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DAEDALUS项目
1.项目背景
DAEDALUS项目是欧洲地平线2020计划资助的工业自动化项目,由意大利米兰的Sysnesis财团创立,目标是为泛欧洲中小企业提供创新服务。DAEDALUS项目基于 IEC 61499 的分布式控制和仿真平台,构建了一个信息物理系统(CPS)架构的实例。在此项目中,设想的典型CPS架构主要包括:
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内部控制程序;
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与其它CPS 架构的交互协议;
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参数描述(资产的数字化描述);
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管理接口 。
该项目中的CPS 架构是一个轻量级的应用。IEC 61499 几乎实现了以上CPS架构的所有部分,更复杂的应用可能需要加入Automation ML和OPC UA等技术, 这也是功能块能够实现的。
2. 技术特点
制造系统可由多个CPS通过网络构成,传统分层架构中的功能都将转变成为 IEC61499 的功能块和功能块应用,分布式地部署到不同的CPS中运行。一个CPS可以是运行一个传感器服务功能块,也可以运行一个复杂的实时控制应用。工业控制系统从传统的分层架构转变为基于CPS网络的、去中心的、分布式系统架构。IEC61499 功能块不仅局限于底层控制,EPR、SCADA、MES等软件组件,甚至数字化仿真、大数据、AI等应用也可封装成为 IEC 61499 功能块,并通过服务接口功能块进行访问,如图21所示。
CPS可以运行在基于Linux操作系统的设备上,在操作系统之上有一个 IEC61499 运行时(run-time),即运行功能块应用的虚拟机环境,它的内部架构如图22所示
根据 IEC61499 规则,一个运行时上可以有多个资源,每个资源都能够运行功能块网络,可以将资源理解为运行应用的虚拟机。根据CPS对算力的需求,其运行环境可以选择单片机、多核ARM或者X86处理器。小型CPS可能采用ARM单片机就能实现,而大型CPS则采用X86或者多核ARM 实现。
DAEDALUS还提出了类似手机App的概念。形成一个数字化空间,将各种功能块化的App存储在App应用商店中,由系统集成商或者企业用户调用,如图23。
3. 项目结论
DAEDALUS项目提供了一个基于 IEC 61499 实现CPS的清晰脉络和路线图。
对于简单设备如传感器、测量仪器,可以在其中添加嵌入式软件而变成为一个CPS;对于专业设备比如注塑机、包装设备、立体仓库,可以通过CPS化分别构建智能制造的小环境,使之融入全厂的开放性控制系统。
在制造系统升级过程中,必须兼顾已有的控制设备,比如以PLC为基础的控制系统和设备。 DAEDALUS还开发了一种小尺寸、低成本的所谓CPS-izer(如图24),将传统控制系统连接到兼容 IEC 61499 的CPS网络中。这样的设备在基于CPS制造系统的早期发展阶段是必需的