VDI VDE 3681-2005 Classification and evaluation of description methods in automation and control technology.pdf

1、VEREINDEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DERELEKTROTECHNIKELEKTRONIKINFORMATIONSTECHNIKEinordnung und Bewertungvon Beschreibungsmitteln aus der AutomatisierungstechnikClassification and evaluation ofdescription methods in automationand control technologyVDI/VDE 3681Ausg. deutsch/englischIssue German/English

2、VDI/VDE-Handbuch Mess- und Automatisierungtechnik, Band 3: AutomatisierungstechnikVDI-Handbuch Technische Gebudeausrstung, Band 1: ElektrotechnikVDI/VDE-RICHTLINIENICS 25.040.40Oktober 2005October 2005Inhalt SeiteVorbemerkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Zweck und Geltungsbereich . . . .

3、 . . . . . 22Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.1 Vorbemerkung 32.2 Begriffsdefinitionen 33 Einordnung von Beschreibungsmitteln. . . 5 3.1 Einleitung 53.2 Einordnungskriterien 53.3 Bezug zu Entwurfsphasen 84 Anwendung des Bewertungsschemasauf ausgewhlte Beschreibungsmittel . . . 1

4、15 Detaillierte Darstellung der ausgewhltenBeschreibungsmittel . . . . . . . . . . . . . 14 5.1 Ablaufsprache (AS) 145.2 Algebraische Modelle 155.3 Anweisungsliste (AWL) 175.4 Automaten 185.5 Funktionsbausteinsprache (FBS) 205.6 Funktionsblcke nach IEC/PAS 61499 225.7 Kontaktplan (KOP) 235.8 Petrine

5、tze (PN) 245.9 Procedural Function Charts (PFC) . . . . 26 5.10 Programmablaufgraph (PAG) . . . . . . . 27 5.11 Programmiersprachen nach IEC 61131-3 . . . . . . . . . . . . . . . 315.12 Unified Modeling Language (UML) . . . 32 5.13 Message Sequence Chart (MSC) . . . . . 33 5.14 Specification and Des

6、cription Language(SDL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345.15 Strukturierter Text (ST) . . . . . . . . . . 355.16 VHSIC Hardware Description Language(VHDL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwe

7、cke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. No guarantee can be given with respect to the English transla-tion. The German version of this guideline shall be taken asauthoritative.VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automat

8、isierungstechnik (GMA)Fachausschuss Standardisierte Beschreibungsmittel in der AutomatisierungstechnikFrhere Ausgabe: 01.04 Entwurf,deutschFormer edition: 01/04 Draft, in German onlyZu beziehen durch / Available from Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verei

9、n Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2005Contents PagePreliminary notes. . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope and purpose . . . . . . . . . . . . . . 22Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.1 Preliminary note . . . . . . . . . . . . . 32.2 Definition of terms . . . . . . . . . . .

10、. 33 Classification of description methods . . . . 53.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . 53.2 Classification criteria . . . . . . . . . . . 53.3 Reference to design phases . . . . . . . . 84 Application of the assessment scheme to theselected description methods. . . . . . . . . 115 Detai

11、led representation of the selected description methods . . . . . . . . . . . . . . 145.1 Sequential Function Chart language (SFC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.2 Algebraic models . . . . . . . . . . . . . 155.3 Instruction List (IL). . . . . . . . . . . . 175.4 Automata . . . . . . . . .

12、 . . . . . . . . 185.5 Function Block Diagram (FBD) . . . . . 205.6 Function blocks according toIEC/PAS 61499. . . . . . . . . . . . . . 225.7 Ladder Diagram (LD) . . . . . . . . . . 235.8 Petri Nets (PN) . . . . . . . . . . . . . . 245.9 Procedural Function Charts (PFC) . . . . 265.10 Program flow

13、graph (PFG) . . . . . . . . 275.11 Programming languages according toIEC 61131-3 . . . . . . . . . . . . . . . 315.12 Unified Modelling Language (UML) . . 325.13 Message Sequence Charts (MSC) . . . . 335.14 Specification and Description Language(SDL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345.15 Stru

14、ctured Text (ST) . . . . . . . . . . . 355.16 VHSIC Hardware Description Language(VHDL). . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dss

15、eldorf 2005 2 VDI/VDE 3681VorbemerkungenBeschreibungsmittel im Sinne dieser Richtlinie sindtextuelle, mathematisch symbolische oder grafischeMittel zur Darstellung von Sachverhalten im gesam-ten Lebenszyklus einer automatisierungstechnischenEinrichtung. Das Spektrum reicht von den ersten An-forderun

16、gsformulierungen ber Spezifikationen vonStrukturen und Verhalten beim Entwurf, Sprachenzur Implementierung bis hin zur Anlagen- bzw. Pro-duktdokumentation und Wartungshandbchern.Die vorliegende Richtlinie soll den Automatisie-rungstechniker bei der Auswahl und Anwendung ge-eigneter Beschreibungsmitt

17、el untersttzen. Sie lsstsich daher berall dort anwenden, wo im Rahmen desEntwurfs oder Betriebs einer automatisierungstech-nischen Einrichtung Sachverhalte dokumentiert,kommuniziert oder analysiert werden mssen.Die Begriffe Automatisierungstechniker“, Anwen-der“, Benutzer“ stehen hier sowohl fr mnnl

18、icheals auch weibliche Mitarbeiter.In dieser Richtlinie werden etwa bestehende Patente,Gebrauchsmuster oder Warenzeichen nicht erwhnt.Wenn ein solcher Hinweis fehlt, heit das nicht, dasseine Ware oder ein Warenname frei ist.Die Richtlinie wurde vom Fachausschuss Standardi-sierte Beschreibungsmittel

19、in der Automatisierungs-technik“ der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- undAutomatisierungstechnik erstellt. 1 Zweck und GeltungsbereichGegenstand der Richtlinie ist die Bewertung der Eig-nung eines Beschreibungsmittels fr eine bestimmteAufgabe. Es wird eine Methodik beschrieben, mit derdie Eignung fr unter

20、schiedliche Entwicklungsttig-keiten oder Entwurfsphasen ermittelt werden kann.Auf diese Weise erhlt der Anwender ein Hilfsmittel,um sich in der fr den Einzelnen mittlerweile kaumnoch zu berschauenden Vielfalt von Beschreibungs-mitteln besser zurecht finden zu knnen. Die Richtli-nie ist daher kein Na

21、chschlagewerk, sondern setzt dieaktive Umsetzung der vorgeschlagenen Methodikvoraus: Die Anwendung des Bewertungsschemas,die Interpretation der Ergebnisse fr die konkreteAufgabenstellung und die Auswahlentscheidungbleiben dem Benutzerdieser Richtlinie berlassen.Aus diesem Grund enthlt die Richtlinie

22、 auch keinenvollstndigen Katalog aller existierenden Beschrei-bungsmittel. Dies wre wegen des Umfangs und derstndigen Aktualisierungsnotwendigkeit nicht sinn-voll. Die vorgeschlagene Bewertungsmethodik istdagegen kompakt darstellbar und unabhngig vonPreliminary noteDescription methods in the sense o

23、f this guideline aretextual, mathematically-symbolic or graphical meth-ods for representing facts throughout the life cycle ofautomation engineering equipment. The spectrumranges from the first formulation of the requirementsto specifications of structures and behaviour duringthe design and language

24、s for implementation, culmi-nating in system or product documentation and main-tenance manuals.This guideline should support the automation engi-neer in the selection and application of appropriatedescription methods. It can be applied wherever factsneed to be documented, communicated or analysedwit

25、hin the framework of planning or operation of au-tomation engineering equipment.The terms “automation engineer”, and “user” standfor both male and female employees.Existing patents, utility models or trademarks are notmentioned in this guideline. If this information isomitted, it does not mean that

26、a product or trademarkis freely available.The guideline was created by the expert committee“Standardised description methods in automation en-gineering” of the VDI/VDE-Gesellschaft Mess- undAutomatisierungstechnik (VDI/VDE Society forMeasurement and Automatic Control).1 Scope and purposeThe object o

27、f the guideline is the assessment of thesuitability of a description method for a specific task.A methodology is described with which the suitabil-ity can be determined for various development activ-ities or design phases. In this way, the user receivesan aid which enables him to find his way round

28、thevariety of description methods which can hardly begrasped by the individual. The guideline is thereforenot a reference work but requires the active applica-tion of the suggested methodology. The applicationof the assessment scheme, the interpretation of the re-sults for the concrete task definiti

29、on and the selectiondecision are left to the user of this guideline.For this reason, the guideline does not contain a com-plete catalogue of all the existing description meth-ods. This would not be advisable due to the scope andcontinuous need for updates. The suggested assess-ment methodology, on t

30、he contrary, is presented in acompact format and can be used regardless of the fur-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2005 VDI/VDE 3681 3 der Weiter- und Neuentwicklung von Beschreibungs-mitteln einsetzba

31、r. Auf der anderen Seite machte aberauch eine rein theoretische Vorstellung der Methodikkeinen Sinn. Die Richtlinie enthlt daher eine Reihevon Beispielen, welche die Anwendung des Bewer-tungsschemas illustrieren. Diese reprsentieren nureine kleine Auswahl aus dem gesamten Angebot anBeschreibungsmitt

32、eln. Eine Markterhebung wurdenicht durchgefhrt. Die Auswahl basiert auf demHintergrundwissen der Mitglieder des GMA-Fach-ausschusses und auf dem Ergebnis einer Fragebogen-aktion, die der Fachausschuss durchgefhrt hat.2Begriffe2.1 VorbemerkungIn diesem Abschnitt sind einige Begriffe definiert,die in

33、der Richtlinie verwendet werden. Bei Begrif-fen, die im Bereich der Automatisierungstechnik hin-lnglich bekannt und in ihrer Bedeutung allgemeinunumstritten sind, wurde auf eine Definition in dieserRichtlinie verzichtet. Bei den Definitionen wurdenfolgende Normen herangezogen, die auch zur Erkl-rung

34、 weiterer Begriffe in der Richtlinie konsultiertwerden knnen:DIN V 19222 : 2001-09 Leittechnik; Begriffe. Ber-lin: Beuth VerlagDIN 19226-1 : 1994-02 Leittechnik; Regelungstech-nik und Steuerungstechnik; Allgemeine Grundbe-griffe. Berlin: Beuth VerlagDIN 19226-4 : 1994-02 Leittechnik; Regelungstech-n

35、ik und Steuerungstechnik; Begriffe fr Rege-lungs- und Steuerungssysteme. Berlin: Beuth Ver-lagDIN 19226-5 : 1994-02 Leittechnik; Regelungstech-nik und Steuerungstechnik; Funktionelle Begriffe.Berlin: Beuth VerlagDIN V 19233 : 1998-07 Leittechnik; Prozessautoma-tisierung; Automatisierung mit Prozessr

36、echensys-temen; Begriffe. Berlin: Beuth Verlag2.2 Begriffsdefinitionen2.2.1 BeschreibungsmittelMethode/Formalismus zur Darstellung von Strukturund/oder Verhalten von Steuerung, Steuereinrich-tung, Steuerstrecke, Steueralgorithmus.2.2.2 GrafGrafische Darstellung von Relationen, z.B. vonFunktionen in

37、Form von Punktmengen, bei denen be-stimmte Punktpaare durch Linien verbunden sind.ther development and redevelopment of descriptionmethods. On the other hand, however, a purely theo-retical presentation of the methodology is not useful.The guideline therefore contains a series of exampleswhich illus

38、trate the application of the assessmentschematic. They represent only a small selection ofthe complete range of description methods available.A market survey was not carried out. The selection isbased on the background knowledge of the membersof the GMA expert committee and on the results of aquesti

39、onnaire which was carried out by the commit-tee.2 Terms2.1 Preliminary noteIn this section some of the terms which are used inthis guideline are defined. Terms which have longbeen known in the area of automation engineeringand whose meaning is generally not disputed, havenot been defined in this gui

40、deline. In the definitions,the following standards were used which can also beconsulted to explain other terms in the guideline:DIN V 19222 : 2001-09 Control technology; Termi-nology. Berlin: Beuth VerlagDIN 19226-1 : 1994-02 Control technology; Generalterms and derfinitions. Berlin: Beuth VerlagDIN

41、 19226-4 : 1994-02 Control technology; Termsand definitions of control systems. Berlin: BeuthVerlagDIN 19226-5 : 1994-02 Control technology; Functio-nal terms. Berlin: Beuth VerlagDIN V 19233 : 1998-07 Control technology; Processautomation; Automation with process computersystems; Definitions. Berli

42、n: Beuth Verlag2.2 Definition of terms2.2.1 Description methodMethods/formalism to represent the structure and/orthe response of a controller, controlling equipment,controlled system, control algorithm.2.2.2 GraphGraphical representation of relations e.g. of functionsin the form of point sets in whi

43、ch pairs of nodes arelinked by lines.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2005 4 VDI/VDE 36812.2.3 ModellAbbildung eines Systems oder Prozesses in ein ande-res begriffliches oder gegenstndliches System, dasauf

44、Grund der Anwendung bekannter Gesetzmig-keiten, einer Identifikation oder auch getroffener An-nahmen gewonnen wird und das System oder denProzess bezglich ausgewhlter Fragestellungen hin-reichend genau abbildet (DIN 19226-1).Anmerkung: Zur genauen Kennzeichnung mssen Modelle spezi-fiziert werden; be

45、ispielsweise spricht man von physikalischen odermathematischen Modellen. Diese Begriffsbestimmung lsst es zu,Modelle von Modellen zu bilden (DIN 19226-1).2.2.4 ProgrammierspracheSemi-formales Beschreibungsmittel fr Algorith-men. Anmerkung: Die mit Hilfe einer Programmiersprache formuliertenAlgorithm

46、en werden Programme genannt.2.2.5 ProzessGesamtheit von aufeinander einwirkenden Vorgn-gen in einem System, durch die Materie, Energie oderauch Information umgeformt, transportiert oder auchgespeichert wird (DIN 19226-1; DIN 19222).2.2.6 Sequentielle ProzesseProzesse oder Algorithmen bzw. deren Einz

47、el-schritte, die zeitlich aufeinanderfolgend durchgefhrtwerden.2.2.7 Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)Steuerung, deren Programm in einem Programmspei-cher gespeichert ist (DIN 19226-5). Anmerkung: SPS haben sich auf Grund ihrer hohen Betriebssi-cherheit, dem flexiblen Einsatz und dem Funktions

48、umfang durch-gesetzt.2.2.8 SpezifikationBeschreibung eines Objekts im Sinne der Aufgaben-stellung (VDI/VDE 3542 Blatt 4). 2.2.9 SteuernVorgang in einem System, bei dem eine oder mehrereGren als Eingangsgren andere Gren als Aus-gangsgren auf Grund der dem System eigentmli-chen Gesetzmigkeit beeinflus

49、sen (DIN 19226-1).2.2.10 SteuerungSteuereinrichtung und zu steuernde Strecke(DIN 19226-4).2.2.11 StrukturGesamtheit der Beziehungen zwischen den Teilen ei-nes Ganzen (DIN 19226-1). Anmerkung: Whrend das Systemverhalten etwas ber die Dyna-mik, die Vernderungen im System aussagt, beschreibt die Struktur2.2.3 ModelDepiction of a system or process in another concep-tual or concrete system, which is obtained on the ba-sis of the application of known legitimacies, an iden-tification or assumptions