在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域，高效、可靠的生產(chǎn)過(guò)程是確保過(guò)程裝置經(jīng)濟運行的先決條件?，F代系統方案不僅支持高效的裝置維護，而且還能夠持續優(yōu)化工藝流程。通過(guò)實(shí)施 NOA、Ethernet-APL 和 MTP 等前沿技術(shù)，倍福能夠為現有及新建系統打造面向未來(lái)的解決方案。工業(yè) 4.0 和物聯(lián)網(wǎng)等方案注重收集過(guò)程裝置的所有運行數據，并將其提供給各種應用。分析工具會(huì )對這些數據進(jìn)行評估，例如，可以及早識別現場(chǎng)設備的故障等。這些數據還可用于優(yōu)化工作流程和提高生產(chǎn)效率。

1  通過(guò) NOA 進(jìn)行過(guò)程裝置監測和優(yōu)化

AMUR 開(kāi)放式架構（NOA）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)是需要循環(huán)讀出的參數，這些參數包含設備狀態(tài)或過(guò)程質(zhì)量信息。

2  NOA 邊緣設備

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。倍福選擇使用 HART 協(xié)議初步實(shí)現了 NOA 方案。該協(xié)議的應用范圍非常廣泛，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)信息此外，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。

結構緊湊且可拓展：NOA 邊緣設備

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。

邊緣設備具有以下三個(gè)主要功能：

·  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

命令必須由邊緣設備發(fā)送，才能通過(guò) HART 協(xié)議讀取實(shí)時(shí)數據。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。

NAO 簡(jiǎn)介

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確保所有過(guò)程裝置都能夠順暢地訪(fǎng)問(wèn)數據依然是過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域面臨的最大挑戰之一。隨著(zhù)過(guò)程裝置的數量日益龐大，形成了錯綜復雜的互聯(lián)互通系統網(wǎng)絡(luò )，現場(chǎng)設備中的大量信息往往難以訪(fǎng)問(wèn)。NAMUR 開(kāi)放式架構的開(kāi)發(fā)，旨在為來(lái)自現場(chǎng)的所有信息提供一個(gè)標準化的接口，以便快速、便捷地訪(fǎng)問(wèn)數據。我們推出的結構緊湊且可擴展的 NOA 邊緣設備能夠優(yōu)化升級舊系統，并且確保在未來(lái)持續高效運行?！?/p>

—— Lennart Winkler，倍福流程工業(yè)部門(mén)

3  Ethernet-APL 助力實(shí)現數據全采集

NOA 方案還可為新建項目帶來(lái)優(yōu)勢：在過(guò)程裝置規劃階段就可以安裝更多監測傳感器，為監測和優(yōu)化提供更多數據。Ethernet-APL 等新技術(shù)簡(jiǎn)化了實(shí)施過(guò)程。

這種嶄新的通信技術(shù)基于 10BASE-T1L 以太網(wǎng)標準，允許電纜最長(cháng)可以達到 1000 米，傳輸速率為 10 Mbit/s。有了 Ethernet-APL，就可以通過(guò)一對線(xiàn)纜（單根以太網(wǎng)）進(jìn)行供電和傳輸數據。整個(gè)防爆危險區域的電源限制由 IEC 60079-47（2-WISE）規范規定。為了簡(jiǎn)化安裝工作并提高所在用設備的連接性，項目組還在 TS10186 技術(shù)標準中定義了端口規范：除了連接和網(wǎng)段等級信息之外，端口配置文件中還包含了各個(gè)設備接口的防爆認證。

Ethernet-APL 現場(chǎng)設備可以通過(guò)結構緊湊、具有雙通道通信接口的 ELX6233 端子模塊集成到控制架構中

Ethernet-APL 方案旨在基于以太網(wǎng)實(shí)現過(guò)程裝置的整個(gè)通信過(guò)程：從現場(chǎng)級到上位控制系統。它不僅注重純過(guò)程數據，而且更注重現場(chǎng)設備的狀態(tài)信息。其傳輸速率比現場(chǎng)總線(xiàn)系統高，因此允許使用網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器進(jìn)行參數設置或直接從現場(chǎng)設備下載數據表或證書(shū)。

但在實(shí)施過(guò)程中，用戶(hù)也難免會(huì )遇到一些困難和挑戰：需要配備支持 APL 的現場(chǎng)設備，才能立即全面地獲取上述優(yōu)勢。然而，由于這項技術(shù)仍處于早期階段，市場(chǎng)上還沒(méi)有大量這樣的產(chǎn)品?，F有的過(guò)程裝置中也缺少空間再安裝交換機等其它基礎組件。如果要將基于以太網(wǎng)的通信技術(shù)應用到現場(chǎng)層，還需要針對 IT 和 OT 安全制定新的功能和策略。

Ethernet-APL 現場(chǎng)設備可以通過(guò)結構緊湊、具有雙通道通信接口的 ELX6233 端子模塊集成到控制架構中

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Ethernet-APL 為用戶(hù)帶來(lái)了無(wú)限可能。如果要快速實(shí)施這項技術(shù)，就必須能夠將其集成到現有的設備中，而 ELX6233 EtherCAT 端子模塊為用戶(hù)提供了實(shí)現這一目標所需的靈活性、模塊化、可擴展性和安全性?！?/p>

—— Sebastian B?se，倍福流程工業(yè)部門(mén)

4  TwinCAT MTP 助力實(shí)現一致性、模塊化的系統

流程工業(yè)的許多領(lǐng)域，例如制藥業(yè)，正面臨著(zhù)一個(gè)新的挑戰，即市場(chǎng)的波動(dòng)性越來(lái)越大。企業(yè)必須縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，加快新產(chǎn)品上市時(shí)間，并且具備小批量經(jīng)濟地進(jìn)行定制化生產(chǎn)的能力。

倍福的 TwinCAT 自動(dòng)化軟件將不斷提升流程工業(yè)領(lǐng)域的裝置模塊化程序

模塊化過(guò)程裝置解決方案日益受到青睞，其優(yōu)勢在于能夠靈活地將模塊重復用于多種不同的應用目的。它涉及到將設備的整個(gè)過(guò)程分解為各個(gè)子過(guò)程，并使用模塊進(jìn)行映射。通過(guò)為每個(gè)模塊配備獨立的分布式控制器，實(shí)現完全的模塊化設計。之后，通過(guò)將這些模塊集成到更高級別的控制系統（如 DCS）中，就可以重新映射整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。因此，開(kāi)發(fā)工作的重點(diǎn)可以從以過(guò)程裝置為中心轉移到以模塊為中心，從而可以根據當前的應用需求輕松、靈活地對裝置進(jìn)行調整。這樣就可以在裝置中添加額外的模塊，并根據需要重新排列或刪除現有模塊。在進(jìn)行類(lèi)似修改時(shí)，不再需要完全重新編程裝置，因為大部分邏輯都存在于各個(gè)模塊中。上一級控制器只是協(xié)調模塊及它們所提供的服務(wù)，這就是為什么它被描述為流程編制層（POL）。

Ethernet-APL 現場(chǎng)設備可以通過(guò)結構緊湊、具有雙通道通信接口的 ELX6233 端子模塊集成到控制架構中

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MTP（模塊類(lèi)型包）方案的模塊化設計徹底革新了過(guò)程裝置的構造方式，具有上市速度快、靈活性更強、小批量經(jīng)濟生產(chǎn)等優(yōu)勢。MTP 的標準化接口極大地簡(jiǎn)化了專(zhuān)用模塊到流程編制層的即插即用集成過(guò)程，確保了各模塊間的無(wú)縫協(xié)同工作。TwinCAT MTP 提供了一個(gè)通過(guò)自動(dòng)生成代碼來(lái)輕松開(kāi)發(fā)模塊的環(huán)境。這種方法極大地降低了對深入掌握規范細節的依賴(lài)。在實(shí)際應用中，它簡(jiǎn)化了模塊開(kāi)發(fā)工作，并使流程工業(yè)領(lǐng)域中的專(zhuān)業(yè)人員能夠高效、便捷地利用模塊設計化帶來(lái)的優(yōu)勢?！?/p>

—— Laurids Beckhoff，倍福流程工業(yè)部門(mén)

5  總結

借助 NAMUR 開(kāi)放式架構和 PA-DIM 技術(shù)，流程工業(yè)為在上一級分析工具中實(shí)現對不同系統結構的標準化和結構化映射奠定了堅實(shí)的基礎。這意味著(zhù)現有過(guò)程裝置能夠立即實(shí)現數字化轉型，享受包括顯著(zhù)降低維護成本在內的諸多好處。獨立于 NOA 構建如 PA-DIM 這樣的標準化數據模型無(wú)疑也將成為未來(lái)一個(gè)極具吸引力的議題。例如，系統的不同部分可以整合在網(wǎng)關(guān)應用程序中，并以定義好的信息模型方式傳輸給 DCS。因此，DCS 將不再受限于傳感器的過(guò)程數據，使得現場(chǎng)設備能夠在不同的制造商之間無(wú)縫交換。此外，通過(guò)分布式部署控制回路，可以有效減輕 DCS 的負荷，并顯著(zhù)降低數據通信量。

MTP 方案中也采用了類(lèi)似的方法，其中，過(guò)程裝置采用模塊化結構。每個(gè)模塊都配備了自己的控制器，它通過(guò)標準化的接口描述集成到自動(dòng)化架構中。這使得 MTP 能夠依據市場(chǎng)需求的變化改變所使用的模塊，靈活調整生產(chǎn)流程。當系統發(fā)生故障時(shí)，也可以快速、輕松地更換單個(gè)模塊，從而減少設備停機時(shí)間。

在將 Ethernet-APL 集成到倍福產(chǎn)品系列中時(shí)，也繼續采用了模塊化方法。我們摒棄了傳統的大型現場(chǎng)交換機，而是采用緊湊型 EtherCAT 端子模塊集成 APL 現場(chǎng)設備。這些端子模塊可與其它端子模塊靈活組合，例如用于與數字傳感器通信。與控制器的直接集成也為網(wǎng)關(guān)或邊緣應用開(kāi)辟了更多可能性。在倍福的支持下，Ethernet-APL 和 NOA 已成功實(shí)現了無(wú)縫融合。

提升過(guò)程裝置的可靠性、效率與靈活性是實(shí)現裝置最優(yōu)化運行的關(guān)鍵。這需要創(chuàng )新的數字技術(shù)。即便是在錯綜復雜的過(guò)程裝置中，現場(chǎng)設備數據也必須快速且完整地傳輸，確保實(shí)現無(wú)縫監控和持續的過(guò)程優(yōu)化。系統還可以采用模塊化設計，以便企業(yè)能夠靈活應對不斷變化的市場(chǎng)需求。通過(guò)倍?；?PC 的控制技術(shù)以及我們針對 NOA、Ethernet-APL 和 MTP 精心打造的產(chǎn)品和解決方案，您不僅能夠輕松應對各項要求，還能實(shí)現過(guò)程裝置的自動(dòng)化，確保其在未來(lái)發(fā)展中保持領(lǐng)先地位?！?/p>

—— Franziska Rostan，倍福流程工業(yè)部門(mén)