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

1  通過 NOA 進行過程裝置監(jiān)測和優(yōu)化

AMUR 開放式架構（NOA）推薦性規(guī)范 NE 175 中描述的方案在不改變現(xiàn)有控制系統(tǒng)的情況下擴展自動化架構。因此，NOA 的核心任務是提供從現(xiàn)場層到更高層級應用的信息，以監(jiān)測現(xiàn)場設備和優(yōu)化過程裝置（監(jiān)測和優(yōu)化 — M+O）。現(xiàn)場傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型取決于所使用的現(xiàn)場設備和具體的分析工具。重點是需要循環(huán)讀出的參數(shù)，這些參數(shù)包含設備狀態(tài)或過程質(zhì)量信息。

2  NOA 邊緣設備

過程自動化領域涉及到的協(xié)議和通信技術種類非常多。倍福選擇使用 HART 協(xié)議初步實現(xiàn)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(xiàn)場設備所使用在實際的 4-20 mA 測量值上疊加數(shù)字信號，可以傳輸更多數(shù)據(jù)，例如現(xiàn)場設備的狀態(tài)信息此外，通過特殊的饋電隔離器（已成為很多過程裝置自動化結構的一部分），可以輕松打開第二個通道。這意味著與現(xiàn)場設備的連接被分為 4-20 mA 信號、HART 通信和電源電壓，因此，與過程控制系統(tǒng)的現(xiàn)有連接不會被中斷。相應的數(shù)據(jù)可通過第二通道接收，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(nèi)通過 HART 協(xié)議連接兩臺現(xiàn)場設備。嵌入式控制器（如 CX8110）和 TwinCAT 自動化軟件相結合，無需專門開發(fā)硬件，即可構建一個模塊化、可擴展的邊緣設備。

邊緣設備具有以下三個主要功能：

·  通過 HART 協(xié)議接收實時數(shù)據(jù)

·  轉換數(shù)據(jù)

·  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 HART 協(xié)議讀取實時數(shù)據(jù)。讀出的數(shù)據(jù)以及將這些數(shù)據(jù)存儲在現(xiàn)場設備中的命令取決于具體的設備類型（pH 值、氧氣、溫度等）和制造商。倍福為此開發(fā)了一個用于存儲讀取實時數(shù)據(jù)所需信息的數(shù)據(jù)庫。相應的文件會被讀入 TwinCAT，從而實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫中存儲的所有現(xiàn)場設備的通信。如果有一臺現(xiàn)場設備連接到了邊緣設備，就會自動檢測到該設備，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(shù)據(jù)進行轉換。

NAO 簡介

完整視頻鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/RUQa2YikOsPhHb5iSeTuEw

確保所有過程裝置都能夠順暢地訪問數(shù)據(jù)依然是過程自動化領域面臨的最大挑戰(zhàn)之一。隨著過程裝置的數(shù)量日益龐大，形成了錯綜復雜的互聯(lián)互通系統(tǒng)網(wǎng)絡，現(xiàn)場設備中的大量信息往往難以訪問。NAMUR 開放式架構的開發(fā)，旨在為來自現(xiàn)場的所有信息提供一個標準化的接口，以便快速、便捷地訪問數(shù)據(jù)。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(tǒng)，并且確保在未來持續(xù)高效運行?！?/p>

—— Lennart Winkler，倍福流程工業(yè)部門

3  Ethernet-APL 助力實現(xiàn)數(shù)據(jù)全采集

NOA 方案還可為新建項目帶來優(yōu)勢：在過程裝置規(guī)劃階段就可以安裝更多監(jiān)測傳感器，為監(jiān)測和優(yōu)化提供更多數(shù)據(jù)。Ethernet-APL 等新技術簡化了實施過程。

這種嶄新的通信技術基于 10BASE-T1L 以太網(wǎng)標準，允許電纜最長可以達到 1000 米，傳輸速率為 10 Mbit/s。有了 Ethernet-APL，就可以通過一對線纜（單根以太網(wǎng)）進行供電和傳輸數(shù)據(jù)。整個防爆危險區(qū)域的電源限制由 IEC 60079-47（2-WISE）規(guī)范規(guī)定。為了簡化安裝工作并提高所在用設備的連接性，項目組還在 TS10186 技術標準中定義了端口規(guī)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設備接口的防爆認證。

Ethernet-APL 現(xiàn)場設備可以通過結構緊湊、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)實現(xiàn)過程裝置的整個通信過程：從現(xiàn)場級到上位控制系統(tǒng)。它不僅注重純過程數(shù)據(jù)，而且更注重現(xiàn)場設備的狀態(tài)信息。其傳輸速率比現(xiàn)場總線系統(tǒng)高，因此允許使用網(wǎng)絡服務器進行參數(shù)設置或直接從現(xiàn)場設備下載數(shù)據(jù)表或證書。

但在實施過程中，用戶也難免會遇到一些困難和挑戰(zhàn)：需要配備支持 APL 的現(xiàn)場設備，才能立即全面地獲取上述優(yōu)勢。然而，由于這項技術仍處于早期階段，市場上還沒有大量這樣的產(chǎn)品?，F(xiàn)有的過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)的通信技術應用到現(xiàn)場層，還需要針對 IT 和 OT 安全制定新的功能和策略。

Ethernet-APL 現(xiàn)場設備可以通過結構緊湊、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 為用戶帶來了無限可能。如果要快速實施這項技術，就必須能夠將其集成到現(xiàn)有的設備中，而 ELX6233 EtherCAT 端子模塊為用戶提供了實現(xiàn)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

4  TwinCAT MTP 助力實現(xiàn)一致性、模塊化的系統(tǒng)

流程工業(yè)的許多領域，例如制藥業(yè)，正面臨著一個新的挑戰(zhàn)，即市場的波動性越來越大。企業(yè)必須縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，加快新產(chǎn)品上市時間，并且具備小批量經(jīng)濟地進行定制化生產(chǎn)的能力。

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

模塊化過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過程分解為各個子過程，并使用模塊進行映射。通過為每個模塊配備獨立的分布式控制器，實現(xiàn)完全的模塊化設計。之后，通過將這些模塊集成到更高級別的控制系統(tǒng)（如 DCS）中，就可以重新映射整個生產(chǎn)過程。因此，開發(fā)工作的重點可以從以過程裝置為中心轉移到以模塊為中心，從而可以根據(jù)當前的應用需求輕松、靈活地對裝置進行調(diào)整。這樣就可以在裝置中添加額外的模塊，并根據(jù)需要重新排列或刪除現(xiàn)有模塊。在進行類似修改時，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模塊中。上一級控制器只是協(xié)調(diào)模塊及它們所提供的服務，這就是為什么它被描述為流程編制層（POL）。

Ethernet-APL 現(xiàn)場設備可以通過結構緊湊、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（模塊類型包）方案的模塊化設計徹底革新了過程裝置的構造方式，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化了專用模塊到流程編制層的即插即用集成過程，確保了各模塊間的無縫協(xié)同工作。TwinCAT MTP 提供了一個通過自動生成代碼來輕松開發(fā)模塊的環(huán)境。這種方法極大地降低了對深入掌握規(guī)范細節(jié)的依賴。在實際應用中，它簡化了模塊開發(fā)工作，并使流程工業(yè)領域中的專業(yè)人員能夠高效、便捷地利用模塊設計化帶來的優(yōu)勢?！?/p>

—— Laurids Beckhoff，倍福流程工業(yè)部門

5  總結

借助 NAMUR 開放式架構和 PA-DIM 技術，流程工業(yè)為在上一級分析工具中實現(xiàn)對不同系統(tǒng)結構的標準化和結構化映射奠定了堅實的基礎。這意味著現(xiàn)有過程裝置能夠立即實現(xiàn)數(shù)字化轉型，享受包括顯著降低維護成本在內(nèi)的諸多好處。獨立于 NOA 構建如 PA-DIM 這樣的標準化數(shù)據(jù)模型無疑也將成為未來一個極具吸引力的議題。例如，系統(tǒng)的不同部分可以整合在網(wǎng)關應用程序中，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程數(shù)據(jù)，使得現(xiàn)場設備能夠在不同的制造商之間無縫交換。此外，通過分布式部署控制回路，可以有效減輕 DCS 的負荷，并顯著降低數(shù)據(jù)通信量。

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

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

提升過程裝置的可靠性、效率與靈活性是實現(xiàn)裝置最優(yōu)化運行的關鍵。這需要創(chuàng)新的數(shù)字技術。即便是在錯綜復雜的過程裝置中，現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)也必須快速且完整地傳輸，確保實現(xiàn)無縫監(jiān)控和持續(xù)的過程優(yōu)化。系統(tǒng)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需求。通過倍福基于 PC 的控制技術以及我們針對 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，還能實現(xiàn)過程裝置的自動化，確保其在未來發(fā)展中保持領先地位?！?/p>

—— Franziska Rostan，倍福流程工業(yè)部門