问和控制。　　　CIMPLICITY系统是一个典型的实时多任务系统，它内核中的各个管理模块和基本系统，可选模块以及设备通讯可同时装载到计算机内存中运行，为系统提供服务。
　　IMPLICITY将系统分成服务器和浏览站两种软件系统形式:

  


　　CIMPLICITY服务器软件可以安装在计算机中并通过通讯链路采集控制器中的数据，将数据放在服务器的共享数据库中，同时服务器还具备人机界面和监控的各种功能。

　　CIMPLICITY浏览站软件同样可以安装在计算机中并具备人机界面和监控的各种功能，但是它不能直接与控制器相连采集过程数据，而这些数据都是来自于服务器节点上的共享数据库的。

　　 服务器和浏览站同时连接到TCP/IP网络上，通过网络进行数据的传输和交换，我们可以看出这是一个典型的客户/服务器的体系结构。如果我们充分利用这种结构就可以为方便地建构系统提供灵活性，降低系统的造价同时优化系统的整体性能。下表分别列出了可以用于服务器和浏览站的软硬件：
CIMPLICITY的通用功能

　　CIMPLICITY具备一般人机界面和计算机监督控制软件应具备的各种通用功能，但在下面我们可以看到CIMPLICITY特有的一些通用功能： 图形用户界面，CIMPLICITY采用标准Windows GUI作为自己的图形用户界面，而且它的外观完全按照Microsoft Office的标准设计，这样用户可以不用专门进行学习就可以熟悉它的环境。不论是在系统还是在屏幕组态时都采用面向目标的设计方法，用户只需要拖曳鼠标和填表就可实现。CIMPLICITY系统支持24位真彩色，用户可以在自己的画面中使用1600万种颜色。在屏幕中用户可以建立包括直线，折线，圆，椭圆，方形，文字，按钮，弧形，图框等内部静态目标；同时还可以通过目标内嵌和链接(OLE)将报警、趋势、图表、图象、声音以及其它目标连接到自己的屏幕中；CIMPLICITY还附带了一组图形目标库，用户可以将目标库中的元素输入到自己的屏幕中。CIMPLICITY支持的目标动态包括：数值显示、移动、闪烁、旋转和填充、颜色变化、可见性控制以及图框动态；系统支持将一组动作甚至于一段程序与目标相连接以实现控制功能；还可以将帮助文本或文件与目标和屏幕相连接以便为操作人员提供指导操作的信息；

　　CIMPLICITY可以通过使用图框包容器、内嵌媒体控制器以及在程序脚本中使用MCI API来支持各种多媒体的功能。而在实际使用中最为方便的是用户可以创建自己的目标向导，通过这种方法用户能够事先创建自己常用的目标，而对这个目标中的控制，用户可以使用中间变量，这样生成的目标向导用户在实际应用时可以用实际数据点替代中间变量，这样就大大加快了屏幕开发的效率，加强了屏幕的美观程度。

　
　　数据管理，CIMPLICITY系统在计算机的内存中驻留并维护了一个实时数据库，系统将各种数据以数据点的形式保存在这个数据库中，并以此为基础向整个系统提供数据服务。在这个数据库中有两种类型的点：设备点和虚拟点，其中设备点是直接与控制设备相关联的数据点，而虚拟点则是存储在计算机内存中的数据，它不与控制设备关联。为了节省系统的开支，CIMPLICITY分为75点、150点、300点和无限点系统，这是指CIMPLICITY可以在本台计算机中能够采集到的设备点的多少，而不论是多少点的系统对虚拟点来说都不受点数的限制，唯一的限制是计算机的资源。

　　 在CIMPLICITY中能够处理的数据类型有数字量、模拟量、整数、浮点数、字符串、数组和结构等，在进行数据采集时可以指定采集方式，如在需要时进行采集、按命令采集、以扫描周期采集、定间隔数据采集、有数据变化时采集和无申请数据采集，这样的划分可以最大限度地优化系统的性能，降低系统的负荷。在数据采集到之后CIMPLICITY可以对数据进行系统处理，处理方式包括：事件驱动的算术和逻辑运算、逻辑关系运算、报警状态处理、定时器、对数和指数运算、三角函数、按位运算、字符串处理、数制转换、工程量转换以及包括取平均值、最大值、最小值、取中间值、记录历史值等功能在内的统计运算。 对于报警的处理，除了一般功能之外，你可以定义报警帮助信息，这样当有报警出现的时候就可以弹出相应的帮助画面对操作人员进行指导；你可以按照自己喜欢的格式组织和定义报警信息和报警窗口的显示方式，并指定将报警登录到打印机或者数据库中；CIMPLICITY还可以实现网络化的报警功能，它能在一个站点上看到网络中其它服务器上的报警；当报警出现时，你可以对报警信息进行排序，以便操作人员总能看到最重要的报警，而且能够对报警进行路由选择，也就是说，当报警出现时只有相关的操作人员和系统人员才能看到。

　　控制功能，利用这部分功能使你能够实现软件对工业过程的自动控制。在CIMPLICITY中可以通过事件-动作机制实现控制功能，在系统中你可以定义各种事件，事件的种类包括屏幕的打开，关闭、鼠标的按下和松开，按键的按下和松开、定时调度、出现报警和数据变化等等。当这些事件产生时，系统可以自动触发一系列预先设置的动作。动作的类型包括：事件和报警登录，数据点的设定，执行程序脚本，执行外部程序以实现所需要的操作。

　　创建程序脚本是CIMPLICITY的一个特点，它允许用户用类似于Visual Basic这种类型的编程语言来创建程序，这些程序作为响应事件的动作被执行。编程语言有一个超过600个标准功能的丰富的程序集，程序编辑器提供了一个与Visual Basic语言极为相似的用户命令环境，并且还提供了一个目标接口，通过这个接口可以访问CIMPLICITY的数据点、报警、和错误记录，进一步丰富了编程语言。程序编辑器是一高效率的工具，比在C或C++环境下编程更加容易，如果要通过目标接口访问CIMPLICITY的数据点，你只需要编制1或2个基本程序调用就可以完成对点值的设定和读取，与此相对，如果用C语言执行同样的功能，则需要15个或更多的调用。通过这个程序编辑器编辑出的程序脚本可以进行算术运算、逻辑运算、字符串处理、文件处理、数组处理、DDE、Windows界面等各种功能。同时，CIMPLICITY还具有统计过程控制和配方管理等控制功能。

系统的开放性

　　 CIMPLICITY系统具有很强的开放性能力，通过它用户可以利用自己喜欢的工具开发适合自己应用的模块与CIMPLICITY系统同时使用并共享资源。 支持工业化标准，建立在Microsoft Windows 基础上的CIMPLICITY HMI软件被设计成完全符合Windows NT和Windows 95 32位结构和所有的Microsoft标准，例如OLE2.0, DDE, ODBC以及Microsoft用户接口风格形式。这意味着基于MS-Windows上的CIMPLICITY软件能够与其它遵从此类标准的软件包完全彻底地集成在一起。例如我们可以通过DDE的方法使得Excel等电子表格访问CIMPLICITY的数据点和各种资源，以便创建报告和统计等。可以DDE与你自己编写的Visual Basic以及C/C++的应用程序交换数据。可以通过NetDDE的方法建立网络上各个上位机之间的数据交换和共享。你也可以通过OLE的手段将你自己的屏幕变成为一个典型的组合文档：

  
　　CIMPLICITY软件利用微软的开放数据库互连标准(ODBC)来提供给用户记录报警，事件和点值到一个ODBC数据库的能力。有了这个功能你就有机会选择一个最好的，最适合你的应用系统的符合"ODBC"标准的数据库进行数据管理，也能够选择可靠的报告软件包来管理和报告这些管理信息。

　　CIMPLICITY软件(Windows 95和Windows NT上的)包括了登录到一个Microsoft Access数据库文件格式的能力。为了增加灵活性和可执行性，Windows NT基础上的CIMPLICITY数据登录器支持登录数据到一个微软的SQL Server 6.0数据库。采用SQL Server就可以很容易地将生产数据直接传输到相应节点上的管理信息系统上，从而为提供企业级解决方案打下基础。

　　系统开发工具包，CIMPLICITY系统中提供了一组系统开发软件工具，这组工具包括：点管理应用程序界面、报警管理应用程序界面和设备通讯开发工具箱。这是应用程序界面（API）的集合，当你开发你自己的程序系统时，可以调用它们实现与CIMPLICITY系统之间的通讯和资源共享。通过对点管理API和报警管理API的调用，你的诸如C/C++等程序能够访问CIMPLICITY的数据点的状态和报警的信息和资源，而设备通讯开发工具箱能够让你自行开发面向自己设备的设备通讯驱动程序。这样会使你的系统的能力大大加强。



　　软件背板总线，这是GE Fanuc公司提出的一个新的概念。我们都知道控制系统都是建立在硬件背板总线上的，通过这个总线，各个模板之间进行数据交换和资源共享。与此相类似，软件也需要进行相互之间的数据和资源的共享。因此，GE Fanuc在其软件系统之间也建立了一个软件背板的标准，任何符合此标准规范的软件系统都可以通过它进行共享。同时还可以将共享数据库放在这个背板总线上，这样控制系统的数据更新由共享数据库实现，其它系统都通过背板总线访问数据库，而没有必要每个系统单独访问并维护自己的数据库，这样即减轻了整个系统的负荷，又提高了数据的一致性，而且未来用户自己开发的软件系统也可以遵循这个规范，与GE Fanuc的软件融合成为一体。

设备通讯

　　CIMPLICITY系统虽然是GE Fanuc开发的软件系统，但是它是面向整个控制领域的。除了能够与GE Fanuc自己的PLC等控制系统进行通讯之外，CIMPLICITY还能够通过各种设备通讯的方式和手段与各厂家的PLC和控制系统进行通讯。为了实现这一点，CIMPLICITY提供了三种不同的设备通讯的方式：

1、 CIMPLICITY I/O驱动器，这是CIMPLICITY自己包含的设备驱动程序，采用这种方式可以与GE Fanuc的PLC, A-B的PLC以及Modicon的PLC直接通讯，这种方式组态最容易，使用最方便，速度快，通讯可靠，工作量最小：

2、 DDE I/O服务器，CIMPLICITY提供了支持DDE的功能，通过这个功能可以访问第三方的设备通讯的DDE I/O服务器以实现与第三方的设备进行通讯。通过这种方式可以访问ABB, A-B, Siemens变频, Moore, PLC Direct等的控制系统和设备：

3、 Applicom通讯，这种通讯方式可以适用于与多种采用不同通讯协议方式的PLC等控制设备进行通讯，它也可以支持包括高速以太网、Profibus和串行通讯链路在内的不同的通讯介质。对网络的访问采用Applicom网络接口模板，这是一个智能的设备，它可以充分提高系统的通讯性能。通过这种方式可以访问Omron, Schneider, Siemens S5, S7等系统：

生产过程跟踪和决策

　　CIMPLICITY对生产过程的跟踪和决策控制是靠跟踪器选项来实现的。跟踪器典型地可以使用在生产流水线或包装过程中，当所加工的产品通过生产线移动时，这个软件产品提供了对它们进行跟踪和分配路径的控制。

　　使用CIMPLICITY跟踪器，你就能够监视和管理你的生产流程。可以跟踪加工的部件和它们的输送装置在整个生产线中的位置，动态地收集和存贮和你的生产相关的数据，包括生产线中独立加工过程的部件号，过程参数(温度、湿度、压力等等)，时间标记、质量参数和其他一些特性。确定所有被跟踪部件在什么位置上，并且动态地显示关于每个部件的数据。提供控制命令给生产设备来处理材料和为材料分配路径。对生产，加工和包装操作可以实现操作的检查和重加工过程。跟踪器提供了容易和快速开发寻径逻辑的工具。这个工具集能够采用选择路径决策控制使得产品能够在整个工厂里移动，用户能够优化相似任务的批操作，产品生产率或设备利用率。

　　CIMPLICITY跟踪器操作是建立在软件跟踪模式基础上的。这种模式包括传送带或产品路径以及在生产过程期间材料通过的区域，CIMPLICITY跟踪器从各种不同类型的自动化传感器和阅读器中接收数据。这个信息用来监视通过系统的材料的流向和位置。与被跟踪的材料相关的信息被用于指导材料的流向。例如，超过规定重量限制的盒子和容器可能被输送到一个专门的贮藏区域。高的或形状不规整的容器被自动传送到自己的区域。仍然有利用价值的有缺陷的材料能被自动地送到重加工区域－－废料能被送到回收区域。

　　CIMPLICITY跟踪器包括一组生产跟踪API，它可以使你将诸如质量控制，维护管理，消耗的监视和控制以及MRP等等生产管理系统与跟踪器解决方案进行集成。

系统的本地化支持

　　CIMPLICITY软件系统，特别是它在Microsoft Windows系统上的HMI产品可以支持软件的本地化，这就意味着在CIMPLICITY系统中，你不仅仅可以使用英文，还可以使用本地的语言。特别是对于操作人员能够看到一个完全本地化的语言环境。在CIMPLICITY基于Windows NT和95上的HMI软件中目前可以支持的本地化语言包括法文、德文、意大利文以及简体中文。用户在一张光盘中就可以得到全部这些语种，并可将它们全部装入计算机硬盘中。CIMPLICITY可以根据目前所使用的Windows的语种或者系统语言设置自动显示相应的语言。例如你的计算机中引导的是中文版Windows 95，且系统语言设置为简体中文，那么CIMPLICITY将会在系统的各种资源中显示简体中文。而当你改变了系统的语言设置，例如变为英文，CIMPLICITY也将立即显示英文。其本地化的主要功能包括：在用户屏幕中使用本地语言；运行系统的各种系统资源如菜单，对话框，工具条等均已本地化；系统中的变量，标识符，描述，信息可以使用本地文字。

如何建构CIMPLICITY系统

　　CIMPLICITY系统从其构成上来说是非常灵活的，它可以构成从单机的人机界面到连网的计算机监控系统直至提供完整企业解决方案的系统。以下是几个比较典型的构造系统的实例，从中也可以充分体会CIMPLICITY在结构方面的灵活性。 建立在网络上的系统可以充分利用网络的功能以及客户机/服务器的体系结构实现数据的传输和共享，这可以将网络上的各个计算机资源得到充分的发挥，提高整体性能并降低造价。


  

　　这个系统是一个遵从客户机/服务器的系统，浏览站可以是生产管理部门的计算机，它随时从位于中央控制室中的服务器中将生产数据取出，并将管理部门的生产指令下发给控制系统。服务器则担负数据采集和监督控制的功能。为了更进一步优化系统，服务器之间也可以进行数据共享，这就意味着每个服务器都可以看到别的服务器采集的数据。例如我们有三个服务器分别为75点、150点和300点系统，它们可以从各自的PLC中采集75, 150和300个设备点，但每个服务器却可以看到总共525个来自于PLC的数据点。
企业服务器是一个专用的服务器，它并不像我们前面提到的服务器那样能够采集设备点，它的真正作用是为整个企业系统集中和分配数据：

　　我们都知道浏览站会在企业的不同的位置，而且所需要的数据各不相同。在这种全企业控制的复杂情况下。可以采用企业服务器将现场的生产数据进行集中并分配到相应的浏览站上。
　　生产和管理的结合，通过ODBC CIMPLICITY的过程数据可以很容易地放入管理系统里面，从而将控制和管理紧密地联系在一起，如下一例：

　　我们都知道浏览站会在企业的不同的位置，而且所需要的数据各不相同。在这种全企业控制的复杂情况下。可以采用企业服务器将现场的生产数据进行集中并分配到相应的浏览站上。

　
　　生产和管理的结合，通过ODBC CIMPLICITY的过程数据可以很容易地放入管理系统里面，从而将控制和管理紧密地联系在一起，如下一例：
　　远程访问与Internet/Intranet，这是一个很时髦的话题，但它却代表了未来企业的发展方向，多数企业的系统都是比较分散的，要想在这个基础上提供面向企业的管理和控制一体化解决方案，就必须支持远程服务。CIMPLICITY系统能够支持Microsoft的远程访问服务(RAS)，通过它实现远端的浏览站访问数据服务器。或者通过拨号系统实现CIMPLICITY数据服务器访问远程的控制系统：



　　同时由于CIMPLICITY的网络基础是TCP/IP，不论是CIMPLICITY上位机系统之间还是CIMPLICITY与PLC控制系统之间，其主干网络协议是TCP/IP。这样就具备了将CIMPLICITY系统连入Internet/Intranet系统的能力，使得CIMPLICITY系统通过Internet/Intranet网络进行访问服务和资源共享的功能。这样做的优点在于可以真正将企业中的各种各样的信息快速流通和共享。使一个企业内部不论是管理部门还是生产部门融合为一个有机的整体。能够大大加强企业的反应速度和竞争能力。同时也可以将自己的企业开放融合进入信息社会。
　　当用户在设计自己的监督控制系统时，应该充分考虑系统的需求和投资的规模，只有在这个基础上尽量采用新的技术和手段，使得自己的系统具有实用性和先进性。

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