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彭瑜（上海工業(yè)自動化儀表研究所，200233） 《國內(nèi)外機電一體化技術(shù)》2004年第1期<BR> 摘要: IEC 61131-3是可編程序控制器的編程語言的標(biāo)準(zhǔn)，它將現(xiàn)代軟件的概念和現(xiàn)代軟件工程的機制與傳統(tǒng)的PLC編程語言成功地結(jié)合，使它在工業(yè)控制領(lǐng)域的影響越出PLC的界限，成為DCS、PC控制、運動控制,以及SCADA的編程系統(tǒng)事實上的標(biāo)準(zhǔn)。本文綜述了該標(biāo)準(zhǔn)成功的原因，它的優(yōu)勢和不足，目前和今后的發(fā)展，以及推廣應(yīng)用的活動。 <BR> 關(guān)鍵詞： 編程語言，工業(yè)控制, PLC，DCS, IEC 61131,IEC 61499, 功能塊, 分布式控制 <BR> 1993年國際電工委員會（IEC）正式頒布了可編程控制器的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 1131（以后改稱IEC 61131），其中的第三部分關(guān)于編程語言的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了可編程控制器的編程語言及其基本元素。這一標(biāo)準(zhǔn)為可編程控制器軟件技術(shù)的發(fā)展，乃至整個工業(yè)控制軟件技術(shù)的發(fā)展，起了舉足輕重的推動作用。它是全世界控制工業(yè)第一次制定的有關(guān)數(shù)字控制軟件技術(shù)的編程語言標(biāo)準(zhǔn)。此前，國際上沒有出現(xiàn)過有實際意義的，為制定通用的控制語言而開展的標(biāo)準(zhǔn)化活動。這顯然是注意到由于DCS（分散控制系統(tǒng)）等以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的控制裝置在發(fā)展進程中過于專有化，給用戶帶來的大量不便�？梢哉f，沒有編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化便沒有今天PLC走向開放式系統(tǒng)的堅實基礎(chǔ)。 <BR> 國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61131概況 <BR> 1992年以后，可編程序控制器國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61131的各個部分陸續(xù)頒布施行。已正式頒布的有： <BR> IEC 61131-1 通用信息 （1992） <BR> IEC 61131-2 裝置要求與測試 （1992） <BR> IEC 61131-3 編程語言 （1993） <BR> IEC 61131-4 用戶導(dǎo)則 （1995） <BR> IEC 61131-5 通信服務(wù)規(guī)范 （2000） <BR> IEC 61131-7 模糊控制編程軟件工具實施 （2000） <BR> IEC 61131-8 IEC 61131-3語言實現(xiàn)導(dǎo)則 （2001） <BR> 2000年8月由PLCopen組織向IEC提出增加IEC 61131-X 功能安全性,這主要是依據(jù)《IEC 61508與安全有關(guān)的電氣/電子/可編程電子系統(tǒng)的功能安全性》，結(jié)合PLC的具體情況提出。目前尚處在草案階段。 <BR> 中國的工業(yè)過程測量和控制標(biāo)準(zhǔn)化委員會按與IEC國際標(biāo)準(zhǔn)等效的原則，組織翻譯出版工作。于1995年12月29日以GB/T15969.1,15969.2,15969.3,15969.4 頒布了PLC的國家標(biāo)準(zhǔn)。 <BR> 該標(biāo)準(zhǔn)只涉及IEC 61131的第一、第二、第三和第四部分，沒有納入1995年以后出版的第五部分通信服務(wù)規(guī)范 ，第七部分模糊控制編程軟件工具，第八部分IEC 61131-3語言的實現(xiàn)導(dǎo)則。目前正在啟動該標(biāo)準(zhǔn)的修訂和補充工作，為第二版的正式頒布進行準(zhǔn)備。傳統(tǒng)的梯形圖編程語言的嚴(yán)重不足傳統(tǒng)的PLC最常用的編程語言是梯形圖。它雖然遵從了廣大電氣自動化人員的專業(yè)習(xí)慣，易學(xué)易用，但是也存在許多難以克服的缺點：[1,2] <BR> ☆不同廠商的PLC產(chǎn)品其梯形圖的符號和編程規(guī)則均不一致。程序的可移植性差。 <BR> ☆程序可復(fù)用性差。為了減少重復(fù)勞動，現(xiàn)代軟件編程特別強調(diào)程序的可重復(fù)使用。傳統(tǒng)的梯形圖編程很難在調(diào)用子程序時通過變量賦值實現(xiàn)相同的邏輯算法和策略的反復(fù)使用。 <BR> ☆缺乏足夠的程序封裝能力。一般要求將一個復(fù)雜的程序分解為若干個不同功能的程序模塊�；蛘哒f，人們在編程時希望用不同的功能模塊組合成一個復(fù)雜的程序，梯形圖編程難以實現(xiàn)個程序模塊之間具有清晰接口的模塊化，也難以對外部隱藏程序模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)從而實現(xiàn)程序模塊的封裝。 <BR> ☆不支持?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。梯形圖編程不支持?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，無法實現(xiàn)將數(shù)據(jù)組織成如Pascal、C語言等高級語言中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)那樣的數(shù)據(jù)類型。對于一些復(fù)雜應(yīng)用的編程，它幾乎無能為力。 <BR> ☆程序執(zhí)行具有局限性。由于傳統(tǒng)PLC按掃描方式組織程序的執(zhí)行，因此整個程序的指令代碼完全按順序逐條執(zhí)行。對于要求即時響應(yīng)的程序應(yīng)用（如執(zhí)行事件驅(qū)動的程序模塊），具有很大的局限性。 <BR> ☆進行順序控制功能編程時，一般只能為每一個順控狀態(tài)定義一個狀態(tài)位，難以實現(xiàn)選擇或并行等復(fù)雜順控操作。 <BR> ☆傳統(tǒng)的梯形圖編程在算術(shù)運算處理、字符串或文字處理等方面均不能提供強有力支持。在IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中就面臨著在突破舊有的編程語言的不足的同時，又要繼承其合理和有效的部分。解決好這個問題，會大大地推動PLC編程工具的發(fā)展，推動PLC的開放性。 <BR> 兼容并蓄是IEC 61131-3成功的基礎(chǔ)[3] <BR> IEC 61131-3的制定，集中了美國、加拿大、歐洲（主要是德國、法國）以及日本等7家國際性工業(yè)控制企業(yè)的專家和學(xué)者的智慧，以及數(shù)十年在工控方面的經(jīng)驗。在制定這一編程語言標(biāo)準(zhǔn)的過程中，PLC正處在其發(fā)展和推廣應(yīng)用的鼎盛時期。主要是在北美和日本，普遍運用梯形圖（LD）語言編程；在歐洲，則使用功能塊圖（FBD）和順序功能圖（SFC）；德國和日本，又常常采用指令表（IL）對PLC進行編程。為了擴展PLC的功能，特別是加強它的數(shù)據(jù)處理、文字處理，以及通信功能的能力，許多PLC還允許使用高級語言（如BASIC語言、C語言）。因此，制定這一標(biāo)準(zhǔn)的首要任務(wù)就是把現(xiàn)代軟件的概念和現(xiàn)代軟件工程的機制應(yīng)用于傳統(tǒng)的PLC編程語言。IEC 61133-3規(guī)定了二大類編程語言：文本化編程語言和圖形化編程語言。前者包括指令清單語言（IL）和結(jié)構(gòu)化文本語言（ST），后者包括梯形圖語言（LD）和功能塊圖語言（FBD）。至于順序功能圖（SFC），標(biāo)準(zhǔn)不把它單獨列入編程語言的一種，而是將它在公用元素中予以規(guī)范。這就是說，不論在文本化語言中，或者在圖形化語言中，都可以運用SFC的概念、句法和語法。于是，在我們現(xiàn)在所使用的編程語言中，可以在梯形圖語言中使用SFC，也可以在指令清單語言中使用SFC。 <BR> IEC 61131-3允許在同一個PLC中使用多種編程語言，允許程序開發(fā)人員對每一個特定的任務(wù)選擇最合適的編程語言，還允許在同一個控制程序中其不同的軟件模塊用不同的編程語言編制。這一規(guī)定妥善繼承了PLC發(fā)展歷史中形成的編程語言多樣化的現(xiàn)實，又為PLC軟件技術(shù)的進一步發(fā)展提供了足夠的空間。 <BR> 自IEC 61131-3正式公布后，它獲得了廣泛的接受和支持: <BR> (1)國際上各大PLC廠商都宣布其產(chǎn)品符合該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范（盡管這些公司的軟件工具距離標(biāo)準(zhǔn)的IEC 61131-3語言尚有一定距離），在推出其編程軟件新產(chǎn)品時，遵循該標(biāo)準(zhǔn)的各種規(guī)定。 <BR> (2)許多稍后推出的DCS產(chǎn)品，或者DCS的更新?lián)Q代產(chǎn)品，也遵照IEC 61131-3的規(guī)范，提供DCS的編程語言，而不像以前每個DCS廠商都搞自己的一套。 <BR> (3)以PC為基礎(chǔ)的控制作為一種新興控制技術(shù)正在迅速發(fā)展，大多數(shù)PC控制的軟件開發(fā)商都按照IEC 61131-3的編程語言標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范其軟件產(chǎn)品的特性。 <BR> (4)正因為有了IEC 61131-3，才真正出現(xiàn)了一種開放式的可編程控制器的編程軟件包，它不具體地依賴于特定的PLC硬件產(chǎn)品，這就為PLC的程序在不同機型之間的移植提供了可能。 <BR> 總部設(shè)在荷蘭的國際性組織PLC open在推廣該標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用并開發(fā)相關(guān)的軟件產(chǎn)品，以及謀求該標(biāo)準(zhǔn)的進一步發(fā)展進行了不懈的努力，獲得了廣泛的響應(yīng)和優(yōu)秀的成績。以上這些事實有力地說明了這個編程語言標(biāo)準(zhǔn)的生命力。 <BR> IEC軟件模型是面向未來的開放系統(tǒng)[4][5][6] <BR> 程序 </P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/20068221853255415.bmp" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/20068221853255415.bmp" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> <BR> IEC 61131-3提出的軟件模型是整個標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)性的理論工具，幫助人們完整地理解除編程語言以外的全部內(nèi)容。 <BR> 配置本軟件模型，在其最上層把解決一個具體控制問題的完整的軟件概括為一個“配置”。它專指一個特定類型的控制系統(tǒng)，包括硬件裝置、處理資源、I/O通道的存貯地址和系統(tǒng)能力，等同于一個PLC的應(yīng)用程序。在一個由多臺PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，每一臺PLC的應(yīng)用程序就是一個獨立的“配置”。 <BR> 資源在一個“配置”中可以定義一個或多個“資源”�？砂选百Y源”看作能執(zhí)行IEC程序的處理手段，它反映PLC的物理結(jié)構(gòu)，在程序和PLC的物理I/O通道之間提供了一個接口。只有在裝入“資源”后才能執(zhí)行IEC程序。一般而言，通常資源放在PLC內(nèi)，當(dāng)然它也可以放在其它支持IEC程序執(zhí)行的系統(tǒng)內(nèi)。 <BR> 任務(wù)在一個資源內(nèi)可以定義一個或多個任務(wù)。任務(wù)被配置后可以控制一組程序或功能塊。這些程序和功能塊可以是周期地執(zhí)行，也可以由一個事件驅(qū)動予以執(zhí)行。 <BR> 程序一個IEC程序可以用符合IEC 61131-3規(guī)定的編程語言來編寫。典型的IEC程序由許多互連的功能塊和/或函數(shù)組成，每個功能塊之間可相互交換數(shù)據(jù)。函數(shù)與功能塊是基本的組成單元，其內(nèi)包括一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和一種算法。 <BR> 下面我們將IEC 61131-3軟件模型與傳統(tǒng)的PLC模型（包括一個資源，運行一個任務(wù)，控制一個程序，且運行于一個封閉系統(tǒng)中）進行比較（圖2）。 <BR> <BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/200682218541359222.bmp" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/200682218541359222.bmp" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A></P><P> 可以看出，IEC軟件模型在傳統(tǒng)PLC的軟件模型的基礎(chǔ)上增加了許多內(nèi)容： <BR> ★IEC 61131-3的軟件模型是一種分層結(jié)構(gòu)，每一層均隱含其下層的許多特征。 <BR> ★它奠定了將一個復(fù)雜的程序分解為若干個可以進行管理和控制的小單元，而這些被分解的小單元之間存在著清晰而規(guī)范的界面。 <BR> ★可滿足由多個處理器構(gòu)成的PLC系統(tǒng)的軟件設(shè)計。 <BR> ★可方便地處理事件驅(qū)動的程序執(zhí)行（傳統(tǒng)的PLC的軟件模型僅為按時間周期執(zhí)行的程序結(jié)構(gòu)） <BR> ★對以工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的分散控制系統(tǒng)（例如由現(xiàn)場總線將分布于不同硬件內(nèi)的功能塊構(gòu)成一個具體的控制任務(wù)）尤其是軟邏輯/PC控制這些正在發(fā)展中的新興控制技術(shù)，該軟件模型均可覆蓋和適用。由此可見，該軟件模型足以映像各類實際系統(tǒng)： <BR> 對于只有一個處理器的小型系統(tǒng)，其模型只有一個配置、一個資源和一個程序，與現(xiàn)在大多數(shù)PLC的情況完全相符。對于有多個處理器的中、大型系統(tǒng)，整個PLC被視作一個配置，每個處理器都用一個資源來描述，而一個資源則包括一個或多個程序。對于分散型系統(tǒng)，將包含多個配置，而一個配置又包含多個處理器，每個處理器用一個資源描述，每個資源則包括一個或多個程序。 <BR> IEC 61131-3的優(yōu)勢與缺陷[4][7] <BR> IEC 61131-3的優(yōu)勢在于它成功地將現(xiàn)代軟件的概念和現(xiàn)代軟件工程的機制用于PLC傳統(tǒng)的編程語言。而它的不足卻是因為它在體系結(jié)構(gòu)上和硬件上依賴于傳統(tǒng)的PLC的體系結(jié)構(gòu)所形成的“先天不足”。 <BR> 下面先討論IEC 61131-3的優(yōu)勢 <BR> 1.采用現(xiàn)代軟件模塊化原則。 <BR> ★編程語言支持模塊化，將常用的程序功能劃分為若干單元，并加以封裝，構(gòu)成編程的基礎(chǔ)。 <BR> ★模塊化時只設(shè)置必要的、盡可能少的輸入和輸出參數(shù)，盡量減少交互作用，盡量減少內(nèi)部數(shù)據(jù)交換。 <BR> ★模塊化接口之間的交互作用，均采用顯性定義。 <BR> ★將信息隱藏于模塊內(nèi)，對使用者來講只需了解該模塊的外部特性（即功能，輸入輸出參數(shù)），而無需了解模塊內(nèi)算法的具體實現(xiàn)方法。</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/200682218545198924.bmp" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/200682218545198924.bmp" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> <BR> 2.IEC 61131-3支持自頂而下（top-down）和自底而上（bottom-up）程序開發(fā)方法。用戶可先進行總體設(shè)計，將控制應(yīng)用劃分若干個部分，定義應(yīng)用變量，然后編各個部分的程序: 這就是自頂而下。用戶也可以先從底部開始編程，例如先導(dǎo)出函數(shù)和功能塊，再進行按照控制要求編制程序: 這是自底而上。無論選擇何種開發(fā)方法，IEC 61131-3所創(chuàng)建的開發(fā)環(huán)境均會在整個編程過程中給予強有力的支持。 <BR> 3.IEC 61131-3所規(guī)范的編程系統(tǒng)獨立于任一個具體的目標(biāo)系統(tǒng)，它可以最大限度地在不同的PLC目標(biāo)系統(tǒng)中運行。這樣就創(chuàng)造了一種具有良好開放性的氛圍，奠定了PLC編程開放性的基礎(chǔ)。 <BR> 4.將現(xiàn)代軟件概念濃縮，并加以運用，例如： <BR> ★數(shù)據(jù)使用DATA_TYPE說明機制 <BR> ★函數(shù)使用FUNTION說明機制 <BR> ★數(shù)據(jù)和函數(shù)的組合使用FUNTION_BLOCK說明機制。 <BR> 在IEC 61131-3中，功能塊并不只是FBD語言的編程機制，它還是面向?qū)ο蠼M件的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。一旦完成了某個功能塊的編程，并通過調(diào)試和試用證明了它確能正確執(zhí)行所規(guī)定的功能，那么就不允許用戶再將它打開，改變其算法。即使是一個功能塊因為其執(zhí)行效率有必要再提高，或者是在一定的條件下其功能執(zhí)行的正確性存在問題，需要重新編程，我們只要保持該功能塊的外部接口（輸入/輸出定義）不變，仍可照常使用。同時，許多原創(chuàng)設(shè)備制造廠（OEM）將它們的專有控制技術(shù)壓縮在用戶自定義的功能塊中，既可以保護知識產(chǎn)權(quán)，又可以反復(fù)使用，不必一再地為同一個目的而編寫和調(diào)試程序。 <BR> 5.標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格的數(shù)據(jù)類型定義。這意味著，IEC 61131-3編程語言為減少程序開發(fā)人員對一個變量做出錯誤的數(shù)據(jù)類型定義創(chuàng)造了有效的限制。 <BR> 軟件工程中很早就認(rèn)識到許多編程的錯誤往往發(fā)生在程序的不同部分其數(shù)據(jù)的表達和處理不同。IEC 61131-3從源頭上注意防止這類低級的錯誤，雖然采用的方法可能導(dǎo)致效率降低一點，但換來的價值卻是程序的可靠性、可讀性和可維護性。IEC 61131-3采用以下方法防止這些錯誤： <BR> ★限制函數(shù)與功能塊之間的互連范圍:只允許兼容的數(shù)據(jù)類型與功能塊之間互連。 <BR> ★限制運算只可對其數(shù)據(jù)類型已明確定義的變量進行。 <BR> ★禁止隱含的數(shù)據(jù)類型變換。比如，實型數(shù)不可執(zhí)行按位運算。若要運算，編程者必須先通過顯式變換函數(shù)REAL_TO_WORD，把實型數(shù)變換為WORD型位串變量。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了多種標(biāo)準(zhǔn)固定字長的數(shù)據(jù)類型，包括位串，帶符號位和不帶符號位的整數(shù)型（8位、16位、32位和64位字長）。 <BR> 6.對程序執(zhí)行具有完全的控制能力。傳統(tǒng)的PLC只能按掃描方式順序執(zhí)行程序，對程序執(zhí)行的多樣性要求如由事件驅(qū)動某一段程序的執(zhí)行，程序的并行處理等均無能為力。IEC 61131-3允許程序的不同部分，在不同的條件（包括時間條件）下，以不同的比率并行執(zhí)行。即允許對一個程序的不同部分規(guī)定不同的執(zhí)行次數(shù)、不同的執(zhí)行時間和并行執(zhí)行的方式。這意味著，以“任務(wù)”控制的方式可讓一個程序的不同部分以不同的掃描周期進行掃描。 <BR> 7.提供靈活的編程語言選擇。有三種圖形化語言和兩種文本化語言可在表達一個控制應(yīng)用程序的不同部分時，讓程序編制人員有很大的自由度去選用他認(rèn)為合適的語言來設(shè)計。換句話說就是，程序的不同部分可用上述五種語言的任意一種來表達。 <BR> 8.支持?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義。由于支持?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所以相關(guān)的數(shù)據(jù)元素即便屬于不同的數(shù)據(jù)類型，也可在程序不同的部分傳送，就如它們是一個單一的實體。在不同程序組織單元POU之間傳送復(fù)雜信息，如同傳送單一變量一樣。這不但改善了程序的可讀性，而且保證了相關(guān)數(shù)據(jù)的存取準(zhǔn)確無誤。 <BR> 9.完全支持順序控制的各種描述，再復(fù)雜的順序行為也可輕而易舉地用順序功能圖SFC這樣的圖形化語言加以分解、描述及編程。順序控制過程的每一步都可用步（steps）、其動作（actions）和轉(zhuǎn)移（transitions between steps）準(zhǔn)確描述。 <BR> 至于IEC 61131-3的缺陷主要是以下兩點： <BR> 1.IEC 61131-3沿用了直接表示與硬件有關(guān)的變量的方法，這就妨礙了均符合標(biāo)準(zhǔn)的PLC系統(tǒng)之間做到真正意義上的程序可移植。由于不同機種有自己的輸入、輸出的定義（這些均與硬件相關(guān)），如果想把一個在某個廠商的PLC中運行得很好的程序原封不動地搬到另一個PLC廠商的機器，必須先從技術(shù)文件中找到有關(guān)與硬件相關(guān)變量的定義，然后再在另一個機型中對此重新定義。至少可以這樣說，不存在與硬件相關(guān)變量之間的變換。 <BR> 2.IEC 61131-3只給出一個單一的集中PLC系統(tǒng)的配置機制，這顯然不能適應(yīng)分布式結(jié)構(gòu)的軟件要求。由于工業(yè)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)在工業(yè)中的實際應(yīng)用，給工業(yè)自動化的體系結(jié)構(gòu)帶來了巨大影響。因此，IEC 61131-3必須適應(yīng)客觀形勢的發(fā)展，在這方面進行突破。它應(yīng)該允許功能塊不一定集中常駐在單個硬件中，允許分散于不同硬件的功能塊，通過通信方式也可以構(gòu)成一個控制程序。這就是正處于制定中的IEC 61499的主攻方向。 <BR> 加速IEC 61131-3的推廣應(yīng)用 <BR> 要全面高水平實施IEC 61131-3還有一個相當(dāng)艱苦過程。特別是它對控制領(lǐng)域的影響并不限于PLC，它還適用于DCS、PC控制，運動控制，甚至SCADA系統(tǒng)，因此推廣應(yīng)用IEC 61131-3就不是幾個人、幾個廠商、甚至幾個國家的事情，必須有一個不以贏利為目的國際組織進行全面規(guī)劃，積極推廣。值得慶幸的是致力于工業(yè)控制編程標(biāo)準(zhǔn)化的國際組織PLCopen，以自己的有效活動表明它足以堪當(dāng)此重任。 <BR> PLCopen目前擁有分布于21個國家的100多個單元會員，下設(shè)5個技術(shù)委員會[8]：TC1重點在于與IEC合作共同發(fā)展、提高和完善IEC61131-3，目前具體工作是發(fā)行的第2版修訂文本。TC2重點在于定義功能塊的程序庫，協(xié)調(diào)功能塊的約定。目前正在組織對運動控制的功能塊進行定義，創(chuàng)立可重復(fù)使用、獨立于硬件的運動控制行規(guī)（profile）。TC3重點是制定編程語言一致性的測試標(biāo)準(zhǔn)。我們知道，IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)僅給出了一致性的基本規(guī)則，并不提供實際編程系統(tǒng)的導(dǎo)則。所以關(guān)于編程系統(tǒng)的一致性測試實際上就是檢驗不同的編程系統(tǒng)是否真正具有開放性的問題。TC4重點是通信，負責(zé)制訂通信接口及應(yīng)用交換格式等。TC5則著重于安全軟件導(dǎo)則，重點在于如何運用IEC 61508（有關(guān)系統(tǒng)安全的功能安全）支持安全編程技術(shù)。 <BR> 一致性的實質(zhì)在于建立一套測試方法和程序，這樣才能推動標(biāo)準(zhǔn)的真正貫徹。PLCopen把一致性劃分為3個等級：基本級，可重復(fù)使用級，以及全兼容級。符合基本級，可解決小系統(tǒng)的可移植性；符合可重復(fù)使用級和全兼容級，可解決功能塊程序庫的可移植性。目前，指令表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）和順序功能圖（SFC）的基本級定義已完成；有關(guān)指令表、結(jié)構(gòu)文本和順序功能圖的測試軟件已投入使用；有25個編程軟件包已通過一致性認(rèn)證。梯形圖（LD）和功能塊圖（FBD）的基本級一致性定義正在制定中，相應(yīng)測試軟件正在準(zhǔn)備中。由于要全部滿足IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)的要求實屬不易，所以標(biāo)準(zhǔn)中在許多方面允許部分實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，這就給制造廠商相當(dāng)大的自由度。也正因為如此，如果能在IL、ST、SFC、LD和FBD五個方面均達到可重復(fù)使用級，則該編程系統(tǒng)即達到了全兼容級。 <BR> IEC 61131-3的修訂和發(fā)展 <BR> IEC 61131-3第二版已于2000年下半年進行了表決,現(xiàn)已公布施行。第二版對第一版作了少許修改，目的主要在于提高程序組織單元(如用IEC 61131-3的編程語言寫的程序,函數(shù),功能塊)的可讀性和有用性。主要改動如下[7]: <BR> (1)將直接量(literal value)的類型作為該量的一部分來表示,以方便該量的應(yīng)用,達到一目了然的效果。例如用UINT #345表示無符號整型數(shù),正好對應(yīng)有符號整型數(shù)INT #345。 <BR> (2)在第1版中,函數(shù)(不是功能塊)不允許存在由于其執(zhí)行而產(chǎn)生的副作用。第2版中放松了這一要求,只要在函數(shù)的定義中說明所產(chǎn)生的副作用并非有害即可。 <BR> (3)對結(jié)構(gòu)化文本(ST)這一種編程語言的句法做了改進,使函數(shù)和功能塊的多輸出連接可以具有一種等效于功能塊圖(FBD)的多輸出連接的靈活性。 <BR> (4)第2版中規(guī)定了一種新的字符串?dāng)?shù)據(jù)類型WSTRING,以適應(yīng)在ISO/IEC 10646標(biāo)準(zhǔn)中定義的寬字符(即雙字節(jié))的字符串。 <BR> 計劃中的IEC 61131-3的第3次修改版將與IEC 61499相協(xié)調(diào)，在保持IEC 61131-3原有優(yōu)點的同時，消除它兩個最大的缺陷。智能式傳感器和執(zhí)行器本身就具有執(zhí)行控制功能的能力，如果IEC 61131-3能支持分布式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的編程，那么只要開發(fā)出相應(yīng)的軟件工具，就能組成靈活性極強的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。IEC技術(shù)委員會（TC65）啟動了IEC 61499 工業(yè)過程測量和控制系統(tǒng)用功能塊項目，目的之一就在于對IEC 61131-3進行適當(dāng)?shù)臄U展。這主要是： <BR> ★給出如何使PLC具有表達61499設(shè)備特性的能力。 <BR> ★引入有關(guān)61499如何使61131-3增加附加價值的闡述，而61131-3又如何增加61499的附加價值的闡述。 <BR> 目前61131-3第三版的修訂內(nèi)容已公布了32項[9]，主要有： <BR> 在61131-3中增加新的定義“交叉可復(fù)用性”（cross-reusability），而不在61131-3中開發(fā)COMPLIANCE CLASSES or PROFILE（一致級或行規(guī)）。 <BR> 61499和61131-3形式句法和語法的關(guān)系。 <BR> 用服務(wù)接口功能塊（ SIFB，Service-interface function block）提供對過程數(shù)據(jù)的存取，取代原來的與硬件相關(guān)的語言特性，如I/O地 址的直接表示。 <BR> 取消VAR_GLOBAL結(jié)構(gòu)，用相應(yīng)的服務(wù)接口功能塊代替，以提供對系統(tǒng)的全局變量的存取。 <BR> 用服務(wù)接口功能塊替代VAR_ ACCESS結(jié)構(gòu)。 <BR> 用61499的設(shè)備/資源模型取代CONFIGURATION結(jié)構(gòu)。 <BR> 引入61499的應(yīng)用模型和在資源上的子部 分的映射。 <BR> 引入執(zhí)行控制圖編程語言元素。 <BR> 61499功能塊算法采用61131-3語言編程。 <BR> 設(shè)計將現(xiàn)有的61131-3的算法嵌入61499的 分散式功能塊的方法。還有一些與61499無直接關(guān)系的修改。 <BR> IEC 61499—IEC 61131-3的發(fā)展和補充 <BR> 早在1990年初，IEC技術(shù)委員會（TC65）還在制定61131-3編程語言的時候就認(rèn)為，為了細化和發(fā)展功能塊方法，有必要制定一個功能塊應(yīng)用的公共模型。并將此項目命名為IEC 61499《工業(yè)過程測量和控制系統(tǒng)用功能塊》，把制定這個標(biāo)準(zhǔn)的工作交給其下屬的第六工作組（TC65/WG6）。目的就在于對IEC 61131-3進行適當(dāng)?shù)臄U展。 <BR> 目前，IEC 61499的前兩個部分已作為PAS（公眾可利用規(guī)范Publicly AvailIable Specification）公布。如果能取得工業(yè)界的積極響應(yīng)和支持，在2003年就可能以正式標(biāo)準(zhǔn)頒布[10]。應(yīng)注意的是，61499不是一個獨立的標(biāo)準(zhǔn)，為實現(xiàn)分布式工業(yè)過程測控系統(tǒng)我們至少還需要： <BR> ★通信行規(guī) 它定義標(biāo)準(zhǔn)的通信功能塊及其標(biāo)準(zhǔn)開放性通信的映射服務(wù)，就如在現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的那樣。 <BR> ★標(biāo)準(zhǔn)編程語言 諸如IEC 61131-3規(guī)范的基本功能塊類型中的算法。 <BR> ★在特定范疇中（如過程控制功能塊）應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)功能塊類型及其導(dǎo)則。 <BR> 61499-1是針對通過通信網(wǎng)絡(luò)互連的模塊化分布系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。它定義了為精確描述分布式控制系統(tǒng)的功能塊和應(yīng)用程序的體系結(jié)構(gòu)、模型及其文本語法。其系統(tǒng)模型包括與被控過程（或機械）的接口，與通信網(wǎng)絡(luò)的接口，以及隱含的分布式應(yīng)用程序。 <BR> 61499-2是工程任務(wù)支持（Engineering Task Support），進一步描述創(chuàng)建和管理基于功能塊概念的工程系統(tǒng)所必須的概念（如資源和設(shè)備類型的功能描述方法），分布式工業(yè)過程測控系統(tǒng)的規(guī)范及軟件工具間信息交換方式等，為設(shè)計、實現(xiàn)和維護分布式工業(yè)過程測控系統(tǒng)提供工程指導(dǎo)。61499-2把可擴展標(biāo)志語言XML定義為61499的的文件交換格式。這意味著61499功能塊設(shè)計可以通過因特網(wǎng)傳遞，并用下一代網(wǎng)頁瀏覽器直接在網(wǎng)頁上瀏覽。這必將給最終用戶帶來極大的利益。在IEC 61499-1中，規(guī)定了系統(tǒng)模型包括與被控過程（或機械）的接口，與通信網(wǎng)絡(luò)的接口，以及隱含的分布式應(yīng)用程序（見圖4）。</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/200682218553346413.bmp" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/200682218553346413.bmp" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A></P><P> 由圖可見,一組互連的設(shè)備(儀表,器件等)彼此之間通過一個或多個網(wǎng)絡(luò)通信,這些網(wǎng)絡(luò)也可以構(gòu)成多級遞階的方式進行通信。應(yīng)用程序可常駐在一個設(shè)備中(如應(yīng)用程序C),也可常駐在多個設(shè)備中(如應(yīng)用程序A和B)。例如,一個應(yīng)用程序可以包括一個或多個控制回路,其中輸入采揮由一個設(shè)備執(zhí)行,控制運算由口力一個設(shè)備執(zhí)行,輸出變換由第3個設(shè)備完成。 <BR> IEC 61499還給出應(yīng)用程序的模型它由若干個可能分散在多個設(shè)備中的功能塊互連而成。與集中系統(tǒng)不同的是，分散系統(tǒng)的程序執(zhí)行不再按掃描方式，或是以多任務(wù)多進程的方式進行，它要求在指定數(shù)據(jù)傳輸與控制算法之間的關(guān)系時具有明確的顯性機制。為了滿足這個要求，IEC 61499增加了一個顯性事件接口，以及執(zhí)行IEC 61131-3功能塊的控制算法的控制功能。 <BR> 完成執(zhí)行控制功能的一個重要手段便是IEC 61499中定義的執(zhí)行控制圖的表示方法。它其實是IEC 61131-3中順序功能圖的一種簡化的、事件驅(qū)動版本。IEC 61499提供了服務(wù)接口功能塊（Service-interface function block，SIFB），SIFB作為指定所有分散于獨立硬件實體中操作系統(tǒng)資源之間的相互關(guān)系的顯性模型，提供了I/O事件與服務(wù)功能塊，以及服務(wù)原語（primitives）的順序之間一一對應(yīng)的映像。這個映像符合IEC/ISO開放統(tǒng)互連的體系結(jié)構(gòu)所定義的指定服務(wù)（specifying service）的標(biāo)準(zhǔn)方式。這樣，任意已完整定義的服務(wù)集合便可直接在SIFB中映像。 <BR> IEC 61499提供了一種消除硬件依賴性的自然途徑：用SIFB表達硬件接口，這樣硬件的依賴性便可限制在該SIFB的組態(tài)參數(shù)上。按照IEC 61499的模型，PLC可表示為其內(nèi)有多個資源的裝置，只不過用了互連的事件驅(qū)動功能塊，來替代IEC 61131-3中配置模型內(nèi)相互間存在適當(dāng)連接的程序任務(wù)。如此構(gòu)建模型，便使所有與硬件的依賴性蕩然無存。 <BR> 可以把一個資源內(nèi)的功能塊當(dāng)作大規(guī)模分散的應(yīng)用程序的一個組成部分。由于一個IEC 61499的應(yīng)用程序是許多互連的功能塊的一種簡單組合，所以只要將這些功能塊賦予多個硬件裝置內(nèi)的不同資源，而不是把所有的控制功能全部限制在一個單一的集中裝置中，那么我們便可方便地實現(xiàn)了應(yīng)用程序的分散化。請記住，IEC 61499功能塊中的控制算法還是用IEC 61131-3的語言來編程的，所以IEC 61131-3依然發(fā)揮重要作用。唯一有所變化的是，在系統(tǒng)配置時我們采取了封裝的、可反復(fù)使用的和分散的機制�？梢灶A(yù)計，IEC 61499的軟件工具將促使IEC 61131-3的應(yīng)用無痛地融入分布式智能系統(tǒng)之中。 <BR> 結(jié)論 <BR> ① IEC 61131-3已獲得國際工控界的廣泛承認(rèn)和支持。 <BR> ② IEC 61131-3正在加速推廣應(yīng)用，不但成為PLC的編程標(biāo)準(zhǔn)，而且成為DCS、PC控制、SCADA、運動控制等事實上的標(biāo)準(zhǔn)。 <BR> ③ 為適應(yīng)現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)的高速發(fā)展，IEC 61131-3和IEC 61499結(jié)合，使分布式PLC有了真正實現(xiàn)的路徑。 </P><P> 參考文獻 <BR> [1] R.W.Lewis Programming Industrial Control System usingIEC 1131-3 <BR> [2] 羅伯特•杉布，王蔚庭 IEC 61131-3國際標(biāo)準(zhǔn)簡介國內(nèi)外機電一體化技No. 1，2001，P55 <BR> [3] 彭瑜 IEC 61131-3的現(xiàn)狀和發(fā)展世界儀表和自動化 No.2,p.14-18,2002年和No.3,p.56-58,2002年 <BR> [4] Karl-Heinz John等 IEC 61131-3:工業(yè)自動化系統(tǒng)的程序編制中國機電一體化技術(shù)應(yīng)用協(xié)會出版，2002年 <BR> [5] Eelco van der Wal EC1131-3：a standard programming resource <BR> Industrial Computing July，1999 <BR> [6] 羅伯特•杉布，王蔚庭 IEC 61131-3軟件：一種先進的工業(yè)控制編程系統(tǒng)國內(nèi)外機電一體化技術(shù) No. 2，2001，P53 <BR> [7]J.H.Christensen The Future of IEC 61131-3 Industrial Computing March，1999，P20 <BR> [8]Eelco van der Wal IEC 61131-3軟件：正在改變著工業(yè)控制領(lǐng)域的現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)根據(jù)、活動和程序庫21世紀(jì)制造業(yè)自動化高級技術(shù)論壇，2001年6月北京 <BR> [9] Items for IEC 61131-3,3rd Ed.<img align=absmiddle src=pic/url.gif border=0><a target=_blank href=http://www.holobloc.com/stds/iec/sc65bwg7tf3/comments/pt3e3.htm> www.holobloc.com/stds/iec/sc65bwg7tf3/comments/pt3e3.htm</a> <BR> [10] 楊磊，徐蓉萍 IEC 61499—工業(yè)控制技術(shù)發(fā)展的新階段計算機測量與控制 2002年10月，p.721-724<BR>
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