IEC 61131-3的XML格式及其應(yīng)用

隨著IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)被廣泛接受，經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境日益嚴(yán)峻，而在工業(yè)控制軟件的開發(fā)成本和工程成本日益上升的形勢(shì)下，希望能在不同的軟件開發(fā)環(huán)境之間交換其程序、函數(shù)/功能塊庫(kù)和工程項(xiàng)目的需求越發(fā)高漲?？紤]到編程僅僅是控制軟件完整應(yīng)用開發(fā)套件的一個(gè)環(huán)節(jié)，為規(guī)范它與其他環(huán)節(jié)間的數(shù)據(jù)交換的接口，有必要提供為實(shí)現(xiàn)IEC 61131-3編程的數(shù)據(jù)交換規(guī)范。通過(guò)為IEC 61131-3規(guī)定一種XML的格式，倡導(dǎo)一種開發(fā)環(huán)境，使得在此基礎(chǔ)上構(gòu)成統(tǒng)一的工程軟件平臺(tái)。

利用PLCopen規(guī)范的XML格式，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同軟件工具的數(shù)據(jù)交換：為統(tǒng)一的工程平臺(tái)實(shí)現(xiàn)不同控制功能的編程、組態(tài)提供基礎(chǔ)；為統(tǒng)一的工程平臺(tái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行操作、維護(hù)各階段功能的前后銜接提供基礎(chǔ)；進(jìn)行不同硬件平臺(tái)定義的I/O變量和內(nèi)部變量直接的變換，為控制程序無(wú)障礙移植創(chuàng)造前提條件。包括文本化編程語(yǔ)言、圖形化編程語(yǔ)言、結(jié)構(gòu)化編程語(yǔ)言、圖形信息、數(shù)據(jù)類型等信息，都可用XML的格式予以表達(dá)。

舉例來(lái)說(shuō)，由德國(guó)的汽車制造商Daimler發(fā)起，聯(lián)合了ABB、KUKA、Rockwell Automation、Siemens等工業(yè)企業(yè)以及一些軟件和服務(wù)商，成立了AutomationML（Automation Markup Language）組織，為的就是通過(guò)共同定義數(shù)字化工廠的一種中間格式——自動(dòng)化標(biāo)記語(yǔ)言AutomationML，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。AutomationML標(biāo)準(zhǔn)是一種免費(fèi)的開放標(biāo)準(zhǔn)，主要用于制造自動(dòng)化，包括機(jī)器人和物流，但不局限于此。其創(chuàng)新主要在于：在一個(gè)單一的根格式（XML格式）下將許多重要工程方面所接受的標(biāo)準(zhǔn)綜合起來(lái)予以應(yīng)用。

IEC 61131-3的OPC UA信息模型

建立IEC 61131-3的OPC UA信息模型的目的在于提高控制器和可視化裝置（人機(jī)界面）、上位信息系統(tǒng)之間通信的復(fù)用性。從長(zhǎng)期應(yīng)用的觀點(diǎn)看，將明顯提高工程流程的效率和顯著降低工程成本。設(shè)想當(dāng)某個(gè)PLC項(xiàng)目中有許多控制平臺(tái)由不同的供應(yīng)商提供，如果用一種可視化工具或MES/ERP，從這些控制平臺(tái)的外部來(lái)看，他們完全是一樣的。PLCopen之所以選擇OPC UA，是因?yàn)槭褂肙PC的統(tǒng)一架構(gòu)解決了如下問(wèn)題：在監(jiān)控層面如何發(fā)現(xiàn)與之通信的對(duì)象；如何使通信對(duì)象的數(shù)據(jù)、復(fù)雜數(shù)據(jù)和功能性是完全可利用的；如何使通信可靠、可執(zhí)行，又與操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言無(wú)關(guān)；如何確保信息安全。

在2009年德國(guó)紐倫堡SPS/IPC/Drives展會(huì)、2010年HMI展會(huì)以及2010年燈光和建筑展會(huì)上分別展出了由多個(gè)供應(yīng)商采用OPC的IEC 61131-3信息模型的實(shí)物演示。

嵌入式PLC的發(fā)展趨勢(shì)與潛力

根據(jù)《Control Design》雜志的調(diào)查，2009年美國(guó)機(jī)械行業(yè)的PLC用戶占2/3，PAC和PC控制合起來(lái)只占13%，而嵌入式PLC僅占5%。這可以說(shuō)明，嵌入式PLC具有很大的發(fā)展空間。

目前，嵌入式PLC的發(fā)展也呈現(xiàn)多元化，國(guó)內(nèi)外均有良好表現(xiàn)：德國(guó)赫優(yōu)訊推出的將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和PLC技術(shù)結(jié)合的netPLC很有特色；國(guó)內(nèi)幾年前就有華中科技大學(xué)在EASY CORE 1.00核心芯片組中加載了嵌入式PLC系統(tǒng)軟件，作為硬件平臺(tái)，開發(fā)了多模入通道的嵌入式PLC；還有一種發(fā)展路徑是以開發(fā)PLC與人機(jī)界面相結(jié)合的硬件/軟件一體化為目標(biāo)的平臺(tái)，充分利用了CASE工具，結(jié)合各類嵌入式芯片的開發(fā)平臺(tái)和各種輸入/輸出通道的硬件電路庫(kù)，專為機(jī)電設(shè)備開發(fā)客制化、具有ODM性質(zhì)的專用PLC。

嵌入式PLC在我國(guó)具有較廣闊的發(fā)展空間，首先在于它十分有利于發(fā)揮我國(guó)自動(dòng)化行業(yè)發(fā)展的兩大特點(diǎn)：有相當(dāng)雄厚的為機(jī)電設(shè)備配套的市場(chǎng)基礎(chǔ)，并擁有足夠的、性價(jià)比全球最優(yōu)的設(shè)計(jì)開發(fā)隊(duì)伍。我們完全可以以最低的成本、較高的質(zhì)量，并按客制化的要求設(shè)計(jì)、生產(chǎn)為機(jī)電設(shè)備配套的嵌入式PLC，來(lái)代替通用PLC。

同時(shí)，嵌入式PLC的硬件、軟件、人機(jī)界面、通信等各方面的功能設(shè)計(jì)靈活，易于剪裁，更貼近各種檔次的機(jī)電設(shè)備的要求。嵌入式PLC完全基于嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)，拿來(lái)就可用。SoC芯片、嵌入式操作系統(tǒng)與符合IEC 61131-3編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)的編程環(huán)境等優(yōu)勢(shì)，使得其在市場(chǎng)上很容易找到。

在目前環(huán)境下開發(fā)通用PLC的技術(shù)不難突破，但搶占市場(chǎng)需要大量財(cái)力和人力資源投入。在市場(chǎng)已被為數(shù)不多的幾家大公司穩(wěn)固瓜分的今天，走這樣的路線似乎事倍功半。我國(guó)小型PLC近年來(lái)也有可喜進(jìn)步的實(shí)踐，也同樣證明了這一判斷。