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工業控制組態軟件開發
作者: 由你创
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一、什麼是工業控制組態軟件？
工業控制組態軟件，在香港亦常稱為 SCADA/HMI 軟件，是為工業自動化領域提供的專用軟件開發平台。
- 「組態」 的含義是「配置」和「設定」。用家無需編寫複雜的程式碼，而是透過「砌積木」式的圖形化配置，快速構建適合特定工業場景的監控與控制系統。
- 它的核心目標是：讓工程師能夠高效地創建人機互動介面，實現對生產線、設備、工藝參數的即時監控、操作、警報和管理。
一個簡單的比喻： 它就像是工業界的「WordPress」或「Wix」。你不需要從零開始用HTML/CSS/JS編寫一個網站，而是透過主題、插件和小工具來拖拽搭建。組態軟件就是工業界的「可視化搭建工具」。
二、核心功能模組
- 圖形介面開發模組
- 核心中的核心。提供豐富的圖庫（泵、閥門、管道、摩打、儀錶等）、繪圖工具和動畫連結功能。
- 開發者可以將圖形物件與現場設備的即時數據（數據點/變量） 進行關聯，實現動態效果，如顏色變化、位移、旋轉、填充、數值顯示等。
- 數據採集與通訊驅動
- 負責與下層硬件（如PLC、DCS、智能儀錶、機械人、數控机床等）進行通訊。
- 需要支援多種工業通訊協定，如 Modbus (RTU/TCP), OPC (UA/DA), PROFINET, EtherNet/IP, Siemens S7, MQTT 等。
- 通常以「驅動程式」或「插件」的形式存在，需要為每種協定開發獨立的通訊模組。
- 實時數據庫
- 組態軟件的「大腦」。用於儲存、管理和處理從現場採集來的海量實時數據和歷史數據。
- 需要極高的讀寫效率和可靠性，支援數據壓縮、警報計算、數據導出等功能。
- 警報與事件管理
- 允許用家配置變量的警報條件（如上限、下限、偏差等）。
- 當觸發警報時，系統會記錄警報資訊（時間、類型、數值）、發出聲光提示，並生成警報日志。
- 歷史數據與趨勢分析
- 將實時數據持久化儲存到歷史數據庫中。
- 提供趨勢圖控件，允許用家回放歷史數據，分析生產過程的變化情況。
- 指令碼系統
- 為了滿足複雜邏輯控制的需求，純圖形化配置可能不夠靈活。
- 因此需要集成指令碼引擎（如VBScript, JavaScript, C-like語法或Python），允許高級用家編寫自訂邏輯。
- 安全與權限管理
- 提供用戶角色和權限管理，控制不同級別的操作員對畫面、操作、參數的存取權限（如唯讀、可操作、管理員）。
- 部署與運行時
- 開發環境：用於創建和配置項目的整合開發環境 (IDE)。
- 運行環境：將開發好的項目編譯打包，作為一個獨立的應用程式在現場的工控機或伺服器上運行，負責實際的監控任務。
三、技術棧與開發工具
| 模組 | 可選技術方案 | 說明 |
|---|---|---|
| 開發語言 | C++ | 傳統首選，效能極高，適合底層通訊、圖形渲染和核心數據庫開發。 |
| C# /.NET | 現代流行，開發效率高，依託Windows平台和WPF/WinForms，能快速構建強大的圖形介面。 | |
| Java | 跨平台性好，但在高效能實時處理和本地硬件互動上有時不如C++/C#。 | |
| Web技術 (HTML5/JS/CSS) | 未來趨勢，基於Web的組態軟件（SCADA/HMI in HTML5）。利用Canvas/SVG/WebGL進行渲染，後端用Go/Java/Python等。 | |
| 圖形庫 | OpenGL, DirectX | C++方案常用，用於實現高效能的2D/3D圖形渲染。 |
| WPF, WinForms | C#方案專用，WPF尤其適合開發炫酷且靈活的UI。 | |
| Qt (C++) | 非常流行的跨平台框架，同時支援C++和QML，廣泛應用於工業軟件UI開發。 | |
| Three.js, WebGL | Web方案使用，用於在瀏覽器中實現3D可視化。 | |
| 通訊協定庫 | 自研或開源庫 | 如libmodbus, node-opcua, pymodbus等，需要根據所選語言進行集成和封裝。 |
| 數據庫 | 自研實時數據庫 | 為極致效能，大型組態軟件通常會自研專用的實時數據庫。 |
| SQLite | 輕量級，適用於嵌入式或小規模場景的歷史數據儲存。 | |
| 時間序列數據庫 | 現代趨勢，如InfluxDB、TDengine，專門為儲存時間序列數據設計，高效壓縮和查詢。 | |
| Redis | 可作為記憶體實時數據庫的補充，效能極高。 | |
| 部署方式 | C/S架構 | 傳統方式，開發站和運行站分離，運行站通常是Windows桌面應用。 |
| B/S架構 | 現代主流，只需一個瀏覽器即可存取HMI/SCADA系統，無需安裝客戶端，維護方便。 |
工業控制軟件，用於監控自動化設備或者控制系統的運行。傳統的上位機軟件採用組態方式完成，具有穩定易開發的特點，但是也存在著人機交互差、互聯互通能力較弱、功能過於單一、無法滿足個性化需求等問題，已經無法適應新時代的自動化控制需求，特別是在智能製造、工業4.0及中國製造2025概念提出之後，傳統的自動化系統都需要朝智能化方向升級改造。
由你創專注於自動化控制方面的積累及對上位機軟件開發的豐富經驗，採用高級語言定制開發，並將多種功能模組標準化，既滿足企業對智能化的需求，亦具備定制開發周期短、軟件運行穩定等特點，為新製造時代的企業生產製造賦予新動能。
