IEC61499相容的資訊物理系統(CPS)

2021-10-05 19:45:54 字數 2192 閱讀 9437

cps (cyber-physical systems)資訊物理系統是工業4.0 的重要概念。我國工信部發布了《資訊物理系統***2017》,並且組織了專家宣講團,來宣講cps。按照專家的定義:

資訊物理系統通過整合先進的感知、計算、通訊、控制等資訊科技和自動控制技術,構建了物理空間與資訊空間中人、機、物、環境、資訊等要素相互對映、適時互動、高效協同的複雜系統,實現系統內資源配置和執行的按需響應、快速迭代、動態優化。

這個定義夠學術氣。個人理解cps是物理裝置的數位化,協同化和網路化。未來的生產線將有一大批cps 裝置組成,它們通過網路交換資訊,協同操作。 cps裝置不同於未聯網的裝置,也不同於沒有物理輸入輸出部件的單純網路。發展cps 系統的目的是提高系統靈活性,降低複雜性。

在將傳統物理裝置轉換成為cps的構成中,軟體將扮演最重要的角色。cps 將物理裝置(諸如,電機,感測器)和通訊,計算機,控制技術相結合。並且使用數位化技術為物理裝置建立數位化模型。使物理裝置能夠像計算機中的軟體物件一樣通過程式來引用,組合,控制,**。

大多數專家還停留在概念,框架的階段。而對與工程師而言,概念是廉價的。我們需要的技術路線圖。最近筆者學習研究歐盟地平線h2020 計畫中的一些專案,看到歐盟在工業4.0 發展方面已經開始了深入的研究和規劃。其中涉及cps 方面的專案有4個,它們分別是:

h2020 far-edge ( ),

h2020 daedalus ( )

h2020 autoware ( )

h2020 maya project (

其中 daedalus 專案是關於iec61499 相容的cps 裝置。由於涉及我最近的研究課題iec61499 標準。在這裡比較詳細地介紹一下:

daedalus 專案提出以iec61499 標準構建新型的分布式自動控制平台,並且提出了所謂iec61499 相容的cps 概念。形成所謂多邊生態系統(multi-sided digital platform)。

iec61499 cps 控制器不僅是控制演算法,還包括了系統的其它方面,例如hmi,行為模型和硬體抽象。cps控制器整合了面向服務介面(service oriented inte***ce)使能開發cps 的虛擬智慧型概念。提公升了與其它數位化模組的連線。例如將模擬模組(simulation modules)作為一種服務。

daedalus專案將iec61499 的自動控制任務稱為實時(real time)部分,而面向服務的介面稱為anytime 任務 。大概是表示任何時候都能呼叫或者被呼叫自動控制系統中的其它單元。

到目前為止,工廠自動化是一種分層結構,如下

-erp

-mes

-scada

-plc

-現場裝置

匯入了cps 裝置以後,控制系統更加的扁平化,cps 能夠和所有控制層通訊。

從控制系統的布局上看,採取了分布式工業pc(ipc)架構。通過工業乙太網通訊平台連線。每個ipc都整合了乙個iec61499 執行環境,而這個執行環境執行在實時linux之上。iec61499 執行環境提供所有讀寫物理io訊號的軟體,執行iec61499 功能塊的控制邏輯,以及控制器之間的資料交換。

當然,要打破大公司的壟斷和控制地位是不容易的。比較大公司在工業控制領域的投入也是非常巨大的。最近幾年,大公司通過大量的資本收購活動,鞏固自身在工業控制領域的強大力量。但是既然有了乙個好的目標,我們就能夠找到到達的路。我覺的小型公司可以從裝置端切入。開發符合iec61499 相容的cps控制器。擴充套件裝置的數位化能力。這樣的裝置顯然能夠通過一些標準的工業控制協議(比如opc ua,modbus等等)融入到大公司現有的工業控制系統中去。並且提供比傳統控制裝置更強的數位化能力。

可以設想,未來的裝置製造商除了提供物理的裝置以外,還提供各種配套的iec61499 控制功能塊。面向服務的介面。能夠與工業控制的其它單元協同操作。

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