功能块概念规范.docx

功能块概念规范.docx

《功能块概念规范.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《功能块概念规范.docx（78页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

功能块概念规范

功能块概念规范

11　范围

GB/T21099的本部分考虑了如下因素来规定功能块（FB）：

a）设备模型定义了本部分一致的设备组件；

b）用于测量、执行和处理的FB概念性规范。

它包括了用于支持控制的本质特征的一般规则，以避免了阻碍创新的细节，以及避免不同工业领域专业化的细节。

本部分仅定义了GB/T21099.1的一个子集，而GB/T21099.1描述了分布式系统的系统方面的总论。

附录B中包含一致性声明的一致性语句仅与GB/T21099的本部分有关。

GB/T21099.1中的要求不包括在这些一致性声明中。

FB是在抽象层面完成，它允许由多种技术按唯一的方法提供共同特征的定义，也允许某些满足用户需求的补充特征定义和期望未来被实现的补充特征定义。

该抽象在此被称为概念性FB规范，并由工业组织映射到特定的通信系统和它们的附加定义。

GB/T21099的本部分也是基于GB/T19769.1抽象定义。

注：

该标准可被映射至GB/T19659.1。

目前市场上有很多的解决方案，它们满足GB/T21099的本部分要求，并且表示了概念性规范如何按一种给出的技术来实现。

新的技术需要找出等效的解决方法（见图4）。

GB/T21099的本部分适用于过程控制用功能块（FB）。

12　规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T9387.1-1998信息技术开放系统互连基本参考模型第1部分：

基本模型（ISO/IEC7498-1:

1994，IDT）

GB/T15969.3-2005可编程序控制器第3部分:

编程语言（IEC61131-3:

2003，IDT）

GB/T19769.1-××××功能块第1部分：

结构（IEC61499-1:

2005，IDT）

GB/T19769.2-××××功能块第2部分：

软件工具要求（IEC61499-2:

2005，IDT）

GB/T21099.1-2007过程控制用功能块第1部分：

系统方面的总论（IEC61804-1:

2003，IDT）

IEC60050-351：

1998国际电工词汇（IEV）第351部分：

自动控制[InternationalElectrotechnicalVocabulary（IEV）—Part351:

Automaticcontrol]

IEC60584-1热电偶第1部分:

分度表（Thermocouples–Part1:

Referencetables）

IEC61158（所有部分）测量和控制数字数据通信工业过程控制系统用现场总线（Digitaldatacommunicationsformeasurementandcontrol–Fieldbusforuseinindustrialcontrolsystems）

ISO/IEC9899程序设计语言C（Programminglanguages−C）

ISO/IEC10646-1信息技术通用多八位编码字符集（UCS）第1部分：

体系结构与基本语言平台[Informationtechnology–UniversalMultiple-OctetCodedCharacterSet（UCS）–Part1:

ArchitectureandBasicMultilingualPlane]

13　术语、定义和缩略语

下列术语和定义适用于本文件。

术语和定义

算法algorithm

有限次运算中，用于问题求解的一个已定义好规则的有限集合。

应用application

在工业过程测量和控制中，被指定给一个问题求解的软件功能单元。

注：

一个应用可被分布在资源中，也可与其它应用通信。

应用功能块applicationfunctionblock

无输入或输出到过程的FB。

属性attribute

实体的特性或特征。

例如，功能块类型规范的版本标识。

[GB/T19769.1-××××，定义3.7]

注：

为了获得可互操作性，属性的形式化描述应作为行规的一部分。

GB/T21099定义了通用的规则用于属性的定义，并制订了EDDL用于属性的描述。

这些描述可能包含在行规中。

复合FB类型compositeFBtype

其算法和执行控制完全按照互连的组件功能块，事件和变量来表示的功能块类型。

[GB/T19769.1-××××，定义3.16]

组件功能块componentfunctionblock

一个被用在复合FB类型算法规范中的FB实例。

配置（一个系统或设备的）configuration（ofasystemordevice）

选择功能单元、指定它们的位置并且定义它们的互连。

[GB/T19769.1-××××，定义3.18]

数据data

事实、概念或指令按某一格式化方式的一种表示，适用于人或自动装置进行通信、解释或处理。

[ISO/AFNOR计算机科学字典]

数据连接dataconnection

为了传递数据，在两个功能块之间的联系。

[GB/T19769.1-××××，定义3.25]

数据输入datainput

从数据连接接收数据的功能块接口。

[GB/T19769.1-××××，定义3.26]

数据输出dataoutput

提供数据给数据连接的功能块接口。

[GB/T19769.1-××××，定义3.27]

数据类型datatype

一种已定义的数据对象集。

[GB/T5271.15-2008，定义15.04.01]

设备device

独立的物理实体。

具有在特定环境中执行一个和多个规定功能的能力，并由其接口分隔开。

[GB/T19769.1-××××，定义3.30]

设备块Deviceblock

一个没有输入和输出的FB。

设备管理应用devicemanagementapplication

其基本功能是管理设备内多个资源的应用。

[GB/T19769.1-××××，定义3.31]

电子设备描述语言（EDDL）ElectronicDeviceDescriptionLanguage（EDDL）

用于描述自动化系统组件参数的方法。

电子设备描述（EDD）ElectronicDeviceDescription（EDD）

含设备参数、相关性、图形表示、和被传送数据集的描述的一种数据集合。

注：

用电子设备描述语言（EDDL）来创建电子设备描述。

实体entity

特定的事物，如：

一个人、地点、过程、对象、概念、联系或事件。

[GB/T19769.1-××××，定义3.32]

事件event

瞬时发生的事情，对算法执行的调度有意义。

[GB/T19769.1-××××，定义3.33]

注：

算法的执行可以使用与事件相关的变量。

异常exception

导致正常执行中止的事件。

[GB/T19769.1-××××，定义3.37]

功能function

实体的特定目的或它的特有活动。

[GB/T19769.1-××××，定义3.45]

功能单元functionunit

能够完成特定任务的硬件实体，软件实体，或硬件实体和软件实体。

[ISO/AFNOR计算机科学字典]

功能块（功能块实例）functionblock（functionblockinstance）

由功能块类型规定的数据结构的一个独立的、已命名的副本和相关操作所组成的软件功能单元。

[GB/T19769.1-××××，定义3.46]

注：

一个FB的典型操作包括了在其关联数据结构中数据值的修改。

功能块图functionblockdiagram

其节点是功能块或子应用及它们的参数、其分支是数据连接和事件连接的网络。

注：

这与GB/T15969.3-2005定义的功能块图不同。

硬件hardware

相对于程序、过程、规则和相关文档的物理设备。

[ISO/AFNOR计算机科学字典]

实现implementation

使系统的硬件和软件成为可操作的开发阶段。

[GB/T19769.1-××××，定义3.54]

输入变量inputvariable

由数据输入提供其值的一种变量，可在功能块的一个或多个操作中使用。

注：

按照GB/T15969.3中的定义，一个功能块输入参数是一个输入变量。

[GB/T19769.1-××××，定义3.55]

实例instance

由带有所定义类型的属性的独立、有名实体组成的功能单元

[GB/T19769.1-××××，定义3.56]

实例名instancename

与实例相联系，并标明该实例的标识符。

[GB/T19769.1-××××，定义3.57]

实例化instantiation

规定类型的实例的创建。

[GB/T19769.1-××××，定义3.58]

接口interface

根据功能特征、信号特征或其他特性定义两个功能单元之间的共享边界。

[IEV351-11-19:

1998]

内部变量internalvariable

值由功能块的一个或多个操作使用或修改，但不由数据输入提供也不提供给数据输出的一种变量。

[GB/T19769.1-××××，定义3.61]

调用invocation

启动算法所规定的操作序列执行的过程。

[GB/T19769.1-××××，定义3.62]

管理功能块managementfunctionblock

基本功能是管理资源中的应用的功能块。

[GB/T19769.1-××××，定义3.65]

映射mapping

已定义的特征或属性的集合，与另一集合的成员相对应。

[ISO/AFNOR计算机科学字典]

模型model

真实世界中过程、设备或概念的表示。

[GB/T19769.1-××××，定义3.71]

操作operation

一种完全明确的动作，该动作作用于任何已知实体的允许组合时，产生一个新的实体。

[ISO/AFNOR计算机科学字典]

输出变量outputvariable

其值由功能块的一个或多个操作建立并提供给数据输出的变量。

注：

GB/T15969.3中定义的功能块的输出参数是输出变量。

[GB/T19769.1-××××，定义3.75]

参数parameter

一种为专用应用而给定一个常数值的变量，而且它可以表示该应用程序。

[ISO/AFNOR计算机科学字典]

资源resource

包含在设备中的一个功能单元，它具有独立的运行控制，并为应用程序提供不同的服务，包括算法的调度和执行。

注1：

对应于上述定义的资源，GB/T15969.3中定义的资源是一种编程语言元素。

注2：

一个设备包含一个或多个资源。

资源管理应用resourcemanagementapplication

主要功能是管理单个资源的应用。

[GB/T19769.1-××××，定义3.82]

服务service

资源可使用的功能性，可以用服务原语序列来模型化。

[GB/T19769.1-××××，定义3.88]

软件software

知识产物，包含与系统操作有关的程序、规程、规则、配置以及任何相关的文档。

系统system

在规定的含义上看成是一个整体并与其环境分开的相互关联的元件的集合。

[IEV351-11-01:

1998]

注1：

这些元素可以是物质对象和概念及其结果（如组织形式、数学方法和编程语言）。

注2：

系统被看作是由一个假设的界面将其与环境和其他外部系统分开的，该界面可以切断该系统和环境及其他外部系统的连接。

技术块technologyblock

对于过程至少有一个输入或输出的FB。

文本字典textdictionary

EDD内部多语言或其它文本的集合。

注：

EDD内部的引用是用来选择适当的文本词典。

类型type

规定所有该类型实例所共享的公共属性的软件元素。

[GB/T19769.1-××××，定义3.98]

类型名typename

与类型相联系，并标明该类型的标识符。

[GB/T19769.1-××××，定义3.99]

变量variable

在不同时间可具有不同值的软件实体。

注1：

变量的值通常限于某种数据类型。

注2：

变量可分为输入变量、输出变量和内部变量。

[GB/T19769.1-××××，定义3.101]

缩略语

IEC60050-351:

1998界定的以及下列缩略语适用于本文件。

ADU模拟数字单元

AFB应用功能块

ANSI美国国家标准协会

ANSIC程序设计C语言（见ISO/IEC9899）

AP应用进程

ASCII用于信息交换的标准代码（见ISO/IEC10646-1）

ASN.1抽象词法结构符号1

BNF巴克斯-诺尔式

CFB组件功能块

DAU数字模拟单元

DD设备描述

DTD数据类型定义

EDD电子设备描述

EDDI电子设备描述解释器

EDDL电子设备描述语言

FB功能块

FBD功能块图

FMS现场总线报文规范

HMI人机界面

HTML超文本标记语言

I/O输入/输出

IAM智能执行和测量

ID标识符

mA毫安

NOAH面向网络的应用协调

OSI开放系统互连

P&ID管道和仪表图

PDU协议数据单元

SM系统管理

TB技术块

UML统一建模语言

Wao一次写入

14　通用功能块（FB）定义和EDD模型

设备结构（设备模型）

设备模型描述

FB是变量及其处理算法的封装，变量和算法是过程及其控制系统设计所要求的。

注：

FB可由图2中的图得到。

通过连接这些FB的数据输入和数据输出，来执行应用（测量、执行、控制和监视）。

图1　由过程（P&ID图）推导出的FB结构

设备通过一个通信网络或分层的多个通信网络来连接。

注：

应用可以分布在多个设备中，见示例图3。

根据GB/T19769.1，FB结构可以分布在多个设备之中。

图2　可分布于设备之间的FB结构

由控制系统设计得到的FB是抽象的表示。

注1：

在不同的设备类型中功能块可以按不同的方式实现，见图4。

FB可在如现场设备，可编程逻辑控制器、可视化站点及设备描述中实现。

另外，其它应用，如系统工程和监控系统，必须对FB进行处理或交互。

注2：

在概念模型中为FB定义的算法不必一一映射到设备，算法可映射到设备、代理或监控站，如果当前技术不能在设备中解决。

图3　GB/T21099FB可在不同设备中实现

鉴于GB/T21099的本部分的使用，设备以FB的形式实现了被控过程设计得到的算法。

设备是硬件和软件模块，见示例图5。

设备的组件包括模块、块、变量和算法。

组件之间已定义的关系是按照后面的UML类图来指定，见图8。

图4　设备的通用组件

鉴于GB/T21099的本部分的目的，有不同的块类型，每个都封装了执行自动化应用的设备的特定功能（见图6）。

技术块表示设备的过程附件，它包含设备的测量和执行原理。

技术块由采样、输出和转换部分组成。

应用FB（此后称为FB）包含了与应用相关的信号处理，如量程转换、报警检测或控制、以及计算。

组件FB可以执行带有附加的异常处理过程的数学和逻辑处理，例如可以处理非法参数值。

组件FB可被封装在复合FB中。

设备块表示设备的资源，它包含关于设备自身的信息和功能、设备的操作系统、及设备硬件。

设备应有与通信系统的接口，并可有系统管理功能。

图5　GB/T21099的块类型

GB/T21099的本部分范围内的所有设备都具有相同的逻辑设备结构，见图6。

设备中可实例化的块数量和类型由设备和制造商规定的。

至少它有一个设备块、一个应用FB和一个网络接口管理。

来自信号检测端的数据流链路通过技术块和FB，反之亦然。

链路各部分间的信号在块内是内含的，块之间连接可见。

技术和FB的逻辑链路称为通道，其概念在4.2.1和4.2.2中阐述。

FB类型

FB是封装了变量和算法的软件功能单元。

一个FB类型是由它的行为来定义的。

一个FB包含了一个或多个算法。

一个FB的描述是算法的列表，它与相关的数据输入、数据输出和参数一起被封装在FB内。

有与过程信号流相关的算法，也有与其它块指定算法有关的其它算法。

这些其它的算法被称为管理算法。

参数与过程信号流及管理算法都有关。

图形化表示不是规范性的，见图7。

换句话说，数据输入和数据输出表示了过程信号流（概念性定义的）的流向，而未指定具有相应值的数据。

参数表指定了FB所有需要可访问的数据输入、数据输出和参数。

图6　GB/T21099块总貌（非规范性的图形表示）

FB是由下列组件构成：

a）支持状态2）并仅与过程信号流有关的数据输入1）；

b）支持状态2）并仅与过程信号流有关的数据输出1）；

c）与过程信号流及管理相关的参数2）；

d）改变功能的保留值；

e）通知并产生可见的内部行为；

f）信号流中功能的选择；

g）用于支持如初始化的存储器内部变量；

h）数学/逻辑算法。

FB行为的改变只能通过数据输入和参数。

数据输入和参数按下列方法使用：

a）数据，用作功能的输入或输出（如，量程转换功能的设定值）；

b）数据，用作功能的参数（如，报警和警告的限定值）；

c）参数数据的改变可解释为事件，该事件自动地切换状态转换（如，启动、停止、恢复设备的运行方式）；

d）参数数据的改变可解释为事件，该事件启动算法的顺序处理（如，量程转换程序的开始）。

必须检查数据名及其描述，以知道数据的用途。

1）描述FB的数据是数据输入、数据输出或参数依赖于指定的实现。

2）基于一致性原因，数据输入/数据输出和状态都在同一个结构中，因此相互隶属。

FB执行

设备内有不同的执行控制方法。

FB算法的执行控制是每个设备的特征。

在设备内部和分布式系统中可以有不同的执行规则。

注：

例如，下列执行控制方法的组合是可行的，其他的方法还可以增加：

a）自由运行；

b）设备内部时间调度（时间同步），例如GB/T15969.3的2.7.2；

c）设备内部事件触发；

d）参数数据的变化被解释为事件（见4.1.2）；

e）全系统的时间同步（通过通信系统的时间同步）；

f）通信服务触发；

g）全系统的事件触发（见GB/T19769.1-2005）；

h）分布式执行控制；

i）设备内部时间调度（时间同步）。

设备内部的FB执行控制仅是整个应用执行控制的一个方面。

完整的执行控制确定如下：

a）顺序的先后（顺序或并行）：

1）块的执行顺序按信号流向；

2）数据通路按并行执行；

3）设备间通信丢失的处理。

b）同步：

1）设备间的时间同步；

2）调度中的时间用法。

c）时间限定，下列因素被包括：

1）块执行时间；

2）通信时间延迟；

3）测量的扫描速率；

4）执行时间；

5）块算法的选择；

6）通信行为导致的时间延迟。

d）块执行时间：

1）通信时间延迟；

2）测量的扫描速率；

3）执行时间；

4）块算法的选择。

e）异常处理的影响：

1）时钟错误；

2）设备错误；

3）通信错误。

技术满足要求的结论必须是在详细检查的基础上得出，至少包括了以上这些方面。

执行控制方法的选择也依赖于用于建立设备的技术等级，因此FB执行控制的方法也受到系统所采用的现场总线的约束。

GB/T19769.1、GB/T19769.2和GB/T21099模型之间的引用

与GB/T19769.1和GB/T19769.2的关系在表1中给出。

表1　

模型元素间的引用

GB/T21099模型元素

GB/T19769.1模型元素

块类型引用

应用FB

应用FB

技术块

技术块

设备（资源）块

设备（资源）块

功能块元素引用

组件块

组件块

类型名

类型名

数据输入a

数据输入a

数据输出a

数据输出a

算法

算法

参数

参数

内部变量

内部变量

电子设备描述语言元素和GB/T19769.2转换语法元素之间的原则关系b

BLOCK_A,BLOCK_B

FUNCTIONBLOCK

VARIABLEandCLASSINPUT

VAR_INPUT,END_VAR

VARIABLEandCLASSOUTPUT

VAR_OUTPUT,END_VAR

–c

ALGORITHM

VARIABLEandCLASSCONTAINED

－

VARIABLE

VAR,END_VAR

a数据输入和数据输出表示了过程信号流（概念性定义）的资源点和汇集点，而不是具有相应的数据的特定变量。

b这不是严格的语法参考，只希望表示通用的关系。

cEDDL不是为了描述算法。

GB/T21099FB是一个不带执行控制的GB/T19769.1功能块，因此，没有事件输入和事件输出，GB/T21099FB算法的执行控制是隐含的（见4.1.3）。

设备模型的UML规范

在4.1.1的图5和图6中的设备模型定义是通用的。

为了避免混淆，模型按照UML分类图来描述，见参考文献。

图8中，组件被转换成UML语言元素。

图7　设备模型的UML分类图

下列主要步骤用于将设备模型转换成UML分类图：

a）设备转换成类CDevice；

b）模块转换类CModule；

c）设备块、FB、组件FB和技术块被转换成CDeviceBlock、CFunctionBlock、CComponentFunctionBlock和CtechnologyBlock；

d）类型块的块类型被转换成CBlock；

e）一个设备至少包含一个块；

f）设备可以包含模块；

g）一个模块至少包含一个块；

h）块可以由其它块构成。

如，可以是复合FB类型；

i）一个块至少包含零或多个参数；

j）块应有算法，该算法可以仅是内部的，也可以是外部可见的。

（如：

private或public）

k）一个设备块包含了作为参数的属性Device_Vendor、Device_Model、Device_Revision和

Device_Ser_No；

l）FB、组件FB和技术块包含属性TypeName。

注：

CBlock类可被引用成GB/T19769.1的基本FB类型声明（见图C.1.4）。

GB/T21099块类型没有到ECCDeclaration类的聚合。

算法分类

下列清单提供了用于应用FB、转换块和设备块的公用算法：

a）过程信号算法

1）测量采样

i）传感器连接；

ii）传感器量程/量程转换；

iii）A/D转换；

iv）状态评估。

2）测量转换

i