施耐德开放自动化中的一些概念 复合自动化类型（CAT)

Posted 2021-05-24 姚家湾

本文来谈谈施耐德开放自动化（EcoStruxure Automation Expert）中复合自动化类型（Composite Automation Type）的基本概念。CAT并不是IEC61499 标准化中的术语，它最早出现在nxtStudio IDE 中。初次接触时这个概念比较难以掌握。感觉它好像与HMI ，硬件有关。通过一些实际操作后，找到了一些感觉。而且进一步理解他背后是面向对象的设计理念。能够实现工程中设备的分层数字建模。是一个非常强大的设计工具。这里与大家分享自己的一些体会。

何为CAT？

从使用的角度看，CAT是一个复合功能块，在这个复合功能块中包含了一个HMI的服务功能块。也就是说要在工程中的HMI 上建立一个图形控件，就需要建立一个CAT ，在设计CAT时，要设计相应的HMI控件，并且建立复合功能块与HMI 中控件的联系。

下面是一个例子。

在这个例子中，为了建立在工程中的一个气缸的HMI 控制，我们新建了一个NewCylinder 复合功能块（1），它有两个部分构成，一个HMI服务接口功能块NewCylinder HMI（2）和对应的HMI 控制块（3）。

CAT 的设计过程

      下面我们通过一个例子来说明CAT的设计过程。假设我们要在HMI 中安排一个LED 灯和一个按钮(BUTTON),用来指示应用的状态和控制启停。

1 新建CAT

    在项目中鼠标指向CAT 中的Application 击右键，选择new Item：

这时出现的一个窗口：

选择一个名字，Finish。出现了定义复合功能块CAT2的窗口，在输入变量中我们添加了LED输入，在输出变量中添加BUTTON输出。

2 修改HMI 复合功能块

        前面提到，CAT 是一个复合功能块，在其中包含了HMI 功能块,并且与HMI控件关联，它们三者的关系如下：

修改HMI 的功能块输入输出，添加LED和BUTTON 。方法是双击CAT2 下面的IThis：CAT2_MHI，出现下面的窗口：

3 设计HMI 控制对象

下面我们设计HMI 的控制对象，双击CAT2->IThis.CAT2_HMI ->sDefault。出现下面的窗口：

将左边的BUTTON 拖动到图形编辑中，弹出下面的窗口：

选择checkButton .一个Button的图形出现图形编辑窗口中。 采取类似的方法完成LED 的放置。最后完成的HMI视图是这样的：

在EcoStruxure Automation Expert中，HMI控件是基于C# 实现的，如果你对C# 编程比较熟悉的化，可以方便地设置各种参数，并且可以编写程序来丰富HMI 的设计。这里我们就不展开讨论了。

4 完成CAT2 中的连线

再一次地提醒，CAT2是一个复合功能块，它的内部包含了CAT2_HMI 功能块。所以，我们要完成CAT2 中的连线。点击CAT2，选择窗口上方的Compisite，将IThis_CAT2_HMI 拖到编辑窗口，连线。

至此，我们完成了CAT2的设计，可以将这个CAT2 作为复合功能块类型在你的应用中实例化使用。

进一步地，能够在CAT2复合功能块中添加其它的功能块，实现与该硬件相关的算法。使CAT 成为处理该硬件的完整的功能块。

    CAT 背后的逻辑

我们对CAT 有了一些感性的认识，但是CAT 的概念还不仅仅这些。它有更深的内涵。其时，CAT 背后的逻辑是面向对象的思想。在nexControl ）的网站上是如此描述CAT 的：

实际的设备和功能将转换为称为CAT（复合自动化类型）的软件对象。它们使工厂和设备的工程设计更加容易。

       另一方面，CAT 是可以分层和嵌套的，也就是可能一个CAT 中应用另一个CAT 实例。这完全是面向对象设计方法。使用这个机制，我们可以构建复杂设备的软件模型。例如，可以设计一个反应釜的CAT，内部包含了一个温度传感器和搅拌机电机。使用这种方式我们可以构建自动化领域的各种设备的数字模型！在CAT 复合功能块中，可以增加设备的内部控制逻辑和可视化控件，硬件连接，仿真和文档。可以实现复合功能块的复合使用，也可以实现HMI 视图中符号的拼接。真是堪称完美。

    进一步的思考

理解了CAT 的设计理念之后，我还是比较激动的。作为一个IT工程师，又一次感悟出自动化控制软件是如何演绎IT 技术的。同时也引发了我进一步的思考。在OT领域中非常推崇基于模型的设计方法。他们也不断地讨论（或者说是争论）各种模型方式。有些人主张OPC UA ，有些人主张采用AutomationXML 或者其它。其实这些建模标准主要是解决兼容性和互联互通的问题。在工业软件的内部，更需要采用效率高，便于理解的方式来实现建模。类似OPC UA 和AutomationXML 模型都是采用了XML格式。而XML 基本上是一个计算机处理的格式，而不便于人阅读。工业软件要设计一种人类更能够理解的建模方式。

笔者认为，完全可以使用CAT 建模方式来构建工业控制领域的模型。并且采用树形目录结构来组织对象的分层结构。我也大致了解了一些ISOSoft 公司的资产架构模板AF templates 好像也采取了类似的方式。当然，作为一个开放型系统，只要模型可以导出和转换成为标准的模型就可以了。标准与工业软件内部的处理方式是二回事。

对于所有的模型而言，最大的问题是仅有标准，设计工具是不够的，更需要针对大量的行业应用，预先设计好各种模型。 由于缺乏合适的商业模式，开发行业数字化模型没有利益驱动力。目前只有自动化设备厂商来引领。如果在EcoStruxure Automation Expert 中，针对某些应用领域，开发出丰富的CAT 库，也许IEC61499 的春天会很快地到来了。另一方面，CAT 库的开发需要更多IT领域的技术（比如C#），这也许由IT工程师一起来来做更合适。未来，传统的自动控制工程公司要有计划地引进相应的IT技术人才，OT和IT 相融合，首先是人的融合。

最后，我们能否将CAT 的理念推广到外部软件服务组件（SOA）的组态上去呢？