1　工業(yè)軟件與工業(yè)標準的關(guān)系

許多工業(yè)領(lǐng)域中為其服務(wù)的工業(yè)軟件，通常與該領(lǐng)域的工業(yè)標準存在依存關(guān)系。工業(yè)軟件的平臺往往是若干個(gè)工業(yè)標準綜合運用的成果。

最近幾年有影響的流程工業(yè)自動(dòng)化標準活動(dòng)，有美國The Open Group主推的開(kāi)放流程自動(dòng)化系列標準OPAS，德國NAMUR主推的NAMUR開(kāi)放自動(dòng)化NOA，以及由NAMUR發(fā)起的模塊化類(lèi)型包MTP（Modular Type Package）。概括來(lái)說(shuō)，OPA S是全開(kāi)放的架構，重新定義了DCS和PLC，運用市場(chǎng)中領(lǐng)先的軟硬部件致力于互操作性和互換性，以及信息安全的能力；NOA在現有DCS系統的基礎上運用IT技術(shù)實(shí)現成本可控的優(yōu)化和信息安全，力求用獨立于供應商的技術(shù)實(shí)現流程工業(yè)4.0的各種案例；MTP利用現有的DCS和PL的部件無(wú)縫集成為流程裝置的自動(dòng)化單元，強調在優(yōu)化性?xún)r(jià)比的同時(shí)將工程量降至最低，加快工程交付進(jìn)度。

這三個(gè)標準雖然側重點(diǎn)不同，但是有許多相同和相似之處。對于最終用戶(hù)來(lái)說(shuō)，標準太多并不是什么好事情，于是OPAF和NAMUR考慮把這三個(gè)標準能夠統一在一個(gè)架構之中，提出了如圖1所示的架構。

圖1 NAMUR提出的NOA和MTP與OPA的整合架構（來(lái)源：NAMUR）

在未來(lái)的流程工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中，特別是通過(guò)運用IT技術(shù)的成熟和最新成果，瞄準虛擬化的方向開(kāi)發(fā)相應的工業(yè)軟件。遵循在綜合運用多年來(lái)積累的行之有效的基礎工業(yè)標準和IT標準的基礎上開(kāi)發(fā)的下一代流程工業(yè)自動(dòng)化的系列標準，參與并深入到全開(kāi)放的自動(dòng)化架構中。同時(shí)還要從最終用戶(hù)的利益和需求出發(fā)，考慮新舊交替過(guò)程中的平穩過(guò)渡，也是發(fā)展工業(yè)軟件必須遵循的原則。

2　容器化技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化軟件開(kāi)發(fā)中成效顯著(zhù)

當前我們正處在工業(yè)數字化轉型的變革之中，“軟件正在吞噬世界”的說(shuō)法蘊含了軟件在系統中發(fā)揮著(zhù)“基礎設施化”的作用，而云計算軟件開(kāi)發(fā)方法成為軟件開(kāi)發(fā)的主要方向。經(jīng)過(guò)幾年的摸索，云計算開(kāi)發(fā)方法在工業(yè)自動(dòng)化軟件開(kāi)發(fā)應用的虛擬化方向有了很大進(jìn)展，實(shí)際運用的結果驗證了容器化在開(kāi)發(fā)工業(yè)自動(dòng)化軟件中所顯現的優(yōu)越性。

同樣是虛擬化的技術(shù)，容器化較之虛擬機明顯有著(zhù)以下優(yōu)點(diǎn)：一是APP的顆粒度更細，有利于形成輕量級的容器；二是所需的硬件開(kāi)銷(xiāo)要小得多；三是應用代碼及其相關(guān)的軟件環(huán)境打包后安排在操作系統基礎架構上的容器引擎執行運行，無(wú)需其它任何支持；四是容器中各個(gè)應用程序相互隔離，這種分割保證了信息安全；五是應用代碼的更新升級可以遠程部署?？傊?，容器是獨立的，可以通過(guò)特定的平臺按照需要來(lái)選擇和部署，給予使用者很大的靈活性；同時(shí)一個(gè)單獨而且封閉的容器又提供了原生的信息安全。

流程自動(dòng)化工業(yè)對軟件容器有著(zhù)其特殊的需要，他們需要能在很大范圍容納各種各樣的應用軟件，諸如先進(jìn)流程控制APC、流程優(yōu)化和資產(chǎn)管理等，同時(shí)能通過(guò)標準化的接口（如OPC UA）交換數據。另外，流程自動(dòng)化的容器需要在不同的物理地點(diǎn)和不同的主計算機硬件中移動(dòng)。對于大型的操作來(lái)講，像Kubernetes這樣的編排工具，可以用來(lái)維護、組織和管理容器庫，按照資源的可用性自動(dòng)平衡計算負載。

以Honeywell運用虛擬化為例，不但在服務(wù)器層級運用于HMI和應用程序中，而且也開(kāi)始擴充到流程自動(dòng)化的其它方面，如用于I/O的軟組態(tài)。Honeywell Process Solution正在考慮讓軟件和硬件解耦的可能性，不僅僅在服務(wù)器中運用容器化技術(shù)，也包括控制器和I/O層級運用容器化技術(shù)。Honeywell開(kāi)發(fā)Experion LCN（ELCN）有效地仿真了TDC 3000這樣的老系統，使公司的老客戶(hù)得以將其在知識產(chǎn)權上的投資“無(wú)限地延壽”。它可與老系統100%的二進(jìn)制兼容和互操作。2018年6月Honeywell在用戶(hù)組織的大會(huì )上向公眾宣布，TDC 3000相同的代碼可以不加修改運行在虛擬環(huán)境中，大大減少了可能的產(chǎn)生技術(shù)風(fēng)險。TDC環(huán)境的虛擬化帶來(lái)許多附加的利益，包括使工程師具有應用Honeywell云基的虛擬工程平臺（Virtual Engineering Platform）的能力去提供TDC的解決方案。自此以后，Honeywell一直在繼續其虛擬化的版本，在2019年的用戶(hù)大會(huì )上宣稱(chēng)其Experion PKS HIVE用于高度集成的虛擬環(huán)境。簡(jiǎn)言之就是具有虛擬化的特性的解決方案以及硬件與軟件的解耦已經(jīng)在應用程序這一級、控制器和I/O這一級實(shí)現。

在流程工業(yè)中另一個(gè)容器化的實(shí)例Module Type Package（MTP）正在開(kāi)發(fā)中。MTP本質(zhì)上是運用容器技術(shù)創(chuàng )建易于集成、并運用預定義的自動(dòng)化模塊單元實(shí)現模塊化的流程裝置。這種預定義的自動(dòng)化模塊化單元，易于按照生產(chǎn)的需要添加、安排和調整。每個(gè)MTP都符合標準化的方法論和框架，包括將它整合到一個(gè)模塊化的裝置中所有必要的信息（如通信服務(wù)、HMI描述、維護信息等）。例如ABB的MTP提供清單中包括ABB Ability系統800xA操作流程和編排的智能模塊。由一個(gè)開(kāi)放架構的骨干網(wǎng)將編排層由模塊層通過(guò)OPC UA通信鏈接。

在下一個(gè)五年或更多一些時(shí)間內，云軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)相比其它形式的軟件開(kāi)發(fā)，顯然會(huì )成為主要的形式。而且企業(yè)軟件、嵌入式軟件和云軟件這三種軟件開(kāi)發(fā)將會(huì )極大地融合匯聚。有理由期望用于云計算業(yè)務(wù)的開(kāi)源軟件技術(shù)將會(huì )快速發(fā)展和推廣，所有軟件的開(kāi)發(fā)將會(huì )使用云軟件開(kāi)發(fā)的方法。值得關(guān)注的是，這一融合匯聚將會(huì )被迅速發(fā)展的開(kāi)源軟件的步伐推動(dòng)，而不是由目前工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)所采用的軟件開(kāi)發(fā)方法邁著(zhù)緩慢的步伐而前行。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年8月刊