開放自動(dòng)化的基礎(chǔ)——IEC 61499標(biāo)準(zhǔn)

談到工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，往往繞不開的一個(gè)問題是孤島現(xiàn)象，尤以IT和OT的隔閡為甚。究其原因，無外乎一是人才，既懂IT對(duì)OT亦有深刻理解的技術(shù)人員少之又少。另一個(gè)就是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)因素和各大廠商的封閉心態(tài)。與IT領(lǐng)域日新月異的發(fā)展相比，OT領(lǐng)域技術(shù)更新周期較長，傳統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)基本上都是基于上世紀(jì)七八十年年代的原理而開發(fā)，這些工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)是相對(duì)封閉的，不同供應(yīng)商的產(chǎn)品互不兼容。隨著數(shù)字化進(jìn)程不斷加速，封閉性和專用性極大地阻礙了工業(yè)自動(dòng)系統(tǒng)的升級(jí)遷移和創(chuàng)新應(yīng)用，以及IT和OT深入高效地融合，也為用戶增加了大量成本。

很顯然，一成不變的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足數(shù)字化時(shí)代對(duì)互聯(lián)互通以及效率的需求，工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的變革已箭在弦上。問題是，如何消除這個(gè)橫亙?cè)诠I(yè)自動(dòng)化行業(yè)面前并制約行業(yè)未來發(fā)展的壁壘？可復(fù)用、可移植、可重構(gòu)、可互操作的開放自動(dòng)化系統(tǒng)，應(yīng)運(yùn)而生。

開放自動(dòng)化的基礎(chǔ)——IEC 61499標(biāo)準(zhǔn)

在展開談開放自動(dòng)化之前，我們不妨先聊聊其基礎(chǔ)和支撐——IEC 61499標(biāo)準(zhǔn)。我們知道，國際電工委員會(huì)（IEC）在1993年發(fā)布了IEC 61131-3，并逐漸獲得全球工業(yè)界的廣泛認(rèn)可和接受，成為PLC、DCS、機(jī)器人控制等工業(yè)控制自動(dòng)化編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn)，為整個(gè)工業(yè)控制軟件技術(shù)的發(fā)展起了舉足輕重的推動(dòng)作用。然而，由于開發(fā)較早，IEC 61131-3在概念上不支持重新配置和分布式控制，其局限性表現(xiàn)在軟件模型只支持單一設(shè)備編程，缺乏系統(tǒng)的概念，不適應(yīng)分布式結(jié)構(gòu)的軟件要求，不支持并發(fā)和隨機(jī)事件的快速響應(yīng)，不同廠家設(shè)備相互之間也不兼容等。

IEC 61131-3在應(yīng)對(duì)當(dāng)今復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)的更高層次要求時(shí)，顯然力有不逮了。因此，在IEC 61131-3的基礎(chǔ)上，IEC啟動(dòng)了IEC 61499標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)，歷經(jīng)多年發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)的四個(gè)部分，包括第1部分IEC 61499-1：結(jié)構(gòu)，綜述了基于功能塊的分布式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建模規(guī)則；第2部分IEC 61499-2：軟件工具要求；第4部分IEC 61499-4：一致性行規(guī)的規(guī)則。第3部分IEC 61499-3在2007年因技術(shù)過時(shí)而被撤銷。因此，IEC 61499標(biāo)準(zhǔn)的當(dāng)前版本由三部分組成。據(jù)悉，主要作為系統(tǒng)級(jí)的建模規(guī)范的 IEC 61499-5正在準(zhǔn)備當(dāng)中。

IEC 61499基于工程師熟悉的框圖，將功能塊從IEC 61131-3中的子程序結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到分布式計(jì)算系統(tǒng)中的功能單位，通常作為系統(tǒng)級(jí)可執(zhí)行建模語言使用。其核心是事件觸發(fā)的功能塊網(wǎng)絡(luò)，功能塊為邏輯代碼提供統(tǒng)一接口封裝，功能塊之間通過事件和數(shù)據(jù)接口相互連接。作為定義分布式信息和控制系統(tǒng)的高級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)語言，IEC 61499具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：建立在現(xiàn)有的領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上；現(xiàn)代的事件驅(qū)動(dòng)、面向?qū)ο蟮拈_發(fā)語言；硬件抽象；通過連接功能塊以圖形化的方式對(duì)控制算法進(jìn)行建模；直接支持分布式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信；不同供應(yīng)商的設(shè)備可互操作；自動(dòng)管理資源之間低層級(jí)可變化綁定；支持重新組態(tài)。

IEC制定IEC 61499標(biāo)準(zhǔn)的初衷是希望功能塊標(biāo)準(zhǔn)成為一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)，它能夠用來作為整個(gè)工業(yè)過程測量和控制領(lǐng)域中各種標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。基于其通用的特性，IEC 61499被定義為“應(yīng)用領(lǐng)域中性”，也就是說，它不包含任何一個(gè)特定領(lǐng)域的特殊特性。其它標(biāo)準(zhǔn)可以使用 IEC 61499 的概念來建立，并且添加它們自身領(lǐng)域的特殊擴(kuò)展。