開放自動化的基礎——IEC 61499標準

談到工業數字化轉型，往往繞不開的一個問題是孤島現象，尤以IT和OT的隔閡為甚。究其原因，無外乎一是人才，既懂IT對OT亦有深刻理解的技術人員少之又少。另一個就是技術標準因素和各大廠商的封閉心態。與IT領域日新月異的發展相比，OT領域技術更新周期較長，傳統工業自動化系統基本上都是基于上世紀七八十年年代的原理而開發，這些工業自動化系統是相對封閉的，不同供應商的產品互不兼容。隨著數字化進程不斷加速，封閉性和專用性極大地阻礙了工業自動系統的升級遷移和創新應用，以及IT和OT深入高效地融合，也為用戶增加了大量成本。

很顯然，一成不變的工業自動化系統已經難以滿足數字化時代對互聯互通以及效率的需求，工業自動化領域的變革已箭在弦上。問題是，如何消除這個橫亙在工業自動化行業面前并制約行業未來發展的壁壘？可復用、可移植、可重構、可互操作的開放自動化系統，應運而生。

開放自動化的基礎——IEC 61499標準

在展開談開放自動化之前，我們不妨先聊聊其基礎和支撐——IEC 61499標準。我們知道，國際電工委員會（IEC）在1993年發布了IEC 61131-3，并逐漸獲得全球工業界的廣泛認可和接受，成為PLC、DCS、機器人控制等工業控制自動化編程語言的國際標準，為整個工業控制軟件技術的發展起了舉足輕重的推動作用。然而，由于開發較早，IEC 61131-3在概念上不支持重新配置和分布式控制，其局限性表現在軟件模型只支持單一設備編程，缺乏系統的概念，不適應分布式結構的軟件要求，不支持并發和隨機事件的快速響應，不同廠家設備相互之間也不兼容等。

IEC 61131-3在應對當今復雜工業系統的更高層次要求時，顯然力有不逮了。因此，在IEC 61131-3的基礎上，IEC啟動了IEC 61499標準的開發，歷經多年發布了標準的四個部分，包括第1部分IEC 61499-1：結構，綜述了基于功能塊的分布式系統的設計和建模規則；第2部分IEC 61499-2：軟件工具要求；第4部分IEC 61499-4：一致性行規的規則。第3部分IEC 61499-3在2007年因技術過時而被撤銷。因此，IEC 61499標準的當前版本由三部分組成。據悉，主要作為系統級的建模規范的 IEC 61499-5正在準備當中。

IEC 61499基于工程師熟悉的框圖，將功能塊從IEC 61131-3中的子程序結構擴展到分布式計算系統中的功能單位，通常作為系統級可執行建模語言使用。其核心是事件觸發的功能塊網絡，功能塊為邏輯代碼提供統一接口封裝，功能塊之間通過事件和數據接口相互連接。作為定義分布式信息和控制系統的高級系統設計語言，IEC 61499具有以下幾個主要特點：建立在現有的領域標準的基礎上；現代的事件驅動、面向對象的開發語言；硬件抽象；通過連接功能塊以圖形化的方式對控制算法進行建模；直接支持分布式系統的實時通信；不同供應商的設備可互操作；自動管理資源之間低層級可變化綁定；支持重新組態。

IEC制定IEC 61499標準的初衷是希望功能塊標準成為一個通用的標準，它能夠用來作為整個工業過程測量和控制領域中各種標準的基礎。基于其通用的特性，IEC 61499被定義為“應用領域中性”，也就是說，它不包含任何一個特定領域的特殊特性。其它標準可以使用 IEC 61499 的概念來建立，并且添加它們自身領域的特殊擴展。