开放自动化的基础——IEC 61499标准

2022-04-01 11:09:58 admin 55

开放自动化的基础——IEC 61499标准

谈到工业数字化转型,往往绕不开的一个问题是孤岛现象,尤以IT和OT的隔阂为甚。究其原因,无外乎一是人才,既懂IT对OT亦有深刻理解的技术人员少之又少。另一个就是技术标准因素和各大厂商的封闭心态。与IT领域日新月异的发展相比,OT领域技术更新周期较长,传统工业自动化系统基本上都是基于上世纪七八十年年代的原理而开发,这些工业自动化系统是相对封闭的,不同供应商的产品互不兼容。随着数字化进程不断加速,封闭性和专用性极大地阻碍了工业自动系统的升级迁移和创新应用,以及IT和OT深入高效地融合,也为用户增加了大量成本。

工业自动化趋势

很显然,一成不变的工业自动化系统已经难以满足数字化时代对互联互通以及效率的需求,工业自动化领域的变革已箭在弦上。问题是,如何消除这个横亘在工业自动化行业面前并制约行业未来发展的壁垒?可复用、可移植、可重构、可互操作的开放自动化系统,应运而生。

开放自动化的基础——IEC 61499标准

在展开谈开放自动化之前,我们不妨先聊聊其基础和支撑——IEC 61499标准。我们知道,国际电工委员会(IEC)在1993年发布了IEC 61131-3,并逐渐获得全球工业界的广泛认可和接受,成为PLC、DCS、机器人控制等工业控制自动化编程语言的国际标准,为整个工业控制软件技术的发展起了举足轻重的推动作用。然而,由于开发较早,IEC 61131-3在概念上不支持重新配置和分布式控制,其局限性表现在软件模型只支持单一设备编程,缺乏系统的概念,不适应分布式结构的软件要求,不支持并发和随机事件的快速响应,不同厂家设备相互之间也不兼容等。

IEC 61131-3在应对当今复杂工业系统的更高层次要求时,显然力有不逮了。因此,在IEC 61131-3的基础上,IEC启动了IEC 61499标准的开发,历经多年发布了标准的四个部分,包括第1部分IEC 61499-1:结构,综述了基于功能块的分布式系统的设计和建模规则;第2部分IEC 61499-2:软件工具要求;第4部分IEC 61499-4:一致性行规的规则。第3部分IEC 61499-3在2007年因技术过时而被撤销。因此,IEC 61499标准的当前版本由三部分组成。据悉,主要作为系统级的建模规范的 IEC 61499-5正在准备当中。

IEC 61499基于工程师熟悉的框图,将功能块从IEC 61131-3中的子程序结构扩展到分布式计算系统中的功能单位,通常作为系统级可执行建模语言使用。其核心是事件触发的功能块网络,功能块为逻辑代码提供统一接口封装,功能块之间通过事件和数据接口相互连接。作为定义分布式信息和控制系统的高级系统设计语言,IEC 61499具有以下几个主要特点:建立在现有的领域标准的基础上;现代的事件驱动、面向对象的开发语言;硬件抽象;通过连接功能块以图形化的方式对控制算法进行建模;直接支持分布式系统的实时通信;不同供应商的设备可互操作;自动管理资源之间低层级可变化绑定;支持重新组态。

IEC制定IEC 61499标准的初衷是希望功能块标准成为一个通用的标准,它能够用来作为整个工业过程测量和控制领域中各种标准的基础。基于其通用的特性,IEC 61499被定义为“应用领域中性”,也就是说,它不包含任何一个特定领域的特殊特性。其它标准可以使用 IEC 61499 的概念来建立,并且添加它们自身领域的特殊扩展。