NAMUR 開(kāi)放式架構（NOA）

過(guò)程分析技術(shù)（PAT）在化工行業(yè)中發(fā)揮著(zhù)重要作用。例如，為了提高效率并從傳統的基于時(shí)間的定期維護轉變?yōu)榛跔顟B(tài)的優(yōu)化維護，拜耳集團采用了先進(jìn)的 NOA 方案，即在不改變現有控制技術(shù)的情況下，通過(guò)倍福的 CX8110 嵌入式控制器、EL3182 EtherCAT HART 端子模塊和 TwinCAT OPC UA 服務(wù)器無(wú)縫集成緊湊型邊緣設備來(lái)實(shí)現這一目標。

由嵌入式控制器、HART 端子模塊和 OPC UA 服務(wù)器組合打造的緊湊型 NOA 邊緣設備

拜耳是一家在醫療保健和營(yíng)養生命科學(xué)領(lǐng)域擁有核心競爭力的國際知名企業(yè)。公司致力于通過(guò)產(chǎn)品和服務(wù)，幫助人們克服全球人口不斷增長(cháng)和老齡化帶來(lái)的重大挑戰，造福人類(lèi)和地球繁榮發(fā)展。拜耳目前在多馬根化工園區（Chempark Dormagen）建有一家生物制劑工廠(chǎng)和六家生產(chǎn)活性藥物成分的工廠(chǎng)，約有 1230 名員工在園區工作。拜耳在該生產(chǎn)基地生產(chǎn)的產(chǎn)品主要包括殺菌劑、除草劑和殺蟲(chóng)劑使用的 35 種活性成分和 10 種有機中間體，著(zhù)名產(chǎn)品品牌有殺菌劑 Luna、除草劑 Laudis 和殺蟲(chóng)劑 Movento。

拜耳生產(chǎn)計劃工程師 Roger Rossmann 博士（中）與來(lái)自倍福流程工業(yè)部門(mén)的 Lennart Winkler（左）和 Sebastian B?se（右）

通過(guò)現場(chǎng)設備監控嚴把產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)

在生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節進(jìn)行適當的測評是確保產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。借助過(guò)程分析技術(shù) (PAT) 可以在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)在線(xiàn)測評產(chǎn)品質(zhì)量，直接向生產(chǎn)操作人員提供進(jìn)一步過(guò)程控制相關(guān)的反饋信息。在這種情況下，傳統的分析質(zhì)量測量方法采用的是介質(zhì) pH 值測定法。

由于 PAT 在生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量監控中發(fā)揮著(zhù)重要作用，因此確保其正常運行尤為重要。因此，化工行業(yè)在過(guò)去已經(jīng)建立了 PAT 預防性維護機制，通常采用基于時(shí)間的定期維護計劃。大量的 PAT 設備可同時(shí)提供大量的狀態(tài)信息，但這些信息目前在很大程度上仍未得到充分利用。這是因為狀態(tài)信息沒(méi)有進(jìn)行標準化處理，需要完成大量的數據編譯前期準備工作。換句話(huà)說(shuō)，借助標準化的狀態(tài)信息，就有機會(huì )將基于時(shí)間的定期維護轉變?yōu)榛跔顟B(tài)的優(yōu)化維護，從而進(jìn)一步提高 PAT 的運行效率。

倍福 CX8110 嵌入式控制器后插接了 EL3182 EtherCAT 模擬量輸入端子模塊，以連接 HART 現場(chǎng)設備

NOA 可為已有過(guò)程裝置帶來(lái)優(yōu)勢

從現場(chǎng)設備中提取更多的實(shí)時(shí)數據或狀態(tài)信息是一項特殊的挑戰，尤其是在已有的過(guò)程裝置中。目前，現有的自動(dòng)化結構幾乎只能記錄與過(guò)程控制相關(guān)的測量數據，并不打算通過(guò)集成新技術(shù)來(lái)改變。這也是流程工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)用戶(hù)協(xié)會(huì )（NAMUR）開(kāi)發(fā) NAMUR 開(kāi)放式架構（NOA）的初衷。NAMUR 推薦性規范 NE 175 中描述的方案在不改變現有控制系統的情況下擴展自動(dòng)化架構。因此，NOA 的核心任務(wù)是提供從現場(chǎng)層到更高層級應用的信息，以監測現場(chǎng)設備和優(yōu)化過(guò)程裝置（監測和優(yōu)化 — M+O）?，F場(chǎng)傳輸的數據類(lèi)型取決于所使用的現場(chǎng)設備和具體的分析工具。重點(diǎn)是要包含設備狀態(tài)或過(guò)程質(zhì)量信息的循環(huán)參數。

過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域涉及到的協(xié)議和通信技術(shù)種類(lèi)非常多。倍福項目團隊（由拜耳生產(chǎn)計劃工程師 Roger Rossmann 博士、來(lái)自倍福流程工業(yè)部門(mén)的 Lennart Winkler 和 Sebastian B?se 組成）決定使用 HART 協(xié)議初步實(shí)現拜耳的 NOA 方案。這個(gè)決定為項目帶來(lái)了三大明顯優(yōu)勢：

·  協(xié)議應用范圍廣泛，因此被不同制造商的很多現場(chǎng)設備所使用

·  在實(shí)際的 4-20 mA 測量值上疊加數字信號，可以傳輸更多數據，例如現場(chǎng)設備的狀態(tài)信息

·  通過(guò)特殊的饋電隔離器（已成為很多過(guò)程裝置自動(dòng)化結構的一部分），可以輕松打開(kāi)第二個(gè)通道。這意味著(zhù)與現場(chǎng)設備的連接被分為 4-20 mA 信號、HART 通信和電源電壓，因此，與過(guò)程控制系統的現有連接不會(huì )被中斷。相應的數據可通過(guò)第二通道接收，并用于 M+O

借助倍福的 EL3182 EtherCAT 模擬量輸入端子模塊可以在非常緊湊的安裝空間內通過(guò) HART 協(xié)議連接兩臺現場(chǎng)設備。嵌入式控制器（如 CX8110）和 TwinCAT 自動(dòng)化軟件相結合，無(wú)需專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)硬件，即可構建一個(gè)模塊化、可擴展的邊緣設備。其功能可分為三個(gè)部分：

·  通過(guò) HART 協(xié)議接收實(shí)時(shí)數據

·  轉換數據

·  為上一級分析工具提供信息

必須由邊緣設備發(fā)送命令，才能通過(guò) HART 協(xié)議讀取實(shí)時(shí)數據。待讀出的數據以及將這些數據存儲在現場(chǎng)設備中的命令取決于具體的設備類(lèi)型（pH 值、氧氣、溫度等）和制造商。倍福為此開(kāi)發(fā)了一個(gè)用于存儲讀取實(shí)時(shí)數據所需信息的數據庫。相應的文件會(huì )被讀入 TwinCAT，從而實(shí)現與數據庫中存儲的所有現場(chǎng)設備的通信。如果有一臺現場(chǎng)設備連接到了邊緣設備，就會(huì )自動(dòng)檢測到該設備，并發(fā)送相應的 HART 命令，然后使用存儲的轉換表和 TwinCAT 功能對接收到的數據進(jìn)行轉換。

此時(shí)存儲在 PLC 中的實(shí)時(shí)數據必須能夠提供用于下一個(gè)步驟中的進(jìn)一步分析。因此，NAMUR 推薦使用 OPC UA。倍福產(chǎn)品系列種類(lèi)豐富，包括 TwinCAT OPC UA 服務(wù)器。它以存儲的信息模型為基礎，直接填充 PLC 中的實(shí)時(shí)數據。該信息模型基于過(guò)程自動(dòng)化設備信息模型（PA-DIM），并通過(guò) PAT 現場(chǎng)設備的實(shí)時(shí)數據進(jìn)行擴展。此外，用戶(hù)也可以定制該信息模型，以包含更多參數?？梢愿鶕z測到的現場(chǎng)設備類(lèi)型自動(dòng)移除或添加每個(gè) OPC UA 節點(diǎn)。

由于嵌入式控制器和 EtherCAT 端子模塊組成的解決方案非常緊湊，因此 NOA 方案也可在安裝空間極小的系統中實(shí)施。

解決方案易于實(shí)施

Roger Rossmann 博士認為，倍福解決方案具有易于實(shí)施的特點(diǎn)。他還表示：“用于獲取標準化生命周期數據的庫管理方法不僅是開(kāi)放式的，而且倍福正在對其進(jìn)行進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)。從長(cháng)遠來(lái)看，倍福解決方案的優(yōu)勢還包括它能夠自動(dòng)檢測現場(chǎng)設備的變化，即無(wú)需重新進(jìn)行參數設置。最值得一提的是，邊緣設備易于擴展，因此可以在已有項目中持續進(jìn)行擴展。防爆 I/O 端子模塊產(chǎn)品系列還允許在符合防爆要求的情況下，使用現場(chǎng)設備的第二個(gè)輸出端采集 HART 信息?！?/p>