HCON-基于iP9000的可視化組態軟件設計與實現

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有限公司，北京 100038）

1 引言

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

組態軟件一直被廣泛應用于工業控制領域，已經有諸多成熟的產品。例如：美國的In Touch功能完善、穩定性強，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，需對用戶進行專業培訓；國產組態軟件有北京亞控公司的組態王、北京昆侖通態公司的MCGS等，組態王圖像功能豐富，接口涵蓋市面上大部分種類，但網絡功能較差，MCGS界面簡潔，但圖庫類型較少[1,2]。

2 邏輯組態軟件應用需求

隨著計算機技術的飛速發展，現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為智能化。智能化要求帶來了從數據處理、數據分析以及控制邏輯的多變性，在常規的控制系統中，開發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軟件多為基于底層設備及數據庫的組態，可完成監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，急需研發一套面向水利水電工程運維人員的圖形化編程平臺，實現無需編寫代碼，只通過類似繪圖的圖元拖拽、關系連線、參數設置等簡單操作，即可完成新增功能的軟件設計，從而滿足數據的預處理、數據分析、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，圍繞數據資源整合化、工程管理智能化、系統互聯互通等行業需求進行設計和開發的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控系統，同時為水電廠各智能應用的開發和接入提供了一個很好的統一開放的數據管理、開發維護、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

隨著工業控制系統應用的不斷深入，組態軟件出現了支持跨操作系統平臺運行、支持多種控制算法和腳本語言、支持移動互聯網等方面的發展趨勢。基于實際工程應用需求考慮，本平臺應能兼容所有Windows、Linux主流操作系統，在我國實施國產化戰略的背景下，更應考慮與凝思、麒麟、統一等國產Linux操作系統的兼容性。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的模型組態功能主要包括平臺登錄、模型設計、模型檢查、模型發布及編譯。

（1）平臺登錄

考慮到HCON邏輯組態工具與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、對象數選取對象、發布、編譯等功能。

（2）模型設計

模型設計功能包括：根據用戶的操作習慣，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，實現模型組件選取操作，使得軟件更加易用，具備人機友好的操作界面；邏輯間的關聯關系通過連線的方式即可實現；實時庫操作模塊，可設置對象名和屬性；為了保證邏輯組態畫面的可視化效果，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）模型發布及編譯

系統在模型檢查完成后即可發布模型，模型發布功能主要包括：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，便于后續解析和運行調用。

4 HCON的實現

HCON應用于iP9000的過程包括模型設計、模型發布、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將模型一鍵發布至iP9000的系統配置庫。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，實現在不影響iP9000系統生產環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模型的數據流如圖3所示：

圖3 模型解析數據流圖

HCON主界面如圖4所示。其中上方區域為工具欄；左側區域為元件庫（公用模型算法庫）；中間區域為圖形化編程區域（畫布）；右側區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的圖形化組態軟件，通過基于Node.js及HTML圖形庫技術實現跨平臺的可視化編程平臺，完善了腳本管理功能，實現腳本函數庫的可擴展性。用戶只需通過拖拽元件、修改元件參數、創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中的綜合計算、閉鎖條件等邏輯的設計、發布、管理、調試及執行，為水利水電工程的智能化運維提供有力的技術保障。