《使用IEC61499为控制系统建模》-第一章 概述
譯者的話
也許和IEC61499 標準還不夠普及有關，關于IEC61499 標準的書籍并不多，Alois Zoitl & Robert Lewis 二位合著的這本書是網絡上論文中被引用最多的一本書。
?這本書全面解釋了IEC61499 標準中的概念，術語和模型。其中最重要的內容包括數據類型，功能塊類型和網絡，分布式系統模型，設備和資源模型。本書是一本比較完整地介紹IEC61499 標準的書籍。對全面了解IEC61499 標準有所幫助。本人還是決定將它的主要內容全文翻譯出來。
大多數的技術標準都描述的非常嚴謹，抽象和形式化。本書雖然并不是標準的文本，但是其內容許多是對IEC61499標準中概念，術語的進一步解釋。閱讀起來不那么容易，有一些概念在中文的語境里如果直譯，顯然有點生硬。比如在IEC61499 中，使用功能塊構建的應用“程序” 直接稱為“Application”，中則為“應用”。在中文中“應用”大多數場合是一個動詞。除非是加定語的名詞，比如“使用功能塊構建的應用”。再比如，在IEC61499 中將應用稱為是功能塊網絡。這又與通信網絡會混淆。
總之，在翻譯這本書時，有許多難以琢磨的地方。為了尊重作者的原汁原味，我基本·上直譯。讀起來可能有點拗口。
另一方面，本人對IEC61499 標準中的許多概念理解不深，翻譯過程中難免存在許多的誤解。如果讀者能及時向我提出來，將不勝感謝。
? 我并沒有出版中譯本的計劃，這些內容只是用于內部培訓和與網絡讀者分享，不用于商業目的。
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第一章 引言
?在引言這一章，我們綜述IEC61499 發展的背景和原因。我們將描述下面這些內容：
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制造業為了在不確定和迅速變化的全球市場中具有競爭能力而奮斗。他們急切地需要提升制造系統的敏捷性。為了生產具有競爭能力和創新的產品，公司需要能快速建立先進的生產線。如此高度的自動化需求涉及建立包括工業制造，制造系統，商業物流的大型系統。這些新系統的一個關鍵特征就是由敏捷制造系統帶來的迅速地處理變化的能力。一個制造工廠需要能夠迅速切換產品類型和導入新工藝。以保持商業業務運行。
對建立下一代分布式工業控制的架構和新技術的興趣不斷增長。這些系統的軟件有一組相互協作的組件構成。而不是一個大型定制的集成軟件。
目前為止，工業控制系統分成了兩大陣營。一類是基于傳統的分布式控制系統(DCS)，另一類是基于可編程邏輯控制器（PLC）。現行的DCS?主要應用于化工廠和煉油廠。它們是由少量的大型中央處理器構成，提供監控和數據采集。通過本地網絡和部署在工廠中的眾多控制器，儀表，傳感器和執行部件相聯。（圖 1.1）。系統可以具有分立的儀表和超級工作站。超級工作站由本地控制器和一串儀表構成。在一個DCS?中，許多的監控來自于一個或者多個中心處理器。工廠中的儀表提供本地的閉環控制，例如PID 控制。
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相比之下，在許多機器控制和生產過程控制中（特別是自動化生產線中），控制系統是使用PLC來設計的（圖1.2）。在這些系統中，人機接口（HMI）一般由不同類型的面板，燈光和開關實現。先進的HMI 也能使用彩色顯示屏，專用鍵盤，或者觸控屏來操作。尤其是借助于導入手機，平板電腦，這個領域的變化非常迅速。
大型PLC 系統通常由多個PLC ，它們通過一個或者多個特定的高速網絡相互通信。PLC 一般連接大量的輸入輸出（I/O） 信號，由它們處理傳感器和執行部件。在這種場合，分立儀表，比如溫度，壓力傳感器也連接到PLC 上。
使用這兩種設計方法，系統都傾向編寫一個大型單一的軟件包。這種軟件通常很難在新的應用中重復使用，相互之間集成也非常困難。一個應用程序的功能和數據不適用于其它軟件。哪怕是同一種程序設計語言編寫的軟件，并且運行在同一個機器上，也是如此。大量的系統研發時間放在映射設備之間的信號，以及為了使不同類型的儀表和控制器能夠通信而添加的驅動。
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DCS和PLC 兩種系統難以修改和擴展，不能提供高度的靈活性。而這一點卻是先進，靈活的控制系統所期望的。
工業通信標準的出現，比如現場總線Fieldbus。允許不同類型的儀表和控制設備能夠相互操作。DCS系統和PLC為主系統之間的區別開始消失。 DCS的儀表和PLC 開始提供同樣的功能。工業應用在一些概念之下同樣可以在PLC 硬件上實現。比如SoftPLC ，也就是在通用PC機上實現PLC的功能。隨著工業加固型PC（IPC）提供了更高的可靠性，它們的使用越來越普及。我們看到使用更多PC為基礎的控制器的趨勢。到目前為主，傳統PLC只能使用由PLC 廠商提供的特定語言來編程。用戶需要對軟件具有更開放的方法，導致出現了新的軟件控制器，它們可以使用多種不同的程序語言。這種新型的軟件控制器經常被稱為可編程自動化控制器（Programmable Automation Controller PAC）。
我們能夠預料，控制工業，制造和商業的系統將開始融合。例如，能夠將一個運行在總部的商業系統無縫連接在世界上任何地方的工廠中運行的制造過程系統，工業控制系統，甚至是控制器。
圖1.3 描述了一個先進分布式功能系統的組成部分。在這樣的系統中，每個設備都連接到工業網絡，并能夠提供一部分控制功能。智能設備，比如泵，閥門或者傳感器將具有內置的控制功能，通過軟件和更智能的設備連接它們，比如HMI 面板。MHI 面板上的一個滑桿能夠以軟件化的方式直接和PID 控制器的設置點連接起來。控制泵的速度。
為了取得這樣高水平的集成，仍需要建立靈活的系統。當工業和商業需要改變的時候，它們能夠再工程化（re-engineered）。這需要一種全新的軟件設計方法-基于分布式對象交互（interaction? of distributed objects）的新技術.有一些先進的軟件技術已經影響到這個領域。首先就是中間件技術，比如來自于對象管理群（OMG）的CORBA，或者DDS。進一步的解耦是通過導入面向服務架構（SOA） 取得的。在SOA 架構中，組件提供了服務。這些服務能夠靈活地相互組合。在這些系統的頂層，出現了若干協同技術，比如 復雜事件系統，或者企業服務總線的概念。
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在工業過程測量和控制系統的領域，來自于OPC 基金會的技術允許遠程工業控制器，或者制造經理的PC 上能夠不管數據在什么地方。可以無縫訪問它們。可以考慮使用使用以太網，同層通信和SOA 的互聯網技術可以用于制造系統。而使用了新的OPC? UA 中的建議，這種無縫互操作性也能進入小型工業設備（比如傳感器，或者執行部件）
工業社團歷來重視軟件組件的互聯。比如以功能塊的形式對最終用戶而言具有主要的優點。這些優點包括通過重復使用標準解決方案，改善軟件生產力。來自不同廠商的軟件和設備實現即插即用，改善設計的靈活性。到目前為止，新標準都能夠實現分布式組件的“技術集成（technical integration）”，不過，下一個主要的跨越將是“語義集成（semantic integration）”（也就是定義數據后面的含義）。我們能夠實現遠程工業控制器的軟件與運行算法的PC之間交換數據，不過這種連接是有意義的么？
1.1 IEC61499功能塊標準
國際電工委員會已經開發了一個專門的標準IEC61499 ，它定義了如何將功能塊（function block）用于分布式工業過程，測量和控制系統。這項工作有助于解決語義集成的問題。
在工業系統中，功能塊建立了定義魯棒性，可重用軟件組件的概念。一個功能塊能夠提供解決小問題的軟件解決方法，比如控制閥門。也可以解決一個工廠的主要部件，例如完整的生產線。功能塊允許工業算法封裝在一種可理解的形式中，使非軟件專家的人士可以使用。每個功能塊都有數據輸入，供算法執行時讀取。算法的結果寫入功能塊的輸出。完整的應用由功能塊輸入輸出互聯的功能塊網絡組成。
IEC61499 標準是建立在PLC 語言標準IEC61131-3 的功能塊概念之上的。IEC61131-3 是與現場總線（Fieldbus ）標準化工作一起發展起來的。現場總線（Fieldbus ）通信協議棧的應用層提供了軟件接口，允許遠程功能塊在在現場總線上協同操作。然而，IEC61499 開發了一個通用的標準，適用于工業的許多需要軟件組件的場合。例如建筑管理系統。這些軟件組件具有功能塊類似的行為方式。
?? IEC 61499 以一種獨立于實現的形式定義了描述功能塊的模型和方法。系統集成者能使用這種方法構建分布式控制系統。它允許一個系統定義成為邏輯連接的功能塊網絡。這些功能塊運行在不同的處理資源上。
? ?圖1.4 描述了IEC61499 用于系統設計生命周期的方法。控制系統的設計通常從分析物理工廠圖和控制系統需求文檔開始，然后定義功能區域和它們與工廠的交互。最后階段將功能映射到物理資源，例如PLC ，儀表和控制器。
演示IEC61499 使用的最好方式是考慮在設計分布式控制中的下列階段：
-功能設計階段 。在這個階段，過程工程師分析物理工廠設計，例如使用管路和儀表圖（Piping and Instrumentation Diagrams P&ID ），建立頂層的功能需求。這可以表示成一系列塊。這些塊勾勒出主要的軟件組件以及它們的主要相互連接。在這個階段，軟件模塊的物理分布并不考慮。在許多場合下，這些圖顯示工廠或者機械的物理設計。同時也顯示活動設備的位置。比如閥門，泵，儀表點，壓力，溫度傳感器位置
-功能分布階段 。在分布式系統中，進一步的設計階段需要定義控制功能分布到過程資源。
IEC61499 標準提供了定義分布式功能到相互連接功能塊的相關模型和概念。系統工程師完成將軟件需求映射到功能塊的細節設計。這些功能塊分布在各種過程資源上。許多場合下，設備的功能塊是預先開發好的。例如，像智能閥門這樣的智能設備以功能塊的形式提供軟件包。
每個功能塊有自己特定的軟件設計生命周期。有時候需要為一個應用特別地設計功能塊。在另一些場合，可以使用儀表中已有的功能塊。
我們在后面將會看到，使用IEC61499 定義的功能塊只是一個分布式系統圖中的子集。需要其它的設計圖給出所有的系統設計。IEC61499 是開發建模一個分布式控制系統的第一步。
隨著使用組件為基礎的軟件趨勢的進一步發展，工業控制器和儀表將提供功能塊作為設備固件的一部分。開發者也提供功能塊庫，系統工程師可以選擇使用其中的功能塊。系統設計變成了軟件組件選擇，配置的過程。這就好像許多的硬件設計現在主要是選擇集成電路和互聯的過程。
?IEC 61499 以標準的形式定義封裝了軟件功能和算法的功能塊。這允許工具軟件和其它標準使用同樣的概念和方法學來處理功能塊 .IEC61499 同樣定義了一組通信功能塊。比如Client/Server 功能塊。用來標準化不同物理處理資源上的功能塊相互交換數據。而服務功能塊提供與處理資源架構的接口。
圖1.5 顯示了三個相互連接的功能塊。分別表示了壓力變送器，PID控制功能塊和泵。它們之間使用了IE61499 概念互聯。注意，在功能塊之間有數據和事件流。我們在后面將會看到，IEC61499 方法論允許數據和相關的事件緊密地耦合在一起。也就是說，所有的事件和數據按規則地處理，或者異步地處理。
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圖1-6 展示了在過去的50年間工業控制技術的發展趨勢。自從1950年以來，得益于硬件和軟件的穩步成長，控制系統的功能也越來越強大。控制系統使用微處理器數字化后，增加了對標準化的需求，減少不必要的軟件多樣性和集成的問題。
IEC61131-3 針對了于PLC語言標準化。PLC 是單一處理器和少數緊耦合的多處理器結構的設備，它們的配置比較小，當轉向大型分布式功能時，需要像IEC61499這樣標準進一步地定義和分布式部署功能的方法。同時也需要系統構建和集成工具。
例如，在用于運行設計，配置和管理分布式系統的工具軟件集成套件中。定義系統的設計工具和程序設計工具集成在了一起，同時配置設備，定義HMI 屏幕，配置工業網絡的工具也集成在一起。在這樣的集成套件中，IEC61499 將定義系統模型，它不僅有助于分布式系統的功能設計，而且有助于集成進行數據和信息模型定義的系統工具。
1.2開發超越IEC61131-3 概念的功能塊
為什么不能將IEC61131-3 的功能塊概念用于分布式系統？這是由于IEC61131-3 PLC 語言標準引入的概念有許多限制。使用IEC61131-3 功能塊圖（FBD）圖形語言，通過功能塊之間的輸入輸出變量連接，形成數據塊簡單的數據流鏈接。在圖1.7a 中，每個功能塊提供單獨的一個內部算法。當該功能塊調用時它被執行。功能塊的執行順序是依賴于其它的功能塊，通常是從左到右地運行，因為功能塊右邊的輸入依賴于左邊功能塊的輸出。
然而，如同圖1.7b中引入了反饋的路徑，執行的順序就不能從圖上確定。因為兩個功能塊的執行都依賴其它功能塊的輸出值。在復雜的網絡中，程序系統很難確定正確的執行循序。為了克服這個問題，許多IEC61131-3程序設計系統提供了額外的機制來定義功能塊執行的順序。例如，用戶可以看一個功能塊列表，手動地賦予執行順序。不幸的是這種機制超出了IEC6113-3標準的范圍。從而導致了功能塊執行順序的方法不清晰，和難以在不同系統中移植。
在IEC3113-3 中有一個特性能夠粗略地提供一個通過功能塊鏈傳遞執行流的方法，這就是使用EN輸入和ENO 輸出信號（圖1.8）
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EN和ENO 在梯形圖中用來為功能塊傳遞“電源流”（Power Flow），然而，我們現在認識到 EN和ENO不能提供在復制的功能塊網絡中靈活性。有效的EN和ENO 信號能當作功能塊之間傳遞事件的手段。有了EN 信號，表示輸入數據就緒，功能塊可以執行。而ENO 信號表示功能塊已經執行了，輸出數據為下一個功能塊準備。我們將會看到，事件傳遞的想法在IEC61499 中得到了擴展。
IEC6113-3 的焦點是定義一個或幾個緊耦合的處理資源上運行的軟件模型和PLC 語言。所以，從圖1.9 看出，IEC6113-3 軟件模型也的確考慮了多資源的配置，這個標準提供了兩種機制來傳遞資源之間的數據和控制信號。這就是全局變量和通信功能塊。
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1.2.1 全局變量
在配置層面使用全局變量，能夠在不同資源上的程序和功能塊之間傳遞數據和控制信號。然而，已經明顯地了解，使用全局變量是相當差的，在不同處理器上運行的資源之間傳遞數據是不安全的機制。不能夠清晰地標識哪里全局變量被更新，哪里被使用。在IEC61131-3 的圖形中沒有定義全局變量和程序和功能塊內部引用它們的變量之間的鏈接。另外，傳遞全局變量還有一些危險的問題存在。由全局變量傳遞的信號的時鐘和同步很難加以定義。 在IEC61131-3 中，也沒有定義如何處理共享全局變量初始化和更新的機制。
1.2.2 通信功能塊
PLC標準的第五部分，IEC61131-5 是關于如何使用IEC61131-3 軟件模型為PLC 程序設計提供的通信服務。IEC61131-5 定義了一系列用于PLC之間交換數據的功能塊。它們包括將PLC 作為”服務器”的功能塊，也就是說，PLC 支持響應外部的服務請求。也包括支持客戶端：Client “行為的功能塊。支持PLC 請求作為服務器的其它PLC 和系統
IEC 61131-3 允許在配置中有一個外部可以訪問變量子集。外部PLC或者其它非PLC 設備可以使用通信功能塊通過外部通信接口訪問這些稱為ACCESS的變量。。
我們已經看到，IEC61131-3和制造消息標準IEC61131-5 中提供了一系列軟件機制來實現PLC 之間的通信。 對于少量PLC 的系統而言，這些通信機制是比較合適的。 IEC發展功能塊的工作組非常清楚，IEC61131的通信模型具有一系列的限制。比如全局變量和通信功能塊的概念。也沒有確切的方法來定義分布式功能塊的連接。
需要一個清晰的通信模型，它們不僅用于PLC和PLC 之間的通信，而且用于分布在工業網絡中的大小分布式設備之間的通信。新的功能塊模型應該是可擴展的，也就是說它能夠適合控制器，PLC和控制器，也適合小型現場總線設備，比如智能閥門和傳感器。事實上，可以想象一個功能塊模型涵蓋所有類型的設備和控制器。
小結一下，IEC61131-3 模型對于多資源分布系統而言，具有下列不足之處：
IEC61499 的發展
當國際電工委員會在1990年第一次表示需要為分布式工業過程，測量和控制系統提供一個新的功能塊標準。它就認識到這些功能塊因該是一個通用的概念，適合廣泛的標準。例如，功能塊的概念能夠用于PLC ，智能設備，智能建筑管理和現場總線協議Fieldbus 協議中。那時候已經有一個標準使用功能塊的概念。而且正在開發之中，它就是IEC6113-3 。IEC6113-3主要關注PLC 的編程語言。為了發揮已有know-how的作用，IEC 技術委員會TC65 將IEC61499 標準工作賦予同一個工作組（WG6）。IEC61499 工作組的成員來自于美國，日本，英國和許多歐洲國家。它們代表了工業控制的供應商和用戶。
IEC61499 是一個多部分（multi-part）的標準。IEC 標注啊過程管理分成四個主要階段（i） 標準開發階段。（ii）公開可用規范（Publicly Available Specification PAS）階段 （iii）最后審查和發布階段（iv） 維護和再發布階段。最后階段每五年進行一次。PAS 是IEC 早期發布標準的推薦概念。PAS 能夠在還沒有完成所有國際標準驗證過程之前發布。PAS 可用看作是一個試行標準，供早期產品和服務開發。
?? 對于IEC61499 第一部分，PAS 部分開始于2000年，最后發布所有部分，形成國際標準是在2005年。在PAS階段，公開采集反饋意見，做了若干修改和改善。形成了早期的IEC61499.在2010年，第一次完成第一次維護。若干歧義的地方做了修改。結果產生了IEC61499 第二版在2012年發表。第二版是本書的基礎。由三個部分1 ，2和4 組成。（第三部分在2008年去除了）
第一部分（part1 ） 縱觀了面向功能塊的分布式系統的設計和建模，主要包括下面幾個主題
1 一般需求，包括引言，范圍和主要引用（也就是其它標準），定義和參考模型
2 說明功能塊類型的規則和功能塊類型實例的行為規則。
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3 在配置分布式工業過程測量和控制系統（IPMCS）中使用功能塊的規則
4 為滿足IPMCS 通信需求中使用功能塊的規則
5 在管理IPMCS中應用，資源，和設備中使用功能塊的規則
本書主要關注IEC61499 Part1 涉及架構和模型的部分。
第二部分part 2
?IEC61499 Part2 主要涉及規范化信息模型的定義，賦能CASE 工具，基于功能塊管理和交換系統設計的實用工具。Part 2 的主要關注點是“工程任務支持”，它涉及在Part1 的架構和概念構建的IPMCS系統的設計，實現，運行和維護的工程任務指南。
一開始打算使用生產數據交換標準STEP（ISO10303），作為不同的設計工作站之間功能塊設計的保存和交換的手段。STEP 是CAD 工作站用于存儲和交換電子電路設計的標準。很明顯，電子電路原理圖和基于功能塊設計的控制系統非常相似。
然而在IEC61499 Part 2中，最后采用了XML語言來提供保存和交換功能塊定義的方法。者提供了能夠在互聯網上傳輸，使用瀏覽器閱讀的可能性。使用XML 能使用各種屬性的方式來保存設計，包括版本信息和圖形層的細節-這些將在2.6節進一步地討論。
第四部分（Part4） 主要涉及定義如何兼容IEC61499 的重要主題，以及廠商如何具體規范說明它們。在非常早期的發展階段，標準就意識到兼容性是非常重要的，特別是一個分布式系統中，設備來自于不同的廠商。在另一方面，IEC61499 是一個通用的標準，不涉及分布式IPMCS 實現的細節。為了遵循這一點，IEC61499 的Part4 定義了構建和開發兼容性文件的規則。一個遵循Part4 定義額兼容文件需要規定IEC61499 Part1和Part2 特性的特殊實現，考慮分布式IPMCS 的重要屬性。
互操作性（Interoperability）運行來自不同廠商的設備能夠通過通信系統交互
可移植性（Portability）定義IEC61499 項（也就是功能塊，應用，系統配置）的交換格式
可配置性（Configurability）允許來自不同廠商的軟件工具相互配置設備
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IEC 的初衷是新的功能塊標準將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。為了這個原因，出于它通用的特性，IEC61499 是一個相當學術性的標準。也被定義為” 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IEC61499 的概念來建立，并且添加它們自身領域的特殊擴展。
一個好例子是，由過程控制功能塊工作組在IEC61499 功能塊模型上建立的一個新標準。這個小組的主要目標是定義在過程工業中使用的功能塊。不過，它們采取可來自IEC 61499 中通用功能塊的概念作為它們工作的基礎。通過將通用模型應用到實際工業過程控制應用中，過程控制小組向IEC61499 工作小組提供了有用的反饋。在許多場合，他們在功能塊模型中有的缺陷幫助IEC61499 作改善。
更進一步地，在標準的評估階段，IEC61499 定義的功能塊模型具有很大潛力來改善系統設計。在過去的幾年中，實現IEC61499 的若干平臺可供使用了。這些平臺允許使用IEC61499 模型直接開發和操作分布式IPMCS。
1.4為什么使用功能塊
對于許多軟件工程師而言，功能塊的想法看起來有些別扭-將軟件當作了硬件塊。
在面向對象程序設計中的對象在某種程度上類似于功能塊。對象的概念之所以成功，是因為它們能夠為在真實世界的概念和項目建立行為建模。使用對象的優點總結如下：
對象反映了真實世界
當設計一個應用程序的時候，用一個應用程序的對象來表現真實世界的項目更加自然和直觀，比如文檔，雇員和產品。
對象是穩定的
通常來講，對象是經過證實的軟件單元，它們不會大幅度改變。在許多場合，開發者在廣泛的應用中使用相同的對象類。例如，當一個建立一個諸如“供應商”對象，它表現了一個項目的所有行為和特性。它可以廣泛應用到不同的商業應用程序中處理供應商。供應商對象通常具有名稱，地址，產品范圍，貿易條款等等。并且具有獲取和更新這些信息的方法。
對象降低了復雜性
開發者可以在不了解對象內部工作的情況下使用一個對象。能夠通過建立和連接對象開發一個應用程序-通常不需要了解對象的內部。
對象能夠重復使用
???? 一旦一個對象研發和測試完成，它將稱為開發者清單中的一部分。對象可以在一個庫中發布，本地或者全球的開發者都能夠使用它們。
盡管OO 軟件開發大大地改變了軟件開發的世界，不過它不能保證軟件的提供可重復軟件。對象往往是為它們的特定使用場合過度定制化設計的，限制了它們的可應用性。
為了改善這種情形，Szyperski引入了軟件組件的陌生概念。他定義軟件組件類似于對象：“軟件組件是一個完全指定的接口和上下文獨立的組合（uint of composition 單元，軟件組件獨立地部署，應滿足被第三方組合使用的條件。軟件組件具有下列特性：
獨立部署的單元
這個特性需要組件自包含，并能從環境和其它組件之間清晰地分離出來。一個組件永遠不能部分地部署。
第三方復合的單元
第三方在沒有組件內部結構信息的情況下，能夠和其它組件組合在一起使用它們.
通過清晰接口交互的單元
為了實現前兩個特性，需要通過清晰定義的接口與組件交互。純靜態接口定義是不夠的。為了正確地使用它們，需要動態的接口定義。更進一步，必須沒有隱藏的接口（例如，全局變量）。
作為面向組件的軟件設計，在功能塊的世界，系統設計者主要集中于選擇標準，證明的包覆功能。并以盡可能最快，和確定的方式將它們鏈接在一起。使用功能塊非常接近系統設計師的思維模式。他們熟悉以不同的方式連接物理設備，提供特定的系統解決方案。功能塊也分享軟件組件的特性。為系統開發者和最終用戶帶來了明顯的優勢
軟件開發的當前發展趨勢是在更高的層面使用抽象形式化模型來描述軟件。使用域定義規范模型方法，某些軟件系統能夠通過域專家高質量地輕松開發出來。在下面的章節可以看到，IEC61499 提供了軟件建模有效工具，也提供了復雜的建模語言來定義分布式控制系統。特別是IPMCS 領域。
1.5 系統設計視圖
為任何一個大型項目開發軟件都是非常復雜的。特別是在分布式控制的許多場合中，軟件在不同的資源上運行。設計問題是蠻嚇人的。很明顯，需要一些圖形化的設計視圖來表達和分析設計的各個層面。有些視圖表示設計的層次，有個表示系統，或者軟件的物理結構。
不管人們如何地去嘗試，，幾乎沒法使用一種設計方法學來涵蓋系統設計的所有方面。 許多設計內容不能用一種圖形化表達方式來表達，比如
什么是頂層軟件結構
系統為最終用戶提供什么功能
如何在系統中分布功能
系統部件如何連接
如何管理軟件庫和標準組件
系統如何響應某些敏感事件
? 許多系統設計問題的都是采用過少的設計方法來表達系統設計的所有方面而導致的。一種特別的設計視圖能展示系統中的軟件的邏輯連接，但是他無法展示響應系統事件的系統的行為。
事實上，大多數軟件設計需要至少四種設計視圖和一組場景（scenarios）。這構成了所謂4+1 視圖模型。這是由Kruchten 提出的。
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1.5.1 邏輯視圖
這個設計視圖用來描述系統的功能需求。它表達系統用戶需要的軟件功能。在一個分布式系統設計中。他會表示主要的軟件功能塊和他們之間的主要接口。系統功能的分布和執行都沒有涉及。
?? IEC61499 應用的方法學和功能模塊自身能夠用來定義某些邏輯設計視圖。
1.5.2 過程視圖
過程設計視圖涉及許多系統的非功能性需求。這些包括性能，系統分布以及并發性。Kruchten 定義過程視圖是描述“通信程序的邏輯網絡，他們分布在一組物理資源中。
這幾乎完全相當于IEC61499 的功能塊標準。它提供了一種架構，將分布式系統實現描述成為互聯的功能塊網絡
1.5.3 開發視圖
開發視圖描述如何來組織構建大型系統的軟件。構建一個大型的分布式控制系統涉及各種各樣的軟件庫和軟件模塊。開發視圖顯示軟件組件（比如功能塊）之間的關系。包括 重使用（reuse）的便捷性，組件的大小，版本的兼容性等內容。作為例子，考慮將一個功能塊用于傳送帶系統，我們將表明支持它的設備類型，
?? 當前，沒有IEC 標準方法學來處理分布控制系統。借助IEC61499 中適配模型提供的接口的概念，只是有限的提供需要的交互點的定義。
1.5.4 物理視圖
在一個分布式控制系統中，物理視圖是好理解的，它描繪了系統中的物理設備和控制器。連接他們的各種通信鏈路，物理視圖通常考慮系統的物理配置。顯示設備的定位和總線和通信鏈路的細節
這部分對應于IEC61499 的系統模型，它提供了為可用的設備，通信鏈路和設備互聯建模。沒有考慮在工廠的物理放置和于過程的接口
1.5.5? 場景（Scenarios）
完成系統設計的最后一個，也是重要的設計模型Kruchten 稱為”場景“ 。場景描述了軟件單元之間的相互交互。，提供了一個系統最重要的，關鍵的功能。
1.6 IEC61499 未來的超越
人們評價IEC61499 提出的功能塊模型沒有采納IEC61131-3最新版本中已經采納的OO軟件技術的概念。然而，除了OO 軟件技術以外，然而，除了OO軟件技術以外，一些基本的高層概念也是需要的。比如在大型和擴展的軟件模型概念下的程序設計。該標準從對已有的工業功能塊開始概念開始，并且朝著這些概念擴展是短期內需要考慮的。
一個關于通信和軟件組件的新工業標準，需要在物理設備和軟件之間互聯來帶清晰的益處。然而，在我們能夠取得在實現大型系統的真正可互操作軟件組件之前，我們需要認同描述需求的通用方法，比如信息模型和數據傳輸。這是IEC61499 在工業控制領域需要專心致志解決的問題，
在下面的章節，我們將描述IEC61499 中的概念。并且來看這個標準如何來為分布式控制系統建模。
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的《使用IEC61499为控制系统建模》-第一章 概述的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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