董 靜，劉德龍，秦 鑫，吳志明

（1.中國水利水電科學研究院,北京 100038；2.四川水利科學研究院，四川 成都 610000；3.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

1 引言

隨著信息技術與工業(yè)控制領域的交叉融合，對生產(chǎn)過程自動化水平提出更高要求。由于傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件在被控對象發(fā)生改變時必須編寫控制系統(tǒng)源程序，無法滿足隨時變化的需求，組態(tài)軟件（Configuration software）應運而生[1]。由于組態(tài)軟件在SCADA中的成功應用，用戶可通過非編程方式（如特定參數(shù)、圖形連接等）執(zhí)行特定功能，無需再對運行程序源代碼進行大量繁瑣的編程工作。

組態(tài)軟件一直被廣泛應用于工業(yè)控制領域，已經(jīng)有諸多成熟的產(chǎn)品。例如：美國的In Touch功能完善、穩(wěn)定性強，但通信性能較差、實時性不佳，iFIX擁有較為完善的功能和友好的操作界面，但受操作系統(tǒng)影響較大；德國的Win CC具有良好的靈活性和開放性，但操作繁瑣，需對用戶進行專業(yè)培訓；國產(chǎn)組態(tài)軟件有北京亞控公司的組態(tài)王、北京昆侖通態(tài)公司的MCGS等，組態(tài)王圖像功能豐富，接口涵蓋市面上大部分種類，但網(wǎng)絡功能較差，MCGS界面簡潔，但圖庫類型較少[1,2]。

2 邏輯組態(tài)軟件應用需求

隨著計算機技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)代化社會對水利水電工程運維的要求已從自動化逐步演變?yōu)橹悄芑?。智能化要求帶來了從?shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析以及控制邏輯的多變性，在常規(guī)的控制系統(tǒng)中，開發(fā)人員往往是應對用戶的個性化需求編寫專門的軟件，通常面臨軟件更新慢、維護難、人員要求高等諸多問題，阻礙了水利水電工程的智能化進程。而目前已有的通用組態(tài)軟件多為基于底層設備及數(shù)據(jù)庫的組態(tài)，可完成監(jiān)控畫面定制等基本功能，但對綜合計算、閉鎖條件判定等邏輯處理過程尚無專門的功能組件。因此，急需研發(fā)一套面向水利水電工程運維人員的圖形化編程平臺，實現(xiàn)無需編寫代碼，只通過類似繪圖的圖元拖拽、關系連線、參數(shù)設置等簡單操作，即可完成新增功能的軟件設計，從而滿足數(shù)據(jù)的預處理、數(shù)據(jù)分析、自動控制流程、控制閉鎖、自動巡檢等智能化任務的需求。

作為面向智慧水電廠，圍繞數(shù)據(jù)資源整合化、工程管理智能化、系統(tǒng)互聯(lián)互通等行業(yè)需求進行設計和開發(fā)的iP9000 智能一體化平臺，不僅可以構建功能強大、安全可靠、高速高效的新一代水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)，同時為水電廠各智能應用的開發(fā)和接入提供了一個很好的統(tǒng)一開放的數(shù)據(jù)管理、開發(fā)維護、運行管理平臺[3]。而HCON是為iP9000平臺設計的一款可視化邏輯組態(tài)軟件，主要用于iP9000綜合計算和閉鎖條件(基于SPL)的設計與配置工作、iSMA2000的專家分析模塊邏輯設計(基于python)。

3 HCON的設計

3.1 工作流程

通過對通用的邏輯、算術、系統(tǒng)交互、復雜算法等各種運算過程進行抽象，可將任意一種運算過程抽象為包含輸入和輸出的算法模塊，再通過對多個算法模塊組合連接，理論上能通過圖形組態(tài)出任意復雜的算法或邏輯判斷。HCON正是基于該理念進行設計，其主要工作流程如圖1所示：

圖1 平臺工作流程

3.2 技術架構

隨著工業(yè)控制系統(tǒng)應用的不斷深入，組態(tài)軟件出現(xiàn)了支持跨操作系統(tǒng)平臺運行、支持多種控制算法和腳本語言、支持移動互聯(lián)網(wǎng)等方面的發(fā)展趨勢?；趯嶋H工程應用需求考慮，本平臺應能兼容所有Windows、Linux主流操作系統(tǒng)，在我國實施國產(chǎn)化戰(zhàn)略的背景下，更應考慮與凝思、麒麟、統(tǒng)一等國產(chǎn)Linux操作系統(tǒng)的兼容性。因此在技術選型上選擇運用Node.js、Python和HTML5技術完成平臺的開發(fā)工作。其中HTML5前端技術用來構建平臺界面，基于Node.js的Electron將前端界面桌面化，Python語言完成圖形邏輯到目標語言的解析轉換過程。

圖2 HCON技術架構圖

3.3 功能模塊

HCON的模型組態(tài)功能主要包括平臺登錄、模型設計、模型檢查、模型發(fā)布及編譯。

（1）平臺登錄

考慮到HCON邏輯組態(tài)工具與iP9000的同步性，需使用在線模式以iP9000平臺的用戶名和密碼登錄，并配置與之一致的SERV_PROXY服務器IP地址及端口號，若使用離線模式登錄，將無法使用模型檢查、對象數(shù)選取對象、發(fā)布、編譯等功能。

（2）模型設計

模型設計功能包括：根據(jù)用戶的操作習慣，采用文件夾的方式在界面的解決方案管理器中管理hcon文件；通過從模型庫拖拽公用模塊元件到工作區(qū)，實現(xiàn)模型組件選取操作，使得軟件更加易用，具備人機友好的操作界面；邏輯間的關聯(lián)關系通過連線的方式即可實現(xiàn)；實時庫操作模塊，可設置對象名和屬性；為了保證邏輯組態(tài)畫面的可視化效果，可通過內置按鈕對圖形進行對齊和分布。

（3）模型檢查

完成模型設計后，系統(tǒng)可自動對模型進行檢查，檢查內容包括對象名設置是否正確、屬性名是否設置，保證模型的準確性和信息完整性。

（4）模型發(fā)布及編譯

系統(tǒng)在模型檢查完成后即可發(fā)布模型，模型發(fā)布功能主要包括：生成模型描述文件，方便接入平臺的模型解析，HCON中生成.json的 模型描述文件；為了便于腳本/任務運行，HCON中調用腳本轉換程序，生成.spl6文件，iP9000（spl）可解析該運算模型文件；腳本轉換程序將.hcon文件和.spl6文件存至iP9000一體化平臺的配置庫，便于后續(xù)解析和運行調用。

4 HCON的實現(xiàn)

HCON應用于iP9000的過程包括模型設計、模型發(fā)布、模型編譯、模型測試和運行配置。

模型設計過程是在HCON可視化邏輯組態(tài)設計器中，通過拖拽、連接、配置的操作，完成復雜的綜合計算、閉鎖等邏輯設計。設計完成后，HCON將模型一鍵發(fā)布至iP9000的系統(tǒng)配置庫。模型編譯是指在HCON中通過調用iP9000的后臺服務，并通過一鍵操作將發(fā)布的模型編譯成二進制，使其具備測試或運行的條件。模型測試是在HCON中對腳本進行測試，實現(xiàn)在不影響iP9000系統(tǒng)生產(chǎn)環(huán)境的情況下查看各個模塊的計算結果。運行配置是指在HCON中即可對模型的運行方式進行配置，同時支持定時運行或周期運行等方式。

其中發(fā)布生成的.json模型描述文件可直接用于iP9000中的專家分析模塊，編譯生成的.spl6和.hcon文件直接存至iP9000配置庫可直接由iP9000（spl）解析調用。

iP9000解析HCON模型的數(shù)據(jù)流如圖3所示：

圖3 模型解析數(shù)據(jù)流圖

HCON主界面如圖4所示。其中上方區(qū)域為工具欄；左側區(qū)域為元件庫（公用模型算法庫）；中間區(qū)域為圖形化編程區(qū)域（畫布）；右側區(qū)域上部為解決方案管理器、下部為模型屬性編輯器。

圖4 操作界面

5 結束語

HCON是以iP9000智能一體化平臺為運行容器設計并研發(fā)的圖形化組態(tài)軟件，通過基于Node.js及HTML圖形庫技術實現(xiàn)跨平臺的可視化編程平臺，完善了腳本管理功能，實現(xiàn)腳本函數(shù)庫的可擴展性。用戶只需通過拖拽元件、修改元件參數(shù)、創(chuàng)建功能模塊的連線關系和設置功能模塊運行條件等簡單的繪圖操作，即可完成自動化控制系統(tǒng)中的綜合計算、閉鎖條件等邏輯的設計、發(fā)布、管理、調試及執(zhí)行，為水利水電工程的智能化運維提供有力的技術保障。