HCON-基于iP9000的可视化组态软件设计与实现

董 静，刘德龙，秦 鑫，吴志明

（1.中国水利水电科学研究院,北京 100038；2.四川水利科学研究院，四川 成都 610000；3.北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038）

1 引言

随着信息技术与工业控制领域的交叉融合，对生产过程自动化水平提出更高要求。由于传统工业控制软件在被控对象发生改变时必须编写控制系统源程序，无法满足随时变化的需求，组态软件（Configuration software）应运而生[1]。由于组态软件在SCADA中的成功应用，用户可通过非编程方式（如特定参数、图形连接等）执行特定功能，无需再对运行程序源代码进行大量繁琐的编程工作。

组态软件一直被广泛应用于工业控制领域，已经有诸多成熟的产品。例如：美国的In Touch功能完善、稳定性强，但通信性能较差、实时性不佳，iFIX拥有较为完善的功能和友好的操作界面，但受操作系统影响较大；德国的Win CC具有良好的灵活性和开放性，但操作繁琐，需对用户进行专业培训；国产组态软件有北京亚控公司的组态王、北京昆仑通态公司的MCGS等，组态王图像功能丰富，接口涵盖市面上大部分种类，但网络功能较差，MCGS界面简洁，但图库类型较少[1,2]。

2 逻辑组态软件应用需求

随着计算机技术的飞速发展，现代化社会对水利水电工程运维的要求已从自动化逐步演变为智能化。智能化要求带来了从数据处理、数据分析以及控制逻辑的多变性，在常规的控制系统中，开发人员往往是应对用户的个性化需求编写专门的软件，通常面临软件更新慢、维护难、人员要求高等诸多问题，阻碍了水利水电工程的智能化进程。而目前已有的通用组态软件多为基于底层设备及数据库的组态，可完成监控画面定制等基本功能，但对综合计算、闭锁条件判定等逻辑处理过程尚无专门的功能组件。因此，急需研发一套面向水利水电工程运维人员的图形化编程平台，实现无需编写代码，只通过类似绘图的图元拖拽、关系连线、参数设置等简单操作，即可完成新增功能的软件设计，从而满足数据的预处理、数据分析、自动控制流程、控制闭锁、自动巡检等智能化任务的需求。

作为面向智慧水电厂，围绕数据资源整合化、工程管理智能化、系统互联互通等行业需求进行设计和开发的iP9000 智能一体化平台，不仅可以构建功能强大、安全可靠、高速高效的新一代水电厂计算机监控系统，同时为水电厂各智能应用的开发和接入提供了一个很好的统一开放的数据管理、开发维护、运行管理平台[3]。而HCON是为iP9000平台设计的一款可视化逻辑组态软件，主要用于iP9000综合计算和闭锁条件(基于SPL)的设计与配置工作、iSMA2000的专家分析模块逻辑设计(基于python)。

3 HCON的设计

3.1 工作流程

通过对通用的逻辑、算术、系统交互、复杂算法等各种运算过程进行抽象，可将任意一种运算过程抽象为包含输入和输出的算法模块，再通过对多个算法模块组合连接，理论上能通过图形组态出任意复杂的算法或逻辑判断。HCON正是基于该理念进行设计，其主要工作流程如图1所示：

图1 平台工作流程

3.2 技术架构

随着工业控制系统应用的不断深入，组态软件出现了支持跨操作系统平台运行、支持多种控制算法和脚本语言、支持移动互联网等方面的发展趋势。基于实际工程应用需求考虑，本平台应能兼容所有Windows、Linux主流操作系统，在我国实施国产化战略的背景下，更应考虑与凝思、麒麟、统一等国产Linux操作系统的兼容性。因此在技术选型上选择运用Node.js、Python和HTML5技术完成平台的开发工作。其中HTML5前端技术用来构建平台界面，基于Node.js的Electron将前端界面桌面化，Python语言完成图形逻辑到目标语言的解析转换过程。

图2 HCON技术架构图

3.3 功能模块

HCON的模型组态功能主要包括平台登录、模型设计、模型检查、模型发布及编译。

（1）平台登录

考虑到HCON逻辑组态工具与iP9000的同步性，需使用在线模式以iP9000平台的用户名和密码登录，并配置与之一致的SERV_PROXY服务器IP地址及端口号，若使用离线模式登录，将无法使用模型检查、对象数选取对象、发布、编译等功能。

（2）模型设计

模型设计功能包括：根据用户的操作习惯，采用文件夹的方式在界面的解决方案管理器中管理hcon文件；通过从模型库拖拽公用模块元件到工作区，实现模型组件选取操作，使得软件更加易用，具备人机友好的操作界面；逻辑间的关联关系通过连线的方式即可实现；实时库操作模块，可设置对象名和属性；为了保证逻辑组态画面的可视化效果，可通过内置按钮对图形进行对齐和分布。

（3）模型检查

完成模型设计后，系统可自动对模型进行检查，检查内容包括对象名设置是否正确、属性名是否设置，保证模型的准确性和信息完整性。

（4）模型发布及编译

系统在模型检查完成后即可发布模型，模型发布功能主要包括：生成模型描述文件，方便接入平台的模型解析，HCON中生成.json的 模型描述文件；为了便于脚本/任务运行，HCON中调用脚本转换程序，生成.spl6文件，iP9000（spl）可解析该运算模型文件；脚本转换程序将.hcon文件和.spl6文件存至iP9000一体化平台的配置库，便于后续解析和运行调用。

4 HCON的实现

HCON应用于iP9000的过程包括模型设计、模型发布、模型编译、模型测试和运行配置。

模型设计过程是在HCON可视化逻辑组态设计器中，通过拖拽、连接、配置的操作，完成复杂的综合计算、闭锁等逻辑设计。设计完成后，HCON将模型一键发布至iP9000的系统配置库。模型编译是指在HCON中通过调用iP9000的后台服务，并通过一键操作将发布的模型编译成二进制，使其具备测试或运行的条件。模型测试是在HCON中对脚本进行测试，实现在不影响iP9000系统生产环境的情况下查看各个模块的计算结果。运行配置是指在HCON中即可对模型的运行方式进行配置，同时支持定时运行或周期运行等方式。

其中发布生成的.json模型描述文件可直接用于iP9000中的专家分析模块，编译生成的.spl6和.hcon文件直接存至iP9000配置库可直接由iP9000（spl）解析调用。

iP9000解析HCON模型的数据流如图3所示：

图3 模型解析数据流图

HCON主界面如图4所示。其中上方区域为工具栏；左侧区域为元件库（公用模型算法库）；中间区域为图形化编程区域（画布）；右侧区域上部为解决方案管理器、下部为模型属性编辑器。

图4 操作界面

5 结束语

HCON是以iP9000智能一体化平台为运行容器设计并研发的图形化组态软件，通过基于Node.js及HTML图形库技术实现跨平台的可视化编程平台，完善了脚本管理功能，实现脚本函数库的可扩展性。用户只需通过拖拽元件、修改元件参数、创建功能模块的连线关系和设置功能模块运行条件等简单的绘图操作，即可完成自动化控制系统中的综合计算、闭锁条件等逻辑的设计、发布、管理、调试及执行，为水利水电工程的智能化运维提供有力的技术保障。