基于 PC 的控制技術(shù)助力將 NOA

　　和 Ethernet-APL 集成到過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(wú)法采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的所需信息。

　　通過(guò) 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(guò)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(guò)程質(zhì)量信息。

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　　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)。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)由信號(hào)隔離器的第二個(gè)通道與邊緣設(shè)備連接。通過(guò) 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。現(xiàn)有過(guò)程裝置需要通過(guò)改造或升級(jí)來(lái)適應(yīng)未來(lái)需求：只需對(duì)裝置進(jìn)行監(jiān)測(cè)和優(yōu)化，而無(wú)需改變當(dāng)前的過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)優(yōu)勢(shì)：在過(guò)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(guò)程裝置的整個(gè)通信過(guò)程：從現(xiàn)場(chǎng)級(jí)到上位控制系統(tǒng)。它不僅注重純過(guò)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(guò)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(méi)有大量這樣的產(chǎn)品?，F(xiàn)有的過(guò)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。

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　　通過(guò) EtherCAT 端子模塊

　　無(wú)縫集成 Ethernet-APL

　　用戶如何才能將 Ethernet-APL 集成到其過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)一系列優(yōu)勢(shì)：例如，網(wǎng)關(guān)應(yīng)用可以處理來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)，并在過(guò)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(lái)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(guò)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(lái)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。

　　關(guān)于德國(guó)倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家專注于自動(dòng)化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國(guó)威爾市。作為全球自動(dòng)化技術(shù)的驅(qū)動(dòng)者，倍福定義了自動(dòng)化領(lǐng)域的許多標(biāo)準(zhǔn)，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定者和推動(dòng)者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場(chǎng)總線模塊、驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和 TwinCAT 自動(dòng)化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個(gè)工控領(lǐng)域提供開放式自動(dòng)化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過(guò) 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立 30 多家分支機(jī)構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及 70 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。

　　倍福于 1997 年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，中國(guó)區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國(guó)內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、半導(dǎo)體、光伏太陽(yáng)能、電子制造、金屬加工、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機(jī)械、物流輸送以及樓宇自動(dòng)化等眾多領(lǐng)域。

　　公司傾力推廣的 EtherCAT 實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國(guó)國(guó)家推薦性標(biāo)準(zhǔn)，并已入編工信部的《國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動(dòng)型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽(yù)。倍?；?PC 的控制技術(shù)具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化技術(shù)完美融合在一起，為實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

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