IEC61499 -从技术到产品

      IEC61499 分布式工业控制标准已经颁布了十几年了。但是它还只是一项具有学术研究意义技术标准,始终没有大规模地在工业界推广应用,市面上也鲜有产品出现。这是十分令人遗憾的,从技术到产品的道路过于漫长了。

         本文探讨如何将IEC61499 标准从技术到产品化的方法,快速推进IEC61499 产品化。推动IEC61499 标准在特定领域的早期应用。有助于这个标准健康,可持续发展。

构建最小化生态系统

工业控制系统比较复杂,涉及传感器,PLC,SCADA,MES,HMI等诸多子系统,它们相互交织在一起,使得工业控制领域的生态系统及其庞大和复杂。大公司已经构建了及其完整的生态和产业链,并且建立和很高的技术壁垒。它们一环扣一环,小公司和新技术难以进入工业控制领域。即便是像IEC61499 标准,虽然它是建立在开放型标准之上,但是也将会构建在庞大的架构之中。大公司正将它们原有的封闭式系统缓慢地迁移到开放性系统。小型创新型企业没有构建完整系统的能力。当大公司迁移完成之后,小公司加入新的俱乐部的机会也十分渺茫。

   笔者认为,小型创新型企业需要比大公司更快的方式切入开放性系统,采取更加灵活的方式来实现 IEC61499技术的产品化。推动IEC61499 技术的早期化应用。让IEC61499 走出研究机构的象牙塔。

         其中一个可行的方式就是构建一个小型的IEC-61499生态系统,在专业的领域,率先实现产品化。比如将IEC61499 技术应用于物联网领域,或者解决专用自动控制系统和设备(比如包装设备,物流专机)中。取代专用设备中的PLC 设备。或者专用控制器。或者进入物联网,大数据采集,AI领域。

    在专用控制系统和专机设备中。 控制器对外部的系统的依赖性并不大,它们是一个信息孤岛和相对封闭的系统。比如,开发一台专业的包装称重设备,或者构建一个农业物联网系统。它们是一个中心控制软件和多台分布式控制器构成的。只要开发一个中心控制软件和控制器就能构成一个小型的分布式控制系统。

     物联网,大数据和AI系统本身已经脱离了传统的工业控制系统的概念,更加能够接受新技术。但是目前物联网发展的技术瓶颈在于缺乏相应的标准,许多物联网应用仍然采用传统的PLC 技术(比如modbus网关)实现前端数据采集。应用软件的开发也缺乏高效便捷和标准化的工具,IEC61499 标准是一个非常好的选择。借助于IEC61499 标准,能为物联网应用建立一个标准化系统模型。提供构建物联网应用的高效率工具。

下图是一个典型的小型分布式控制系统。

       在专用设备中采用IEC61499 控制器的优势是应用程序开发,部署的高效,快捷。使用IEC61499 的好处是提供了基于功能块的图形化编程方法。并且能够取代PLC 的程序设计方法。将工业控制应用程序开发分为两个部分。

   功能块,服务(function block,service)的开发,这通常由控制器开发商和第三方软件开发商完成。

   工作流的开发(process Work flow)

       使用功能块和服务实现应用工作流(Workflow),也就是应用程序的开发。这是由控制工程师和电器工程师完成。

          像4DIAC 这样的开源开发环境已经基本实现了IEC61499 应用程序的开发。但是作为运维工具,4DIACIEC 并不适用。需要更加适合工业控制工程师更加熟悉和便捷的方式。也需要增加设备管理,状态监控和HMI的功能,笔者认为,需要开发一个更加专业的运维管理系统(我们内部称为(MON-61499),

         设备制造商需要开发设备运行时(runtime)和开放型功能块库以及运维管理系统就能够构成完整的生态系统。

与IT技术的快速融合

虽然是构建一个小型的生态系统,但是丝毫不影响我们采纳最新的IT技术,甚至比开发像PLC 这样产品更加地灵活,应用自如。将IT领域的最新技术和工业控制领域的运维技术(OT) 黏合在一起。

硬件方面,可以从Arm 处理器选择,cortex-M,Cortex-A ,多核Cortex-A和异构混搭的产品,也可以采用X86 CPU

OS 方面,可以采纳嵌入式OS,和Linux OS。

应用架构方面,可以采纳Docker 容器技术,数据库技术,AI技术等等开放性IT技术。

 

IEC61499 控制器内部架构,

 

我们正在开发的IEC61499 控制器内部架构.。

 

在这个架构之下,我们规划了3类产品。

class 1

  提供内置的功能块,执行用户编写的功能块应用

class 2

  在class2 的基础上,提供动态功能块的功能和内置支持服务。动态功能块的实现依赖处理器的内存管理系统,所有需要控制器采用cortex-A或者X86 处理器和Linux OS,

class 3

在class2 的基础上,提供用户可按安装的支持服务。支持docker 容器技术。

 

结束语

本文提出了快速将IEC61499 技术演化称为工业产品的方法,开发系列化IEC61499 控制器,这类产品适合在工业设备,物联网领域的应用。只要推动IEC61499 的早期应用,才能够快速地推动IEC61499 技术向更高级的领域健康发展。也为中小型创新企业切入下一代开放性工业控制领域提供了发展的机会。

笔者提倡小型创新型企业可以构建一个小型的生态系统,推动IEC61499 标准的早期工业应用。

IEC61499标准给中小型创新型企业一个发展的机会,但是如果我们人云亦云,按图索骥,也同样会犯错。不如大胆地去实践。

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