【工业4.0案例分析之107】开源框架4DIAC用于分布式工业自动化和控制

IEC 61499标准是为分布式、可在线重配置的控制系统拟定的，这个标准通过平台独立和功能分散提供了未来系统所要求的灵活性。现在在工业中，这个标准还没有普及，但是4DIAC基于这个标准给中小企业带来了竞争优势。

在工业自动化中,软件变得越来越重要，同时也越来越复杂。因此现如今在很多行业中经常在控制程序的发展和保养护理中会产生额外的高成本。4DIAC控制框架贯彻了IEC 61499标准的开源，对于设计和运行来说是一种新型的运营模式的方法。

现在的控制系统越来越复杂。通常由于配置成本很高，并且系统要对未来的系统具有动态的适应性，对于很多企业来说很难在经济上支持保养维护，功能扩充以及系统更新的费用。IEC 61499标准专门为分布式动态重配置系统在发展，并且因为功能分散化几乎没有引起配置成本。

4DIAC 控制框架是好几个研究项目的结果。该框架由一个基于IEC 61499的实时runtime系统（4DIAC-RTE或者FORTE）和综合性开发环境(4DIAC-IDE)构成。除了运行时系统和开发环境，4DIAC还提供丰富的应用开发功能模块程序库。

自动化工业专业领域专家 Zoitl博士指出：“4DIAC使我们可以完全不用依靠硬件控制去研发控制程序，而且之后可以在不同的客户项目中应用。这样一来，‘一次设计，多次使用‘（design once – use everywhere）就成为了现实。”

4DIAC控制框架自2007年开源，开源的项目支持外部参与开放式创新，因此大大降低了开发的风险。

自2015年起，该开源项目开发了Eclipse平台。4DIAC-ID以Eclipse平台为基础。Eclipse平台的基础功能和扩展性可以更快实现针对开发环境的扩展。

慕尼黑工业大学（Technische Universitaet München）是德国最古老的工业大学之一。慕尼黑工业大学是国际享有盛誉的世界顶尖大学，也是“柴油机之父”狄塞尔，“制冷机之父”林德，“流体力学之父”普朗特等世界著名科学家的母校。慕尼黑工业大学同时也是德国TU9联盟大学之一，被德国政府列为“未来计划”中重点资助和扶植的对象。

IEC61499标准

IEC61499标准旨在为分布式工业自动化系统提供组件解决方案，针对分布式应用程序的可移植性、可重用性、互操作性和可重配置性。IEC61499标准为分布式系统提供了一个通用模型。这一模型包括过程和通信网络，为嵌入式设备、资源和应用提供环境。

功能模块是IEC61499标准的基本模型。通常，一个功能模块能够为事件的输入/输出和数据输入/输出提供接口。功能模块可以分为基本功能模块和复合模块两大类。一个复合功能模块可以包含其他复合功能模块以及/或者一些基本功能模块。因此，复合功能模块保证了模块设计方法的实现。基本功能模块包括执行控制表（ECC），它是一种由事件驱动的状态机。执行控制表包括状态和事件触发转化两大要素。一个执行控制表能够通过事件的发生情况触发算法执行。

IEC61499包括以下内容：

• 分布式编程语言与传统PLC编程语言标准IEC61131-3的结合；
• 分布式控制应用的通用模型；
• 功能模块；
• 数据和事件流分离。

Eclipse平台简介

Eclipse是著名的跨平台开源集成开发环境（IDE）。最初主要用来Java语言开发，目前亦有人通过插件使其作为C++、Python、PHP等其他语言的开发工具。

Eclipse的本身只是一个框架平台，但是众多插件的支持，使得Eclipse拥有较佳的灵活性，所以许多软件开发商以Eclipse为框架开发自己的IDE。

Eclipse最初是由IBM公司开发的替代商业软件Visual Age for Java的下一代IDE开发环境，2001年11月贡献给开源社区，现在它由非营利软件供应商联盟Eclipse基金会（Eclipse Foundation）管理。

Eclipse的基础是富客户机平台（即RCP）。RCP包括下列组件：

• 核心平台（启动Eclipse，运行插件）
• OSGi（标准集束框架）
• SWT（可移植构件工具包）
• JFace（文件缓冲，文本处理，文本编辑器）
• Eclipse工作台（即Workbench，包含视图（views）、编辑器（editors）、视角（perspectives）、和向导（wizards）

Eclipse采用的技术是IBM公司开发的（SWT），这是一种基于Java的窗口组件，类似Java本身提供的AWT和Swing窗口组件；不过IBM声称SWT比其他Java窗口组件更有效率。Eclipse的用户界面还使用了GUI中间层JFace，从而简化了基于SWT的应用程序的构建。