基于统一标准的分布式控制新版专业系统设计.doc
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1、基于IEC 61499原则分布式控制系统设计作者:仲崇权 刘振堃 杨素英 张立勇 发布时间:-04-12 20:56:46来源:大连理工大学电子与信息工程学院繁体版 访问数: 157 Abstract This paper introduces the architecture and characteristics of IEC 61499 standard,Function Blocks for Distributed Industrial-Process Measurement and Control System ( IPMCS ). IEC 61499 functi欢迎访问Abstr
2、actThis paper introduces the architecture and characteristics of IEC 61499 standard,Function Blocks for Distributed Industrial-Process Measurement and Control System ( IPMCS ). IEC 61499 function blocks are based on software component technology,and control systems constructed by function blocks hav
3、e lots of advantages e.g. scalability,flexibility,object-orientation,while the system configuration is simple and fast. Design patterns for constructing control systems under IEC 61499 context are also concerned in this article ,and a instance of test and simulation system is provided.Key Words:IEC
4、61499 Function block Distributed control system Software component 摘要本文简介分布式工业过程测量与控制系统(IPMCS)中功能块IEC 61499原则体系构造。IEC 61499功能块采用软件组件技术,基于功能块控制系统具备可扩展性、可伸缩性、面向对象等特点,且系统组态简朴、迅速。文中讨论了使用IEC 61499原则建构控制系统设计模式,并给出一种测试和仿真实例系统。核心词:IEC 61499 功能块 分布式控制系统 软件组件引 言20世纪90年代以来,计算机技术、通讯技术、控制技术发展促使控制系统向数字式、分布式、开放可互操
5、作和面向开放式互连网络现场总线控制系统(FCS)发展。与此同步,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备某些控制规定和特点,如实时控制、分布控制、事件驱动控制、智能控制,不但实质地提高了工业系统控制功能,同步也对其系统功能实现提出了新形式和高规定。在工业实现领域,硬件和软件技术发展促使在工业控制和自动化末端设备(传感器和执行器)里可嵌入功能达
6、到一种新高度。这些自治智能末端设备节点是实现控制功能基本单元,通过网络可将它们连接起来形成一种完整系统。运用基本单元构成完整控制系统,需要有体系化框架、办法和工具。这些框架、办法和工具应当支持这些设备中控制功能知识特性(IP)广泛使用,同步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、办法和工具重要规定涉及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) 分布和集成应用能力;(d) 可伸缩性;(e) 可扩展性;(f) 可重构性。在过去十近年中,IEC TC65始终在开发一系列使用功能块原则满足以上规定。其中重要原则IEC 61499定义了分
7、布式工业过程测量与控制系统中使用功能块。运用健壮、可重用、即插即用软件组件功能块对局部细节问题提供解决途径,然后将所有功能块通过网络连接、集成并形成分布式应用以解决整体工业控制问题,从而构建全分布、全开放、面向对象工业控制系统。1IEC 61499功能块原则11 概述IEC 61499是用于分布式工业过程测量与控制系统功能块原则。1990年,IEC TC65(国际电工协会第65技术委员会)收到一种将分布式工业过程测量与控制系统中软件模块(称“功能块”)某些方面原则化建议,其中特别强调了使用IEC 61158现场总线原则IPMCS。功能块同步也是可编程控制器使用编程语言原则IEC 61131-3
8、基本构成某些之一,因而TC65决定制定功能块通用模型,这就是IEC 61499原则由来。IEC 61499原则是随着系统控制功能分散化、智能化规定浮现。运用现场总线设备、智能仪器和传感器构造大型复杂控制系统,控制功能可物理分散在许多设备中,不同设备中软件通过通讯网络互连起来。运用IEC 61499原则,由功能块实现这些软件单元,并依照原则规定进行功能块互连,可实现分布式系统控制功能。例如,智能压力传感器可定义成一种内嵌模仿输入AI功能块,它提供一组已定义输入和输出,例如实际测量压力值、传感器标定值和错误状态。运用IEC 61499原则,这些输入和输出可连接到其她功能块输入和输出,例如压力传感器
9、错误状态就可连接到一种驱动报警显示功能块,而所有这些功能块分散在一种分布式系统不同设备中。这种办法为控制系统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分布式IPMCS,其核心在于采用软件组件(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、可重用和自包括软件成分。组件技术是基于面向对象、支持拖放(drog and drop)和即插即用(plug and play)软件开发概念。基于组件技术开发办法,具备开放型、易升级、易维护等长处。当前重要有CORBA、COM和JavaBeans2三种组件技术规范,详细实现时可自由选取。IE
10、C 61499功能块是健壮、可重用软件组件,一种功能块提供对特定问题解决办法,例如对阀控制,或控制工厂主体单元(如整条生产线)。系统设计者构建分布式控制系统时,依照控制功能需要选取特定功能块,并按照IEC 61499原则将它们进行软件互连,设计灵活,且系统可伸缩、可变形。可预见将来工业控制器和仪表可把功能块作为设备固件一某些,或从功能块库里选取下载,而系统设计将成为功能块选取、组态和互连简朴工作。IEC 61499原则分为体系构造、软件工具规定、应用规则和符合行规规则四某些。原则定义了一种通用体系构造,并制定了功能块在分布式IPMCS中应用规则。原则内容涉及:各种参照模型,如系统模型、设备模型
11、、功能块模型、管理模型等;IPMCS中功能块声明规则、行为规则、应用规则;管理应用、资源和设备时功能块使用规则;设计、实现、操作和维护分布式IPMCS工程支持。此体系构造以参照模型、文本语法和图形表达为基本,运用它们可以实现如下工程任务:功能块类型规范和原则化;系统功能和元素原则化;分布式IPMCS规范化、分析和验证;分布式IPMCS构造、实现、操作和维护;实现以上功能软件工具间信息交互。12 IEC 61499体系构造依照IEC 61499构建系统从下到上层次构造为功能块、资源、设备和系统。功能块是系统基本单元,资源是功能块容器,设备包括单条或多条资源,而设备互连形成分布式系统。121 功能
12、块(Function Block) IEC 61499中,软件封装和重用基本单元是功能块。功能块是一种软件功能单元,它由一种由其类型决定专有数据构造和有关操作构成3。IEC 61499功能块按功能分为基本功能块、复合功能块、服务接口功能块(通讯功能块和管理功能块)和适配器(插件和插座)。基本功能块由事件输入和输出、数据输入和输出、执行控制表ECC、算法和内部数据构成,如图1所示。执行控制表是一种事件驱动状态机,它决定状态机状态转换规律、状态机当前状态与输入事件关系、执行算法与进入新状态时发出事件关系。算法决定功能块功能特性。特定事件发生时,其变化反映在相应事件输入上,它驱动相应算法执行,算法读
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