基于IEC61499标准的组件

Posted 2022-03-23 larissa-0464

IEC 61499标准通常用于开发分布式控制系统。IEC 61499定义了功能模块（FB, function block）的模型。有三种FB，分别是Basic FB (BFB)，Service Interface FB (SIFB) （有的文献也称作Service FB (SFB)）和Composite FB (CFB)。其中，BFB和SIFB都是原子FB，不能拆分的。SIFB是用于与硬件连接，读取硬件信息和给硬件写入信息的FB。CFB由BFB和SIFB组成，但是从外观来看，CFB和其他FB是一样的。FB的模型如图1所示：

 图1 FB模型图

FB有两种类型的接口，分别是event和data。因此可以说FB是基于事件驱动的模块。FB的上半部分为ECC(execution control chart)，下半部分为算法集合和内部数据（内部算法不限制实现语言，可以使用IEC61131-3编程语言，也可以使用Java, C++,C#等高级语言）。某个事件所需的数据已经在输入接口准备好且该事件接口被触发，则FB会根据其内部的ECC执行相关的算法。ECC其实就是一个状态机。举个例子，如图2所示的FB。

 图2 FB实例

四个输入事件，分别是INIT, RUN, STOP, UPDATE，两个输出事件分别是INITO, CNF。内部ECC如图3所示。

注：INITO表示FB已经完成初始化，CNF表示当FB完成向外部代理的请求传输时，输出“确认（confirmation）”事件。

 图3 ECC

其中，RUN, STOP, UPDATE共享一个输出事件CNF，这会更新输出的数据（MotorRun和ConveryorStatus）。

一个应用程序由多个FB组成，FB运行在资源上，资源属于设备（我感觉可以理解为计算机和进程的关系），一个系统包括多个设备，如图4所示。设备可以拥有多个资源，每个资源上可以运行多个FB，但是单个FB（包括CFB）只能运行在一个资源上。应用程序可以运行在单个资源上或者单个设备的多个资源上或者多个设备的多个资源上，如Application1。组成Application的subapplication可以运行在不同的资源上且可以重用。

 图4 IEC 61499系统

CFB和Subapplication的区别就在于，CFB不可以分布在多个资源上，而Subapplication可以分布在多个资源上。其次，CFB可以存储输入和输出变量而Subapplication并没有属于自己的内存，只有其内部的FB才有内存可以存储变量（所以就是可以把CFB理解为FB，只不过其内部算法是几个BFB连接而成的）。举个例子，现在有一个温度控制子应用，由三个FB组成，分别是Input, PID, Output。Input负责从传感器上读取当前的温度，PID负责与给定温度值比较并输出修正的温度，Output负责控制执行器修正温度。其子系统如图5所示。

 图5 温度控制子应用模型图

图5所示的子应用是分布在一个单独资源上的。子应用可以分布在不同的资源上，比如该温度控制子应用的每个FB都可以分布在单独的资源上，或者任意两个FB可以分布在同一个资源上，另外一个FB分布在另外一个独立的资源上。在这种分布式的情况下，分布在不同资源上的FB之间的通信可以使用publish和subscribe两个SIFB，如图6所示。

图6 分布式的子应用

除了PUB-SUB模式外，Client/Server模式也可以用于SIFB之间的通信。两者的区别在于PUB-SUB是单向的而Client/Server是双向的。