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，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行數(shù)據(jù)，并將其提供給各種應(yīng)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(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)有裝置中實施物聯(lián)網(wǎng)方案尤其具有挑戰(zhàn)性，因為現(xiàn)有的自動化架構(gòu)無法采集現(xiàn)場設(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)的情況下擴展自動化架構(gòu)。因此，NOA 的核心任務(wù)是提供從現(xiàn)場層到更高層級應(yīng)用的信息，以監(jiān)測和優(yōu)化過程裝置（M+O）。挑戰(zhàn)在于，現(xiàn)場設(shè)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(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 NOA 的邊緣設(shè)備
倍福專門開發(fā)了一款 NOA 邊緣設(shè)備，用于讀取更高層級的 M+O 的附加運行數(shù)據(jù)。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(yīng)的 TwinCAT 項目組成，可直接安裝在裝置中或控制室內(nèi)?，F(xiàn)場設(shè)備通過由信號隔離器的第二個通道與邊緣設(shè)備連接。通過 HART 協(xié)議，可以向現(xiàn)場設(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來適應(yīng)未來需求：只需對裝置進行監(jiān)測和優(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)，例如振動或溫度測量數(shù)據(jù)，則適合使用可直接安裝在現(xiàn)場設(shè)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(shè)備。這種型號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(shù)使這一目標(biāo)更容易實現(xiàn)。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(shè)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(luò)服務(wù)器進行參數(shù)設(shè)置或直接從現(xiàn)場設(shè)備下載數(shù)據(jù)表或證書。
但用戶在實施過程中也會遇到一些困難和挑戰(zhàn)：需要有支持 APL 的現(xiàn)場設(shè)備，才能立即全面獲取上述優(yōu)勢。然而，由于這項技術(shù)仍處于早期階段，市場上還沒有大量這樣的產(chǎn)品。現(xiàn)有的過程裝置中也缺少空間再安裝交換機等其它基礎(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)場層，還需要針對 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 提供了一個雙通道通信接口。與傳統(tǒng)的現(xiàn)場交換機方案相反，它為集成 APL 現(xiàn)場設(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，并實現(xiàn)應(yīng)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(xiàn)場設(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：例如，網(wǎng)關(guān)應(yīng)用可以處理來自現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)，并在過濾完這些數(shù)據(jù)后進行進一步共享。
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 還會在 IT 和 OT 安全方面帶來進一步挑戰(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。由于各個端口和協(xié)議分離，其數(shù)據(jù)安全性也遠遠高于傳統(tǒng)的交換式網(wǎng)絡(luò)。此外，與其它現(xiàn)場總線相比，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。若要快速實施這項技術(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、可擴展性以及安全性。
關(guān)于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術(shù)的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領(lǐng)域的許多標(biāo)準(zhǔn)，是國際標(biāo)準(zhǔn)的制定者和推動者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動產(chǎn)品和 TwinCAT 自動化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領(lǐng)域提供開放式自動化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立 30 多家分支機構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及 70 多個國家和地區(qū)。
倍福于 1997 年進入中國市場，中國區(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(lǐng)域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)，并已入編工信部的《國家智能制造標(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。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)和自動化技術(shù)完美融合在一起，為實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。
更多新聞?wù)垶g覽： https://www.beckhoff.com.cn