基于 PC 的控制技術(shù)助力將 NOA

和 Ethernet-APL 集成到過程控制中

　　流程工業(yè)需要緊跟數(shù)字化轉(zhuǎn)型趨勢(shì)，但規(guī)模龐大的過程工程系統(tǒng)需要滿足一些特殊要求。NAMUR 開放式架構(gòu)(NOA)和新的 Ethernet-APL 通信技術(shù)可用于快速高效地實(shí)施合適的解決方案。有了倍福 NOA 邊緣設(shè)備和 ELX6233 EtherCAT 端子模塊，現(xiàn)在就可以通過現(xiàn)有的控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

　　工業(yè) 4.0 和物聯(lián)網(wǎng)等方案的基礎(chǔ)是收集過程裝置的所有運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將其提供給各種應(yīng)用。分析工具會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，例如，可以及早識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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。然而，在現(xiàn)有裝置中實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)方案尤其具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)楝F(xiàn)有的自動(dòng)化架構(gòu)無法采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的所需信息。

　　通過 NAMUR 開放式架構(gòu)(NOA)，可以在不改變現(xiàn)有控制技術(shù)的情況下實(shí)現(xiàn)流程工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

　　NAMUR 因此開發(fā)了 NAMUR 開放式架構(gòu)(NOA)。該方案在不改變現(xiàn)有控制系統(tǒng)的情況下擴(kuò)展自動(dòng)化架構(gòu)。因此，NOA 的核心任務(wù)是提供從現(xiàn)場(chǎng)層到更高層級(jí)應(yīng)用的信息，以監(jiān)測(cè)和優(yōu)化過程裝置(M+O)。挑戰(zhàn)在于，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的接口因制造商和類型的不同而各異。這里的重點(diǎn)是需要循環(huán)讀出的參數(shù)，這些參數(shù)包含設(shè)備狀態(tài)或過程質(zhì)量信息。

　　01、針對(duì) NOA 的邊緣設(shè)備

　　倍福專門開發(fā)了一款 NOA 邊緣設(shè)備，用于讀取更高層級(jí)的 M+O 的附加運(yùn)行數(shù)據(jù)。它由一臺(tái)緊湊型嵌入式控制器、具有 HART 功能的 EtherCAT 端子模塊以及相應(yīng)的 TwinCAT 項(xiàng)目組成，可直接安裝在裝置中或控制室內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過由信號(hào)隔離器的第二個(gè)通道與邊緣設(shè)備連接。通過 HART 協(xié)議，可以向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)送所需的命令，并讀出附加數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在邊緣設(shè)備內(nèi)轉(zhuǎn)換、編譯和結(jié)構(gòu)化。然后在 OPC UA 服務(wù)器上填寫存儲(chǔ)的信息模型。該模型通?；? PA-DIM，但也可以定制。

　　NOA 方案尤其在已有項(xiàng)目方面具有很大的潛力?，F(xiàn)有過程裝置需要通過改造或升級(jí)來適應(yīng)未來需求：只需對(duì)裝置進(jìn)行監(jiān)測(cè)和優(yōu)化，而無需改變當(dāng)前的過程控制方法，就能降低成本，提高產(chǎn)出。如果除了采集現(xiàn)有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的數(shù)據(jù)之外，還需要通過額外的傳感器獲取診斷數(shù)據(jù)，例如振動(dòng)或溫度測(cè)量數(shù)據(jù)，則適合使用可直接安裝在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上的防護(hù)等級(jí)高達(dá) IP67 的 EP 系列 I/O 端子盒。一個(gè)模塊可連接多個(gè)傳感器，信號(hào)通過一根電纜集體傳輸給邊緣設(shè)備。這種型號(hào)既能減少電纜布線的工作量，又能節(jié)省控制柜內(nèi)的安裝空間。

　　Ethernet-APL 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以通過結(jié)構(gòu)緊湊、具有雙通道通信接口的 ELX6233 端子模塊集成到控制架構(gòu)中。

　　NOA 方案還可為新建項(xiàng)目帶來優(yōu)勢(shì)：在過程裝置規(guī)劃階段就可以安裝更多監(jiān)測(cè)傳感器，為監(jiān)測(cè)和優(yōu)化提供更多數(shù)據(jù)。Ethernet-APL 等新技術(shù)使這一目標(biāo)更容易實(shí)現(xiàn)。Ethernet-APL 方案旨在基于以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)過程裝置的整個(gè)通信過程：從現(xiàn)場(chǎng)級(jí)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(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)信息。其傳輸速率比現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)高，因此允許使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置或直接從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備下載數(shù)據(jù)表或證書。

　　但用戶在實(shí)施過程中也會(huì)遇到一些困難和挑戰(zhàn)：需要有支持 APL 的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，才能立即全面獲取上述優(yōu)勢(shì)。然而，由于這項(xiàng)技術(shù)仍處于早期階段，市場(chǎng)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(jī)等其它基礎(chǔ)組件。如果要將基于以太網(wǎng)的通信技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)層，還需要針對(duì) IT 和 OT 安全制定新的功能和策略。

　　01、通過 EtherCAT 端子模塊

　　無縫集成 Ethernet-APL

　　用戶如何才能將 Ethernet-APL 集成到其過程裝置中?并從其目前提供的眾多優(yōu)勢(shì)中獲益?一種解決方案是將新技術(shù)與 HART 協(xié)議等成熟標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合。通過這種方式，可以借助新的 APL 設(shè)備逐步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的過程裝置的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，消除完全轉(zhuǎn)換的障礙。倍福因此將 Ethernet-APL 技術(shù)集成到端子模塊中：ELX6233 EtherCAT 端子模塊為 Ethernet-APL 提供了一個(gè)雙通道通信接口。與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)交換機(jī)方案相反，它為集成 APL 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供了另一種選擇。模塊化系統(tǒng)讓用戶能夠在控制柜中安裝所需數(shù)量的 Ethernet-APL 通道，從而節(jié)省寶貴的空間，并實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的靈活擴(kuò)展。

　　ELX6233 的可擴(kuò)展性為在小型測(cè)試裝置和大型過程裝置中集成 Ethernet-APL 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供了高效的解決方案。作為 EtherCAT 端子模塊系統(tǒng)的一部分，ELX6233 可以與其它數(shù)字量和模擬量 I/O 結(jié)合使用，因此除了 Ethernet-APL 之外，還可以集成標(biāo)準(zhǔn)電氣信號(hào)或通信協(xié)議。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型方面，尤其是與 CX 嵌入式控制器的直接連接還可帶來一系列優(yōu)勢(shì)：例如，網(wǎng)關(guān)應(yīng)用可以處理來自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)，并在過濾完這些數(shù)據(jù)后進(jìn)行進(jìn)一步共享。

　　與倍福產(chǎn)品系列中的很多 EtherCAT 端子模塊一樣，ELX6233 也可以安裝在防爆區(qū) 2 區(qū)，并允許連接防爆區(qū) 0 區(qū)的 Ethernet-APL 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。接口符合 IEC 60079-47 標(biāo)準(zhǔn)，并遵循 SPAA 端口規(guī)范。

　　如上所述，Ethernet-APL 還會(huì)在 IT 和 OT 安全方面帶來進(jìn)一步挑戰(zhàn)。與許多 PROFINET 架構(gòu)不同，控制器直接位于 EtherCAT 端子模塊中，而不是上位控制器中。由于各個(gè)端口和協(xié)議分離，其數(shù)據(jù)安全性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的交換式網(wǎng)絡(luò)。此外，與其它現(xiàn)場(chǎng)總線相比，EtherCAT 可以讓過程映像的數(shù)據(jù)大小變得更緊湊，因此能夠顯著縮短周期時(shí)間，提升設(shè)備性能。

　　Ethernet-APL 為用戶帶來了很多可能性。若要快速實(shí)施這項(xiàng)技術(shù)，就必須將其集成到已安裝的設(shè)備中。ELX6233 EtherCAT 端子模塊可為用戶提供所需的靈活性、模塊化設(shè)計(jì)、可擴(kuò)展性以及安全性。