开放自动化系统应用与实战 基于标准建模语言IEC 61499

本书主要介绍了开放自动化系统级建模语言 ＩＥＣ ６１４９９ 的核心机制、 定 义与设计范式， 是作者团队十多年研究成果的总结。 全书以 ＩＥＣ ６１４９９ 标准 内容为框架， 讲解各基本概念、 设计范式、 工具演示、 设计实例。 同时， 以若干从简单到复杂的工程项目的开发为主要流程， 穿插着介绍 ＩＥＣ ６１４９９ 的各知识点。
本书适合从事工业自动化相关领域科研工作或工程设计及开发的专业 人士作为参考书， 也可作为在校研究生和高年级本科生的学习用书。 本书 还是上海交通大学、 施耐德电气、 固高科技、 立德机器人的 ＩＥＣ ６１４９９ 指 定培训教材。

目 录
序一
序二
序三
前言
第 １ 章 概述
１.１ 工业自动化控制软件发展历史
１.２ ＩＥＣ ６１４９９ 标准的由来及简介
１.３ ＩＥＣ ６１４９９ 标准与 ＩＥＣ ６１１３１－３ 标准的主要区别
１.４ 面向运营技术与信息技术融合的 ＩＥＣ ６１４９９ 标准
１.５ ＩＥＣ ６１４９９ 标准与开放自动化未来展望
第 ２ 章 ＩＥＣ ６１４９９ 标准的核心机制及体系架构
２.１ ＩＥＣ ６１４９９ 标准核心概念
２.１.１ 事件
２.１.２ 类型及实例
２.１.３ 参考模型
２.２ 功能块模型
２.２.１ 外部接口
２.２.２ 内部功能
２.３ 应用模型
２.４ 系统模型
２.４.１ 设备模型
２.４.２ 资源模型
２.４.３ 分布模型
２.４.４ 管理模型和运行状态模型
２.５ 红绿灯控制系统设计实例
第 ３ 章 ＩＥＣ ６１４９９ 功能块类型定义
３.１ 功能块类型定义
３.１.１ 基本功能块
３.１.２ 复合功能块
３.１.３ 服务接口功能块
３.１.４ 特殊服务接口功能块
３.１.５ 简单功能块
３.２ 事件功能块
３.３ 文本规范和文件交换
３.３.１ 形式化文本规范
３.３.２ 通用文件交换格式
第 ４ 章 ＩＥＣ ６１４９９ 开发技巧及设计范式
４.１ 抽象建模： 应用构筑技巧
４.１.１ 子应用 （Ｓｕｂａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）
４.１.２ 适配器接口 （Ａｄａｐｔｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）
４.２ 离散制造系统开发技巧： 面向对象编程方法
４.２.１ 基于 ＩＥＣ ６１４９９ 的面向对象设计方法
４.２.２ 机场行李入港分拣系统设计实例
４.３ 过程控制系统开发技巧： 时间驱动及事件驱动
４.３.１ 基于 ＩＥＣ ６１４９９ 的时间驱动及事件驱动设计方法
４.３.２ 流体食品加工线设计实例
４.４ 设计模式： 模型－视图－控制器 （Ｍｏｄｅｌ－Ｖｉｅｗ－Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）
４.４.１ 视图－人机界面开发阶段
４.４.２ 模型－视图－人机界面开发阶段
４.４.３ 模型－视图－控制器－人机界面开发阶段
第 ５ 章 ＩＥＣ ６１４９９ 扩展功能
５.１ 工业边缘计算 ＯＴ 与 ＩＴ 编程语言混合设计
５.２ 工业现场总线与 ＩＴ 通信协议集成
５.３ ＯＰＣ ＵＡ 信息模型集成
５.４ 闭环仿真测试
第 ６ 章 ＩＥＣ ６１４９９ 集成开发环境及工具
６.１ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｌｏｃｋ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｋｉｔ （ＦＢＤＫ）
６.２ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｆｏｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ （４ＤＩＡＣ）
６.３ ＥｃｏＳｔｒｕｘｕｒｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｅｘｐｅｒｔ （ＥＡＥ）
６.３.１ 基本操作界面
６.３.２ 建立项目
６.３.３ ＣＡＴ 设计
６.３.４ ＨＭＩ 设计
６.３.５ ＯＰＣ ＵＡ 支持
６.３.６ Ｍｏｄｂｕｓ ＴＣＰ 总线支持
６.３.７ 部署执行
６.４ 海王星模块工匠 Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｌｏｃｋ Ｂｕｉｌｄｅｒ
６.４.１ 功能块库
６.４.２ 功能块设计
６.４.３ 工业现场总线集成
６.４.４ 部署执行
６.４.５ 在线模式与动态重构
６.４.６ 数据采集管理
附录
附录 Ａ ＩＥＣ ６１４９９ 基础数据类型
附录 Ｂ 术语的英文名称及具体定义 １７３
参考文献

前 言
２０ 世纪 ７０ 年代， 可编程逻辑控制器的诞生促使工业进入 ３.０ 时代， 制造过程自动化程度 得到大幅度提升。 过去 １０ 年， 随着计算机与信息技术的高速发展， 工业数字化得以迅速普及。 工业软件是企业生产过程实现自动化与信息化的关键， 涉及设计、 编程、 工艺、 控制、 监控、 通信、 管理等所有环节。 工业软件往往需要根据过程控制、 运动控制、 离散制造等不同行业的 工艺需求进行定制， 以提升企业生产效率、 优化配置资源以及提升产品的质量。 现有工业系统 内各种语言共存， 例如 Ｃ／ Ｃ＋＋语言、 ＩＥＣ ６１１３１－３ 所包含的 ５ 种 ＰＬＣ 编程语言， 各种 .ＮＥＴ／ ＨＴＭＬ５／ ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ 等人机界面编程语言， 甚至使用 Ｐｙｔｈｏｎ 作为嵌入式机器学习等。 除此之外， 设备与设备之间的信息通信也不畅， 单控制器与传感器之间所使用的工业互联网总线就有二十 余种。 后， 可视化的模型同样也是必不可少的。 可视化建模语言能够给用户提供直观的系统 设计， 特别是对高复杂性的系统， 抽象化模型可以提升系统设计的效率。
ＩＥＣ ６１４９９ 的出现为以上挑战给出了可行的技术路径。 作为可执行的建模语言， ＩＥＣ ６１４９９ 标准提供了统一的功能块接口定义、 分等级的功能块网络、 部署模型以及管理协议， 为模块化抽象系统设计提供了强有力的支持。 每个 ＩＥＣ ６１４９９ 功能块可以定义多个逻 辑， ＩＥＣ ６１４９９ 标准并未指定编程语言， 因此这些语言编写的功能块都能封装到模块 中。 ＩＥＣ ６１４９９ 标准同时也提供了复合功能块类型， 使得结构化分层级的封装编排有了 用武之地。 ＩＥＣ ６１４９９ 标准的部署模型允许在同一个系统内设置多个并行的应用， 并且 多个应用可以分别运行在不同的设备上， 而每个应用中的功能块网络也可以分别部署 到不同的设备上。 此部署模型将复杂的设备间数据交互抽象化， 通过管理协议自动部 署， 可以大幅度提升系统开发的效率。
本书是基于 ２０１２ 年发布的 ＩＥＣ ６１４９９ 标准第二版， 结合几位作者多年的教学和实践经 验总结而来。 本书在编写过程中根据我国读者的阅读习惯与初学者的学习路径对标准内容介 绍的次序做出了相应的调整。
本书以 ＩＥＣ ６１４９９ 标准内容为框架， 从 ＩＥＣ ６１４９９ 的发展历史开始， 按顺序介绍了 ＩＥＣ ６１４９９ 标准的核心机制及体系架构、 各类型功能块定义与基本概念、 开发技巧及设计 范式、 扩展功能以及开发工具等内容。 本书通过若干实例来讲解 ＩＥＣ ６１４９９ 的各个知识点， 帮助读者快速掌握 ＩＥＣ ６１４９９ 核心概念。
在此特别感谢 ＩＥＣ ６１４９９ 标准委员会首任主席 Ｊａｍｅｓ Ｈ.Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎ 博士、 ＰＬＣＯｐｅｎ 中国 区名誉主席、 教授级高工彭瑜， 以及施耐德电气高级副总裁庞邢健先生为本书作序 （Ｃｈｒｉｓ? ｔｅｎｓｅｎ 博士所写的序为英文， 序一为其中文译文）。
作 者
２０２１ 年 ６ 月