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在過程自動化領域，高效、可靠的生產過程是確保過程裝置經濟運行的先決條件。現代系統方案不僅支持高效的裝置維護，而且還能夠持續優化工藝流程。通過實施 NOA、Ethernet-APL 和 MTP 等前沿技術，倍福能夠為現有及新建系統打造面向未來的解決方案。工業 4.0 和物聯網等方案注重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。

1  通過 NOA 進行過程裝置監測和優化

AMUR 開放式架構（NOA）推薦性規范 NE 175 中描述的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，以監測現場設備和優化過程裝置（監測和優化 — M+O）。現場傳輸的數據類型取決于所使用的現場設備和具體的分析工具。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。

2  NOA 邊緣設備

過程自動化領域涉及到的協議和通信技術種類非常多。倍福選擇使用 HART 協議初步實現了 NOA 方案。該協議的應用范圍非常廣泛，因此被不同制造商的很多現場設備所使用在實際的 4-20 mA 測量值上疊加數字信號，可以傳輸更多數據，例如現場設備的狀態信息此外，通過特殊的饋電隔離器（已成為很多過程裝置自動化結構的一部分），可以輕松打開第二個通道。這意味著與現場設備的連接被分為 4-20 mA 信號、HART 通信和電源電壓，因此，與過程控制系統的現有連接不會被中斷。相應的數據可通過第二通道接收，并用于 M+O。

結構緊湊且可拓展：NOA 邊緣設備

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通過 HART 協議連接兩臺現場設備。嵌入式控制器（如 CX8110）和 TwinCAT 自動化軟件相結合，無需專門開發硬件，即可構建一個模塊化、可擴展的邊緣設備。

邊緣設備具有以下三個主要功能：

·  通過 HART 協議接收實時數據

·  轉換數據

·  為上一級分析工具提供信息

命令必須由邊緣設備發送，才能通過 HART 協議讀取實時數據。讀出的數據以及將這些數據存儲在現場設備中的命令取決于具體的設備類型（pH 值、氧氣、溫度等）和制造商。倍福為此開發了一個用于存儲讀取實時數據所需信息的數據庫。相應的文件會被讀入 TwinCAT，從而實現與數據庫中存儲的所有現場設備的通信。如果有一臺現場設備連接到了邊緣設備，就會自動檢測到該設備，并發送相應的 HART 命令，然后使用存儲的轉換表和 TwinCAT 功能對接收到的數據進行轉換。

NAO 簡介

完整視頻鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/RUQa2YikOsPhHb5iSeTuEw

確保所有過程裝置都能夠順暢地訪問數據依然是過程自動化領域面臨的最大挑戰之一。隨著過程裝置的數量日益龐大，形成了錯綜復雜的互聯互通系統網絡，現場設備中的大量信息往往難以訪問。NAMUR 開放式架構的開發，旨在為來自現場的所有信息提供一個標準化的接口，以便快速、便捷地訪問數據。我們推出的結構緊湊且可擴展的 NOA 邊緣設備能夠優化升級舊系統，并且確保在未來持續高效運行。”

—— Lennart Winkler，倍福流程工業部門

3  Ethernet-APL 助力實現數據全采集

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 等新技術簡化了實施過程。

這種嶄新的通信技術基于 10BASE-T1L 以太網標準，允許電纜最長可以達到 1000 米，傳輸速率為 10 Mbit/s。有了 Ethernet-APL，就可以通過一對線纜（單根以太網）進行供電和傳輸數據。整個防爆危險區域的電源限制由 IEC 60079-47（2-WISE）規范規定。為了簡化安裝工作并提高所在用設備的連接性，項目組還在 TS10186 技術標準中定義了端口規范：除了連接和網段等級信息之外，端口配置文件中還包含了各個設備接口的防爆認證。

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

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。

但在實施過程中，用戶也難免會遇到一些困難和挑戰：需要配備支持 APL 的現場設備，才能立即全面地獲取上述優勢。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。

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

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Ethernet-APL 為用戶帶來了無限可能。如果要快速實施這項技術，就必須能夠將其集成到現有的設備中，而 ELX6233 EtherCAT 端子模塊為用戶提供了實現這一目標所需的靈活性、模塊化、可擴展性和安全性。”

—— Sebastian B?se，倍福流程工業部門

4  TwinCAT MTP 助力實現一致性、模塊化的系統

流程工業的許多領域，例如制藥業，正面臨著一個新的挑戰，即市場的波動性越來越大。企業必須縮短產品研發周期，加快新產品上市時間，并且具備小批量經濟地進行定制化生產的能力。

倍福的 TwinCAT 自動化軟件將不斷提升流程工業領域的裝置模塊化程序

模塊化過程裝置解決方案日益受到青睞，其優勢在于能夠靈活地將模塊重復用于多種不同的應用目的。它涉及到將設備的整個過程分解為各個子過程，并使用模塊進行映射。通過為每個模塊配備獨立的分布式控制器，實現完全的模塊化設計。之后，通過將這些模塊集成到更高級別的控制系統（如 DCS）中，就可以重新映射整個生產過程。因此，開發工作的重點可以從以過程裝置為中心轉移到以模塊為中心，從而可以根據當前的應用需求輕松、靈活地對裝置進行調整。這樣就可以在裝置中添加額外的模塊，并根據需要重新排列或刪除現有模塊。在進行類似修改時，不再需要完全重新編程裝置，因為大部分邏輯都存在于各個模塊中。上一級控制器只是協調模塊及它們所提供的服務，這就是為什么它被描述為流程編制層（POL）。

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

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MTP（模塊類型包）方案的模塊化設計徹底革新了過程裝置的構造方式，具有上市速度快、靈活性更強、小批量經濟生產等優勢。MTP 的標準化接口極大地簡化了專用模塊到流程編制層的即插即用集成過程，確保了各模塊間的無縫協同工作。TwinCAT MTP 提供了一個通過自動生成代碼來輕松開發模塊的環境。這種方法極大地降低了對深入掌握規范細節的依賴。在實際應用中，它簡化了模塊開發工作，并使流程工業領域中的專業人員能夠高效、便捷地利用模塊設計化帶來的優勢。”

—— Laurids Beckhoff，倍福流程工業部門

5  總結

借助 NAMUR 開放式架構和 PA-DIM 技術，流程工業為在上一級分析工具中實現對不同系統結構的標準化和結構化映射奠定了堅實的基礎。這意味著現有過程裝置能夠立即實現數字化轉型，享受包括顯著降低維護成本在內的諸多好處。獨立于 NOA 構建如 PA-DIM 這樣的標準化數據模型無疑也將成為未來一個極具吸引力的議題。例如，系統的不同部分可以整合在網關應用程序中，并以定義好的信息模型方式傳輸給 DCS。因此，DCS 將不再受限于傳感器的過程數據，使得現場設備能夠在不同的制造商之間無縫交換。此外，通過分布式部署控制回路，可以有效減輕 DCS 的負荷，并顯著降低數據通信量。

MTP 方案中也采用了類似的方法，其中，過程裝置采用模塊化結構。每個模塊都配備了自己的控制器，它通過標準化的接口描述集成到自動化架構中。這使得 MTP 能夠依據市場需求的變化改變所使用的模塊，靈活調整生產流程。當系統發生故障時，也可以快速、輕松地更換單個模塊，從而減少設備停機時間。

在將 Ethernet-APL 集成到倍福產品系列中時，也繼續采用了模塊化方法。我們摒棄了傳統的大型現場交換機，而是采用緊湊型 EtherCAT 端子模塊集成 APL 現場設備。這些端子模塊可與其它端子模塊靈活組合，例如用于與數字傳感器通信。與控制器的直接集成也為網關或邊緣應用開辟了更多可能性。在倍福的支持下，Ethernet-APL 和 NOA 已成功實現了無縫融合。

提升過程裝置的可靠性、效率與靈活性是實現裝置最優化運行的關鍵。這需要創新的數字技術。即便是在錯綜復雜的過程裝置中，現場設備數據也必須快速且完整地傳輸，確保實現無縫監控和持續的過程優化。系統還可以采用模塊化設計，以便企業能夠靈活應對不斷變化的市場需求。通過倍福基于 PC 的控制技術以及我們針對 NOA、Ethernet-APL 和 MTP 精心打造的產品和解決方案，您不僅能夠輕松應對各項要求，還能實現過程裝置的自動化，確保其在未來發展中保持領先地位。”

—— Franziska Rostan，倍福流程工業部門