走向自我组装机自动化系统移动

不断发展的PLC和PAC平台，网络和编程方法导致自组装机自动化系统，降低风险和用户整合力度。

基思·麦克纳布 2020年6月30日

礼貌：艾默生

学习目标

基于PLC和pac的自动化正在向自我组装的机器自动化系统应用发展，允许模块化的子系统被集成到一个整体系统中。
模块型封装（MTP）和机器作为-一个对象（玛奥）ELEVATE原始数据和基本功能到情境信息和能力。

工厂自动化和过程往往是通过集成许多更小的机器或设备子系统，需要显著的系统集成工作，并定制所创建的。多年以来，用户都需要的一种更好的方法来简化这一集成工作，节约资金，降低风险。自动化自组装不断增加，硬件，通信和软件的进步正在简化系统集成和减少时间从工程设计到生产效率。

虽然机器自动化产品和做法，随着时间的推移改善，但仍存在障碍实现整合。很多时候，硬件，通信协议和软件编程都依赖于不兼容的技术，阻碍了系统集成工作。在最困难的情况下，实现各种设备之间的互操作性成为了一个极其复杂，昂贵和费时的项目。

幸运的是，情况有所改善。即使是针对特定任务的硬件，如可编程逻辑控制器(PLCs)和可编程自动化控制器(PACs)，模块化编程的努力也得到了关注。网络方法和协议已经发展到提供可理解的信息交换。在这些发展的基础上，基于PLC和pac的自动化技术正在向自我组装的机器自动化系统应用发展，允许模块子系统很容易地集成到整个系统中。

图1：在自动化设备用现代产品和实践的发展，它可以集成到以下称为自组装的概念监控系统。礼貌：艾默生

什么是自动化自组装?

所有类型的制造设施通常包括各种自动化子系统。一个典型的饮料生产商可能有：

散装原料储罐
混合和加工垫木
瓶填料
物料搬运输送机
包装设备
水过滤系统
蒸汽和压缩空气公用事业。

其他行业可能使用设备的组合，但一般有任何生产设施许多专门的供应商。最终用户往往更集中于机械设备的互操作性和性能。他们可能会觉得不实际或不可能强制要求相关的PLC和PAC控制平台中的均匀性的某一水平。因此，包装设备供应商最终会提供各种自动化系统，运用不同的做法编程。一些这些元件的甚至可以固定且不可触及知识产权或操作性能的原因。

每个这些包装设备“岛”的将有它自己的和经常唯一的控制器，输入/输出（I / O），仪表，和人机接口（HMI）的元件（图1）。这些将有可能需要与上游设备，下游设备，对等系统和监控系统的一些组合进行交互。

事实上，许多终端用户更喜欢子系统PLCs和PACs被更大的整体控制平台监督甚至编排。系统集成是协调这些交互作用的工作。毫不奇怪，将不同的系统集成到一个内聚的整体是非常困难的。

但是，如果每个子系统可以定义可用的数据和功能，然后暴露这些属性与其它系统，它将使系统集成工作更加高效。这种能力可以被称为自组装，这导致更简单，成本更低和更快实现。

图2：包括语义允许接收系统，以便从发送系统解释数据并接收更新的通知的数据结构。礼貌：艾默生

自动化系统集成进化

基本自组装可能需要子系统PLC或PAC配置，其被手动地导入到监控平台的一个出口。在更先进的情况下，可以子系统自宣布（或发布）它的功能能够在一种响应的监控系统。这可能甚至通过改变事件通知动态地发生。

自组装依赖于几个基本特征。PLC和PAC平台和做法以及多年的进化路径改进，并已获得了许多必要的能力，包括：

PLC、PAC和网络硬件获得了足够的能力来实现编程和数据模块化、可重用性和通信。
网络协议模型中加入这样的数据可以在上下文中进行传输。
系统级的模块化配置概念利用了以往的开发，使自组装成为可能。

以下各节探讨如何每个阶段逐步实现支持工业自动化的自组装的目标。

PLC，PAC和边缘控制积木提高了系统集成

PLC的是原始的大规模生产数码工业自动化平台。最早的模型中使用的基本的梯形逻辑和是因供应商专有的。编程在最坏的情况最好复制并粘贴或重写所需的每一个新项目。一些PLC的最终获取了封装经常使用的程序的能力。

随着这些自动化平台获得更多的特性，供应商开始将它们指定为pac。pac包含了更好的条款，用于创建特定于用户定义和原始设备制造商(OEM)的基于库的对象，可以对其进行配置，以保护知识产权并帮助保证性能。

边缘控制器已成为可用的最近几年。他们合并PAC功能与PC一样的计算功能，更多的信息技术（IT）友好的处理和网络相结合的操作技术（OT）确定性的控制。

共享数据库的概念使多种控制元素更容易交互，如plc、PACs、边缘控制器、HMIs和运动控制系统。自动化系统也变得更容易使用和更强大，并获得了一些类似于商业系统中用于促进代码创建、使用、改进和重用的面向对象编程(OOP)的概念。然而，逻辑和数据处理的进展仍然主要集中在机器自动化水平上。

图3：NAMUR模块型封装标准定义了需要暴露这样的自动化设备自动化的方面可以容易地自组装成一个监控系统。礼貌：艾默生

用于工业自动化的以太网使用

为了连接plc、PACs、边缘控制器、HMIs和其他机器自动化元件，以太网已经成为媒介的选择。当然，仍然有一些用例，如运动控制或危险地点，在这些地方更专业的工业现场总线提供了性能优势。不过，对于大多数厂内情况，以太网提供了从基本数据传输到全面信息交换所需的基本网络性能。

许多协议可用于工业以太网应用。其中一些传输原始数据，并需要对发送和接收系统进行广泛的用户规划，以处理缩放、除垢、标签分组和轮询率。

更高级的协议 - 如OPC UA-包括引用、变量、对象和数据类型，允许终端用户使用语义来制定信息模型。语义通过上下文增强原始数据，包括描述性和伸缩性信息，支持创建可被系统组件理解的面向对象信息。信息模型还能够通知信息的接收者(客户端)它的存在以及是否发生了结构或语义的更改。

例如，当泵型PLC程序实例化时，发现服务可以通知新的泵对象存在客户端系统和在哪里可以找到它。泵对象可以包括用于运行状态，速度指令数据的标签，并且入口/出口的温度和压力（图2）。如果轴承温度标签稍后添加到所述泵，所述数据结构可以被更新，并通知客户端系统。

使用语义，接收系统可以自动解释来自原始系统的数据。机器自动化系统可以用同一种语言有效地相互交谈。

对于供应商，制造机器作为-的对象利益

为逻辑，数据，和封装前述进步已经是必要的前体用于实现一种总体机器作为-一个对象（玛奥）的概念。当使用玛奥实践的供应商配置他们的设备，他们被封装机器自动化系统，因此它可以宣布自己和自我组装成其他系统。

行业标准，如NAMUR模块型封装（MTP）已经在升降模块化和封装系统的概念（图3）的工具。MTP识别自动化的某些方面，并指出它们是如何暴露与外界或监控系统的相互作用。当基于MTP-自动化设备被附接到一个监控系统，该系统可以了解设备作为功能性机器对象。

MTP提供了一种方法为开发人员识别和定义可用的设备功能，以及如何调用它。所有必要的数据标签暴露在上下文指挥，监控，报警和诊断子系统。即使是HMI显示可通过子系统供应商开发和进口到监控系统。

使用MTP配置的机器可包含供内部使用显著逻辑和数据标签。然而，监控系统可以访问需要的正是高级别操作。例如，一个打包的PLC控制的混合罐子系统可以使用MTP一个监控系统集成。该监控系统可以调用的填充，混合和引流周期。那么这台机器的自动化系统将处理时间的详细信息，打开和关闭阀门，操作混频器和生成状态和报警标签。

走向自我组装机自动化路径

工业自动化的发展一直领先朝着更集成的系统，像MTP和玛奥概念提升原始数据和基本功能到情境化的信息和功能。前瞻性公司正在确保他们的PLC，PAC的，边缘控制器，软件和网络平台已准备好自组装，为最终用户提供组装的能力，并使用模块化子系统重新配置生产工厂。

基思·麦克纳布技术是产品经理，艾默生。由克里斯·Vavra主编，副主编，必赢亚洲平台，CFE媒体和技术，cvavra@cfemedia.com。