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开放过程自动化的最新进展

来源:控制工程网2018.12.04阅读 3051

  制造企业对软件的需求正在发生改变。ARC咨询集团的分析师Harry Forbes援引某自动化供应商CEO所说的,客户不想成为必须管理在上千台设备上运营应用软件的工厂。自动化供应商希望利用虚拟平台替换交换机实现对这些软件的管理。
  这是一个突破性的时刻,而不是渐进的改变。软件正在吞噬世界。云计算软件正在吞噬着企业、边缘设备和嵌入式空间。云技术可以查看并与较低级别的系统进行交互。软件变得越来越小CONTROL ENGINEERING China版权所有,而且更安全。在历史上按不同类别开发的软件,正在扁平化。  
  最先进的云软件开发和软件操作(DevOps)技术,将渗透到嵌入式系统中。而嵌入式工业自动化的开发、部署、业务流程和监控以及更新,将提高最终用户对工业自动化软件的期待。规模化以及在整个软件生命周期内的软件管理需求,将由云、企业、工业物联网(IIoT)和开放组织共享。

云计算软件开发工具正在吞噬所有其它与工业自动化相关的领域。

  开放过程自动化(Open Process Automation,简称OPA),是开放组织(Open Group)的一部分,旨在建立一个概念验证原型,建立标准并最终建立商业开放式过程自动化系统,从而最大限度地减少供应商特定技术并提高系统投资的总体回报,同时保持严格的安全性。
  开放式自动化 
  对于可扩展性、互操作性架构的更多关注,让一些传统过程行业的企业开始尝试开放式自动化。沙特阿美石油公司就为其中过程自动化系统(PAS)生命周期管理计划,制定了一个以开放数据为中心的过程自动化概念的长期目标CONTROL ENGINEERING China版权所有,以期实现在技术、工业计划和标准等方面的要求。
  在2010年,面对过时的系统,该公司研究了其供应商模型、备件管理、内部技术支持和可靠性驱动的替代等问题,所有这些都带来了对长期使用专有架构的挑战。
  一个新的计划尝试消除多个层次,实现扁平化的网络、相互解耦的控制器,并用可靠的通信框架取代控制系统。新的解决方案力求避免大规模更换,并将控制功能分散到整个体系结构中。最底层的安全系统不会被触动。输入和输出(I/O)模块仅为输入和输出,并与实时数据总线连接。 
  这些属性需要面向数据、开放标准、使用发布/订阅通信协议、人机界面和控制器虚拟化服务器、高可用性计算平台、可互换的基本I/O、基于硬件或软件的控制器、内置网络安全和应用程序可移植性。
  在加入开放过程自动化计划后,该公司请求参与一个示范系统,以帮助改善学习曲线。根据学习曲线,公司开始意识到使用数据分发服务并不像预期的那样简单。需要较长的时间形成一个信息模型。
  沙特阿美石油公司致力于在以数据为中心、基于开放技术的发布/订阅协作自动化平台方面与OPA展开合作。期望能够保持目前的投资,使用现成的商用(COTS)技术,并提供更容易集成或部分更换的机制。
  OPA计划的进展
  开放过程自动化(OPA)创建了一个系统,将分布式控制系统作为OPA架构中其它元素中的另一个对等方,而不是层次结构的顶层。
  运行的概念验证系统使用实时的先进计算平台。它使用比例-积分-微分(PID)和约束控制来控制模拟过程单元。该验证装置采取了I/O和逻辑,并将其分为三个分布式控制节点(DCN)。
  因为大多数过程控制的运行速度比应用需求要快,可以降低到100毫秒,就是这样,该速度也快到足够可以运行任何程序。
  互操作性的定义和目标:两个组件在供应商之间交换有意义的信息和相互协作的能力,以便能够整合最佳组件,并在市场上促进竞争和创新www.cechina.cn,并允许定制和按需裁剪解决方案。
  互换性是指一个组件可以用另一个供应商的部件更换而不进行修改。树莓Pi3可以与英特尔原型DCN交换。它是在不改变 IEC 61499 控制逻辑的情况下重新部署的CONTROL ENGINEERING China版权所有,不需要重设计控制逻辑。
  配置和应用程序可移植性允许将配置从一个应用程序移植到另一个应用。保留资产所有者的自定义配置、知识产权(IP)并帮助使用先进功能,允许集成一流的组件。
  应用程序开发的灵活性,使其可以用应用商店的概念来支持一流算法,开放市场的创新,并保留自定义配置。
  埃克森美孚对OPA的愿景是在2021年之前做好技术准备。鼓励更多的参与者,该组织寻求合作伙伴和现场试验。
  需要新的方法
  “需要更多革命性的变化,因为我们还没有到达那里,"巴斯夫公司控制系统技术的高级自动化经理Michael Krauss说,"我们缺少平台接口和数据模型。”NAMUR开放式架构已经被证明和接受,具有高可用性,专为成熟的系统而设计,可实现可持续操作,具有很长的生命周期。开放式体系结构包括现场级别、基本自动化、制造执行系统和企业资源规划。
  模块化封装(MTP)是对过程自动化模块的标准化非专利描述。模块化封装(MTP)涉及工程和过程控制层面。
  很多组织都在致力于努力寻找用户需求的共同点,将精力集中到一个参考体系结构中。与传统的OSI模型相比,这将减少1到3级。NAMUR的功能要求,可以得到对OPA体系结构的支持,并且可以向现有(遗留)设备提供网关。不同之处在于最终能解决方案的轨迹。
  开放组织、ZVEI(德国电气和电子制造商协会)和NAMUR在2017年10月签署了一份谅解备忘录(MOU),共享正在处理的工作文件。目标是共同协作,致力于将标准普遍推广和国际化为IEC标准。多方的努力,都希望可以推动标准化进程从量变到达质变。
  OPA带来的收益
  埃克森美孚研究和工程的副总裁Kenny Warren说, OPA可以为用户和自动化供应商带来收益。
  对于最终用户,OPA带来的好处包括:
  ●支持控制系统应用程序的复用;
  ●提高价值创造;
  ●实现持续创新;
  ●解决系统集成问题;
  ●安全可靠和本质安全;
  ●有保障的员工队伍和降低总拥有成本(TCO);
  ●对于供应商来说,OPA带来的好处包括:
  ●在与现有客户保持联系的同时,接触新市场和客户;
  ●创造新的商品和服务;
  ●通过增加利润率和降低成本来扩大盈利。
  这些对埃克森美孚和其它支持开放组织的公司来讲很重要,因为测试和试验将改进数据的获取和分析。他们可以运营赚钱的业务,并提供全球一致的方式、持久、历久而保持透明。
  用开放的方式替换一个封闭的层,会拓宽提高生产率的途径。当今行业CONTROL ENGINEERING China版权所有,并不像20世纪80年代的硬件定义的体系结构。互联网、 云计算、机器人学、机器学习和人工智能(AI),需要一个基于标准的、开放的、可互操作的数字架构。因为行业正在以更快的速度变化,创新至关重要。(作者:Mark T. Hoske)
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