NAMUR 開(kāi)放式架構(gòu)(NOA)

　　過(guò)程分析技術(shù)(PAT)在化工行業(yè)中發(fā)揮著重要作用。例如，為了提高效率并從傳統(tǒng)的基于時(shí)間的定期維護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)榛跔顟B(tài)的優(yōu)化維護(hù)，拜耳集團(tuán)采用了先進(jìn)的 NOA 方案，即在不改變現(xiàn)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(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

　　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(shè)備

　　拜耳是一家在醫(yī)療保健和營(yíng)養(yǎng)生命科學(xué)領(lǐng)域擁有核心競(jìng)爭(zhēng)力的國(guó)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(zhǎng)和老齡化帶來(lái)的重大挑戰(zhàn)，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(qū)(Chempark Dormagen)建有一家生物制劑工廠和六家生產(chǎn)活性藥物成分的工廠，約有 1230 名員工在園區(qū)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(jī)中間體，著名產(chǎn)品品牌有殺菌劑 Luna、除草劑 Laudis 和殺蟲(chóng)劑 Movento。

　　項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)：拜耳生產(chǎn)計(jì)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(xiàn)場(chǎng)設(shè)備監(jiān)控嚴(yán)把產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)

　　在生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏y(cè)評(píng)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)在線測(cè)評(píng)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(tǒng)的分析質(zhì)量測(cè)量方法采用的是介質(zhì) pH 值測(cè)定法。

　　由于 PAT 在生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量監(jiān)控中發(fā)揮著重要作用，因此確保其正常運(yùn)行尤為重要。因此，化工行業(yè)在過(guò)去已經(jīng)建立了 PAT 預(yù)防性維護(hù)機(jī)制，通常采用基于時(shí)間的定期維護(hù)計(jì)劃。大量的 PAT 設(shè)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?yàn)闋顟B(tài)信息沒(méi)有進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，需要完成大量的數(shù)據(jù)編譯前期準(zhǔn)備工作。換句話說(shuō)，借助標(biāo)準(zhǔn)化的狀態(tài)信息，就有機(jī)會(huì)將基于時(shí)間的定期維護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)榛跔顟B(tài)的優(yōu)化維護(hù)，從而進(jìn)一步提高 PAT 的運(yùn)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(xiàn)場(chǎng)設(shè)備

　　NOA 可為已有過(guò)程裝置帶來(lái)優(yōu)勢(shì)

　　從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中提取更多的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息是一項(xiàng)特殊的挑戰(zhàn)，尤其是在已有的過(guò)程裝置中。目前，現(xiàn)有的自動(dòng)化結(jié)構(gòu)幾乎只能記錄與過(guò)程控制相關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)，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)用戶協(xié)會(huì)(NAMUR)開(kāi)發(fā) NAMUR 開(kāi)放式架構(gòu)(NOA)的初衷。NAMUR 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(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)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和優(yōu)化過(guò)程裝置(監(jiān)測(cè)和優(yōu)化 — M+O)?，F(xiàn)場(chǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類(lèi)型取決于所使用的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和具體的分析工具。重點(diǎn)是要包含設(shè)備狀態(tài)或過(guò)程質(zhì)量信息的循環(huán)參數(shù)。

　　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(xiàng)目團(tuán)隊(duì)(由拜耳生產(chǎn)計(jì)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(xiàn)拜耳的 NOA 方案。這個(gè)決定為項(xiàng)目帶來(lái)了三大明顯優(yōu)勢(shì)：

　　·協(xié)議應(yīng)用范圍廣泛，因此被不同制造商的很多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所使用

　　·在實(shí)際的 4-20 mA 測(cè)量值上疊加數(shù)字信號(hào)，可以傳輸更多數(shù)據(jù)，例如現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(jié)構(gòu)的一部分)，可以輕松打開(kāi)第二個(gè)通道。這意味著與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接被分為 4-20 mA 信號(hào)、HART 通信和電源電壓，因此，與過(guò)程控制系統(tǒng)的現(xiàn)有連接不會(huì)被中斷。相應(yīng)的數(shù)據(jù)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(nèi)通過(guò) HART 協(xié)議連接兩臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。嵌入式控制器(如 CX8110)和 TwinCAT 自動(dòng)化軟件相結(jié)合，無(wú)需專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)硬件，即可構(gòu)建一個(gè)模塊化、可擴(kuò)展的邊緣設(shè)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(shù)據(jù)

　　·轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)

　　·為上一級(jí)分析工具提供信息

　　必須由邊緣設(shè)備發(fā)送命令，才能通過(guò) HART 協(xié)議讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。待讀出的數(shù)據(jù)以及將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的命令取決于具體的設(shè)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(chǔ)讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)所需信息的數(shù)據(jù)庫(kù)。相應(yīng)的文件會(huì)被讀入 TwinCAT，從而實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信。如果有一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接到了邊緣設(shè)備，就會(huì)自動(dòng)檢測(cè)到該設(shè)備，并發(fā)送相應(yīng)的 HART 命令，然后使用存儲(chǔ)的轉(zhuǎn)換表和 TwinCAT 功能對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

　　此時(shí)存儲(chǔ)在 PLC 中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)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(chǔ)的信息模型為基礎(chǔ)，直接填充 PLC 中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。該信息模型基于過(guò)程自動(dòng)化設(shè)備信息模型(PA-DIM)，并通過(guò) PAT 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)展。此外，用戶也可以定制該信息模型，以包含更多參數(shù)?？梢愿鶕?jù)檢測(cè)到的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備類(lèi)型自動(dòng)移除或添加每個(gè) OPC UA 節(jié)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(tǒng)中實(shí)施。

　　解決方案易于實(shí)施

　　Roger Rossmann 博士認(rèn)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(biāo)準(zhǔn)化生命周期數(shù)據(jù)的庫(kù)管理方法不僅是開(kāi)放式的，而且倍福正在對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，倍福解決方案的優(yōu)勢(shì)還包括它能夠自動(dòng)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的變化，即無(wú)需重新進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。最值得一提的是，邊緣設(shè)備易于擴(kuò)展，因此可以在已有項(xiàng)目中持續(xù)進(jìn)行擴(kuò)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(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的第二個(gè)輸出端采集 HART 信息?！?/p>