基于IEC61499标准的分布式控制系统设计打包机

基于IEC61499标准的分布式控制系统设计

基于IEC61499标准的分布式控制系统设计 2011： 20世纪90年代以来，计算机技术、通讯技术、控制技术的发展促使控制系统向数字式、分布式、开放可互操作和面向开放式互连网络的现场总线控制系统（FCS）发展。与此同时，工业自动化系统中已开始应用先进制造、模糊控制、人工神经网络、人工智能技术和专家系统。制造自动化向计算机集成制造系统（CIMS）、精良生产、敏捷制造、整分制造系统（Holonic Manufacturing System）方向发展，过程工业向计算机集成过程系统（CIPS）发展。新型工业控制系统具有的一些控制要求和特点，如实时控制、分布控制、事件驱动控制、智能控制，不仅实质地提高了工业系统的控制功能，同时也对其系统功能的实现提出了新形式和高要求。在工业实现领域，硬件和软件技术的发展促使在工业控制和自动化的末端设备（传感器和执行器）里可嵌入的功能达到一个新高度。这些自治的智能末端设备节点是实现控制功能的基本单元，通过网络可将它们连接起来形成一个完整系统。利用基本单元组成完整的控制系统，需要有体系化的框架、方法和工具。这些框架、方法和工具应该支持这些设备中控制功能――知识特征（IP）的广泛使用，同时支持把这些设备组合成可伸缩、可变形自动化（SFA）系统。这些框架、方法和工具的主要要求包括[1]： (a) 面向软件组件，支持IP封装、重用和移植；(b) 设备互操作性；(c) 分布和集成应用的能力；(d) 可伸缩性；(e) 可扩展性；(f) 可重构性。在过去的十多年中，IEC TC65一直在开发一系列的使用功能块的标准满足以上要求。其中的主要标准IEC 61499定义了分布式工业过程测量与控制系统中使用的功能块。利用健壮、可重用、即插即用的软件组件——功能块对局部细节问题提供解决途径，然后将所有的功能块通过网络连接、集成并形成分布式应用以解决整体的工业控制问题，从而构建全分布、全开放、面向对象的工业控制系统。1IEC 61499功能块标准1．1 概述IEC 61499是用于分布式工业过程测量与控制系统功能块的标准。1990年，IEC TC65（国际电工协会第65技术委员会）收到一个将分布式工业过程测量与控制系统中的软件模块（称“功能块”）某些方面标准化的建议，其中特别强调了使用IEC 61158现场总线标准的IPMCS。功能块同时也是可编程控制器使用的编程语言标准IEC 61131-3的基本组成部分之一，因此TC65决定制定功能块的通用模型，这就是IEC 61499标准的由来。IEC 61499标准是随着系统控制功能分散化、智能化的要求出现的。利用现场总线设备、智能仪器和传感器构造的大型复杂控制系统，控制功能可物理分散在许多设备中，不同设备中的软件通过通讯网络互连起来。利用IEC 61499标准，由功能块实现这些软件单元，并根据标准规定进行功能块互连，可实现分布式系统的控制功能。例如，智能压力传感器可定义成一个内嵌的模拟输入AI功能块，它提供一组已定义的输入和输出，比如实际测量压力值、传感器标定值和错误状态。利用IEC 61499标准，这些输入和输出可连接到其他功能块的输入和输出，例如压力传感器错误状态就可连接到一个驱动报警显示的功能块，而所有这些功能块分散在一个分布式系统的不同设备中。这种方法为控制系统的设计和改进提供了高度灵活性。IEC 61499功能块能实现这种完全的分布式IPMCS，其关键在于采用软件组件（software component）技术设计功能块。组件是独立于特定程序设计语言和应用系统、可重用和自包含的软件成分。组件技术是基于面向对象的、支持拖放（drog and drop）和即插即用（plug and play）的软件开发概念。基于组件技术的开发方法，具有开放型、易升级、易维护等优点。目前主要有CORBA、COM和JavaBeans[2]三种组件技术规范，具体实现时可自由选择。IEC 61499功能块是健壮的、可重用的软件组件，一个功能块提供对特定问题的解决方法，例如对阀的控制，或控制工厂的主体单元（如整条生产线）。系统设计者构建分布式控制系统时，根据控制功能需要选择特定功能块，并按照IEC 61499标准将它们进行软件互连，设计灵活，且系统可伸缩、可变形。可预见将来的工业控制器和仪表可把功能块作为设备固件的一部分，或从功能块库里选择下载，而系统设计将成为功能块选择、组态和互连的简单工作。IEC 61499标准分为体系结构、软件工具要求、应用规则和符合行规规则四部分。标准定义了一个通用体系结构，并制定了功能块在分布式IPMCS中的应用规则。标准内容包括：各种参考模型，如系统模型、设备模型、功能块模型、管理模型等；IPMCS中功能块的声明规则、行为规则、应用规则；管理应用、资源和设备时功能块的使用规则；设计、实现、操作和维护分布式IPMCS的工程支持。此体系结构以参考模型、文本语法和图形表示为基础，利用它们可以实现以下工程任务：功能块类型的规范和标准化；系统功能和元素的标准化；分布式IPMCS的规范化、分析和验证；分布式IPMCS的构造、实现、操作和维护；实现以上功能的软件工具间信息交互。1．2 IEC 61499体系结构依照IEC 61

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