新聞發布 | 通過擴展的自動化架構和新型數據通信高效實現數字化轉型
http://www.debgrams.com 2023-10-24 10:15 來源：德國倍福自動化有限公司
基于 PC 的控制技術助力將 NOA
和 Ethernet-APL 集成到過程控制中
流程工業需要緊跟數字化轉型趨勢，但規模龐大的過程工程系統需要滿足一些特殊要求。NAMUR 開放式架構（NOA）和新的 Ethernet-APL 通信技術可用于快速高效地實施合適的解決方案。有了倍福 NOA 邊緣設備和 ELX6233 EtherCAT 端子模塊，現在就可以通過現有的控制技術實現這一目標。
工業 4.0 和物聯網等方案的基礎是收集過程裝置的所有運行數據，并將其提供給各種應用。分析工具會對這些數據進行評估，例如，可以及早識別現場設備的故障等。這些數據還可用于優化工作流程和提高生產效率。然而，在現有裝置中實施物聯網方案尤其具有挑戰性，因為現有的自動化架構無法采集現場設備中的所需信息。
通過 NAMUR 開放式架構（NOA），可以在不改變現有控制技術的情況下實現流程工業數字化轉型。
NAMUR 因此開發了 NAMUR 開放式架構（NOA）。該方案在不改變現有控制系統的情況下擴展自動化架構。因此，NOA 的核心任務是提供從現場層到更高層級應用的信息，以監測和優化過程裝置（M+O）。挑戰在于，現場設備的接口因制造商和類型的不同而各異。這里的重點是需要循環讀出的參數，這些參數包含設備狀態或過程質量信息。
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針對 NOA 的邊緣設備
倍福專門開發了一款 NOA 邊緣設備，用于讀取更高層級的 M+O 的附加運行數據。它由一臺緊湊型嵌入式控制器、具有 HART 功能的 EtherCAT 端子模塊以及相應的 TwinCAT 項目組成，可直接安裝在裝置中或控制室內。現場設備通過由信號隔離器的第二個通道與邊緣設備連接。通過 HART 協議，可以向現場設備發送所需的命令，并讀出附加數據。數據在邊緣設備內轉換、編譯和結構化。然后在 OPC UA 服務器上填寫存儲的信息模型。該模型通常基于 PA-DIM，但也可以定制。
NOA 方案尤其在已有項目方面具有很大的潛力。現有過程裝置需要通過改造或升級來適應未來需求：只需對裝置進行監測和優化，而無需改變當前的過程控制方法，就能降低成本，提高產出。如果除了采集現有現場設備中的數據之外，還需要通過額外的傳感器獲取診斷數據，例如振動或溫度測量數據，則適合使用可直接安裝在現場設備上的防護等級高達 IP67 的 EP 系列 I/O 端子盒。一個模塊可連接多個傳感器，信號通過一根電纜集體傳輸給邊緣設備。這種型號既能減少電纜布線的工作量，又能節省控制柜內的安裝空間。
Ethernet-APL 現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。
NOA 方案還可為新建項目帶來優勢：在過程裝置規劃階段就可以安裝更多監測傳感器，為監測和優化提供更多數據。Ethernet-APL 等新技術使這一目標更容易實現。Ethernet-APL 方案旨在基于以太網實現過程裝置的整個通信過程：從現場級到上位控制系統。它不僅注重純過程數據，而且更注重現場設備的狀態信息。其傳輸速率比現場總線系統高，因此允許使用網絡服務器進行參數設置或直接從現場設備下載數據表或證書。
但用戶在實施過程中也會遇到一些困難和挑戰：需要有支持 APL 的現場設備，才能立即全面獲取上述優勢。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品。現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的通信技術應用到現場層，還需要針對 IT 和 OT 安全制定新的功能和策略。
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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勢中獲益？一種解決方案是將新技術與 HART 協議等成熟標準相結合。通過這種方式，可以借助新的 APL 設備逐步實現現有的過程裝置的數字化轉型，消除完全轉換的障礙。倍福因此將 Ethernet-APL 技術集成到端子模塊中：ELX6233 EtherCAT 端子模塊為 Ethernet-APL 提供了一個雙通道通信接口。與傳統的現場交換機方案相反，它為集成 APL 現場設備提供了另一種選擇。模塊化系統讓用戶能夠在控制柜中安裝所需數量的 Ethernet-APL 通道，從而節省寶貴的空間，并實現應用的靈活擴展。
ELX6233 的可擴展性為在小型測試裝置和大型過程裝置中集成 Ethernet-APL 現場設備提供了高效的解決方案。作為 EtherCAT 端子模塊系統的一部分，ELX6233 可以與其它數字量和模擬量 I/O 結合使用，因此除了 Ethernet-APL 之外，還可以集成標準電氣信號或通信協議。在數字化轉型方面，尤其是與 CX 嵌入式控制器的直接連接還可帶來一系列優勢：例如，網關應用可以處理來自現場設備的數據，并在過濾完這些數據后進行進一步共享。
與倍福產品系列中的很多 EtherCAT 端子模塊一樣，ELX6233 也可以安裝在防爆區 2 區，并允許連接防爆區 0 區的 Ethernet-APL 現場設備。接口符合 IEC 60079-47 標準，并遵循 SPAA 端口規范。
如上所述，Ethernet-APL 還會在 IT 和 OT 安全方面帶來進一步挑戰。與許多 PROFINET 架構不同，控制器直接位于 EtherCAT 端子模塊中，而不是上位控制器中。由于各個端口和協議分離，其數據安全性也遠遠高于傳統的交換式網絡。此外，與其它現場總線相比，EtherCAT 可以讓過程映像的數據大小變得更緊湊，因此能夠顯著縮短周期時間，提升設備性能。
Ethernet-APL 為用戶帶來了很多可能性。若要快速實施這項技術，就必須將其集成到已安裝的設備中。ELX6233 EtherCAT 端子模塊可為用戶提供所需的靈活性、模塊化設計、可擴展性以及安全性。
關于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術的德資企業，創立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅動者，倍福定義了自動化領域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產的工業 PC、現場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統，可為各個工控領域提供開放式自動化系統和完整的解決方案。經過 40 年的發展和努力，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構，加上全球的合作伙伴，業務遍及 70 多個國家和地區。
倍福于 1997 年進入中國市場，中國區總部落戶于上海市北高新產業園區，現有員工 300 人，辦事處遍及國內 30 座大中城市。創新產品和解決方案廣泛應用于風力發電、半導體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業以太網于 2014 年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設指南》。作為一家技術驅動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創新，在業內享有“創新引擎”的美譽。倍福基于 PC 的控制技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業通信協議，將 IT 技術、互聯網和自動化技術完美融合在一起，為實現工業 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術基礎。
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