IEC61131与IEC61499 的集成与融合

? ? ? IEC61131-3 PLC 编程方式已经获得了广泛的应用，特别是梯形图更是深入到了OT 工程师的骨子里。哪怕是再复杂的控制逻辑，OT 工程师都能够编写出复杂的梯形图来。如果与他们讨论IEC611499 基于事件功能块编程时，他们仍然觉得与他们过往的经验和思维方式存在很大的差别。能否使用PLC 的设计方式来实现IEC61499 功能块应用呢？本文讨论IEC61131-3 与IEC61499 集成，相互融合的问题。

?

现状

IEC61131 在大量的工业控制场合得到了长期大量的使用，大多数OT 工程师熟悉了IEC61131的编程方法，它是一种基于周期扫描的执行方式。

IEC61131 标准适合单机运行。实现分布式控制的设计工作量大，效率不高。

IEC61499 是基于事件功能块在分布式控制系统中的标准。它更适合分布式工业控制的场景。这对于OT 工程师而言是一个相当比较新的概念。转变设计方法和理念，需要一个很长的过程。

问题

1 是否能够使用IEC61499 功能块来实现IEC61131 的周期扫描执行方式？

2 是否能够在一个设备中同时实现IEC61131和IEC61499？

3 IEC61131-3 和IEC61499 相融合带来了什么？

第一个问题

大家知道，PLC 的程序是基于周期扫描的方式执行的。如下图所示：

如果IEC61499 功能块的一个时钟是基于时钟（E_CYCLE）的周期性事件，那么实现PLC IEC61131 理论上是看来是可能的。比如下面这个应用就是基于时钟的周期性事件的。

IEC61131 梯形图

这是最简单的一个梯形图，两个串联的开关，控制一个灯。

IEC61499 功能块应用

? 我们使用E_CYCLE 功能块产生周期事件，将输入输出功能块IX和QI 串在事件链中，并且建立了一个常开功能块（NormalOpen）。每个周期事件产生时，程序从E_CYCLE 开始执行一遍

由此可见，除了没有梯形图那么简约之外，IEC61499 功能块网络能够简单粗暴地实现PLC 周期扫描方式的梯形图程序。E_CYCLE 周期性产生事件。触发两个读DI 功能块读取开关A和B的值，然后通过两个常开功能块块。当A和B 都为1 是，输出功能块Light输出1。我们还可以定义一个NormalClose 功能块，实现常闭触点。以及线圈等等。假如将IX 和NormalClose 封装在一个复合功能块中，IEC61499 功能块网络会相对简单一些。

不过，问题还不那么简单。我们知道，IEC61131 PLC 具有公共的存储器。所有的IO值和内部变量都是存放在公共存储器中的。而IEC61499 并不直接支持公共变量。IEC61499 功能块之间共享变量是很麻烦的事情。比如下面的梯形图，它采用了三个内部变量Int1，Int2和Int3.

?

在IEC61499 功能块网络中，虽然我们可以设置RS 功能块来作为Int1,Int2和Int3 的存储器，下图是一个例子，它使用RS功能块实现了一个内部变量Int1。

但是你会发现功能块网络会非常的杂乱无章。如果一台设备中有很多的IO接口和内部变量，相应的功能块网络会非常复杂。

IEC61499 实现全局变量的方法

那么是否存在一种方式，在IEC61499中实现公共变量，从而简化IEC61499 仿真IEC61131呢？笔者认为至少有三种种方式来实现：

1? 实现一个内部变量的功能块（例如下面的RAM功能块），在它内部定义一个INT16 数组。作为公共内部变量.

RW 是读写控制

DIN 写入比特

DIN16 写入16为字

ADDR 为地址，可以写成 1000，1000.1.字符串。1000.1表示是1000内存的第一位。DOUT和DOUT16 是读出比特和字。

这种方式显然是最简单的。

2? 在IEC61499 运行时的资源中提供一个内存变量区域（数组），IEC61499 功能块应用通过服务接口功能块SIFB? 访问内部变量。

? 这种方式不太可取，应为造成了不兼容问题。

3? 在PLC OS 下独立实现一个内部变量管理线程，SIFB通过远程过程调用RPC。

? ? ? ?在设备的OS上实现一个独立的线程，通过RPC与运行时内部的功能块交换内部变量就可以了。系统结构如下图所示：

在这种架构下，对应IEC61131 PLC 梯形图的IEC611499 功能块网络变成如下简约方式：

其中NormalOpen，NormalClose和Coil 是一个复合功能块。其中的Variables 是一个访问内部变量的服务接口功能块。用于通过RPC 访问内部变量。

更进一步地，我们也可以采用PLC 的IO方式，将IO 读出程序搬到IEC611499 运行时的外面来实现：

?在某些应用场合，采取这样的方式，可以大大简化应用网络的复杂性，比如大量IO接口的应用场合。

第二个问题

当我们研究了第一个问题后，第二个问题基本已经有答案了。我们完全可以在一个设备中同时运行IEC61499 运行时（4diac）和IEC61131 运行时（ProConOS）

? 在IEC61499 和IEC61131 运行时中分别实现一个功能块，通过功能块之间的数据交换实现内存共享。

第三个问题

一个设备中同时包含61499/61131两个运行时，这件事情充满了想象空间。这里不仅仅是为了迎合OT 工程师的偏好，还能够做的更多。

1. 在PLC 中增加61499 运行时，实现PLC 的分布式处理能力。

PLC 实时能力强，而61499 具有分布式控制的优势。两者相加，各自发挥优势

1. PLC 实现Realtime控制，61499 实现Anytime功能（云端访问，物联网，AI。。。）

? ?目前异构多核处理器架构已经开始流行，可以在一个内核中跑PLC 程序，完成实时任务，在其它内核中运行61499 应用，实现Any time 的任务。比如访问数据库，云端等等。

结束语

? ? ?在IEC61499 设备中，通过一个SIFB 功能块，可以实现类似PLC 内部存储器的公共变量。会给某些应用带来便利。并且使IEC61499 应用更加接近传统PLC 周期扫描执行方式。

? ?在一台设备中同时运行IEC61499 运行时和IEC61131 运行时。通过SIFB和FD 通信实现数据共享是可行的。这种异构控制系统会带来无穷遐想。

? ? ?本文的内容再一次表明，IEC61499 功能块是软件组件的模型，并且采纳了面向对象的思想。如果不做二次开发，那它只是一种模型，没什么使用价值。一旦你使用它们继续发展的化，它们可以做任何事情。就像任何一种计算机语言一样。

?