开放自动化:可互操作的下一代自动化平台

作者 | Louis Arone

开放自动化可以帮助制造企业创建智能工厂，并为用户的日常活动带来更多的自由度和灵活性。

专注于可编程逻辑控制器（PLC）和分布式控制系统（DCS）领域的企业和工程师，可能没有意识到工厂即将发生的变化，也可能没有为未来的变化做好准备。在DCS领域，有一些大型的客户提出希望过程控制领域能够开发自动化标准，以求做得更好。这些标准将软件与硬件分开，消除自动化的专有性质。他们并不是唯一提出这个要求的。

虽然自动化存在许多技术缺陷，但开放自动化（Universal Automation）可能会为推动行业向前发展提供基础性的一步。开放自动化是一项基于IEC 61499的互操作性和可移植性标准的颠覆性技术，通过解决行业最大的创新挑战之一——单一供应商锁定，将硬件和软件解耦。



▲图1:开放自动化兼容设备包括运行在变频器中的ATV dPAC控制器、M251 dPAC中性能控制器、具有可扩展I/O的M580 dPAC高性能控制器，以及集成灵活的Soft dPAC虚拟PLC和边缘计算。

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未来的智能工厂

企业和用户需要思考：他们对未来5到10年后智能工厂的愿景。设备将如何连接？企业将会与生产专有产品的供应商打交道，还是与生产开放硬件的供应商合作？

不难想象，在不久的将来，工厂车间的所有设备和仪器可能都会通过以太网连接起来。如果所有这些设备都连接在一起，而且它们都是智能的，为什么它们不能相互通信呢？这种连接即将到来，被称为边缘控制。

在DCS领域呼吁开放过程控制和取消专有控制时，在PLC领域则很少听到这方面的讨论。在PLC领域，程序员使用IEC 61131语言已有20多年的历史。有些制造商比其它制造商采用的更多，但没有一家制造商能够用其软件编辑另一家供应商的PLC。正在开发的代码都不能移植到另一个制造商的系统中，这也就造成了当今PLC领域的专有性质。但为什么要这样呢？专有技术阻碍了创新，减缓了技术进步，限制了客户的选择。

2005年制定的另一个标准是IEC 61499。它扩展了IEC 61131-3，改进了软件组件的封装以提高可重用性，提供了独立于供应商的格式，并简化了对控制器到控制器通信的支持。其分发功能和对动态重新配置的支持，为工业 4.0和工业物联网（IIoT）应用提供了所需的基础设施。

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开放自动化正在成为面向工厂车间的标准

有一批最终用户和制造商加入了IEC 61499和开放自动化组织（UniversalAutomation.org），这是一个独立的、非营利的用户和供应商协会，管理基于IEC 61499标准的共享源代码执行引擎的实现。这个层次的共享技术，为便携式、可互操作的“即插即用”解决方案的生态系统提供了基础，并在工业自动化中创造了一个新的类别。

为什么这很重要？这是解耦硬件和软件连接的重要一步。通过开放自动化，任何基于IEC 61499的供应商控制软件均能够在任何开放自动化硬件上运行。这样最终用户就可以在工厂车间选择与其应用相匹配的同类最佳产品。



▲图2：现场工程师可使用增强现实（AR）、远程监控和预测性维护等数字化工具来提高能源效率、可持续性和节约成本。

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Ethernet-APL有助于现场仪表通信

具有高级物理层的以太网（Ethernet-APL）可以实现更长的电缆、本质安全的防爆和以太网供电（双线）。Ethernet-APL基于IEEE和IEC标准，支持任何基于以太网的自动化协议，并将其发展成为过程自动化领域单一、长期稳定的技术。该以太网标准是专门为制造和过程行业制定的，旨在加快将以太网通信扩展到现场仪表的速度。

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智能设备扩展工业数据流

现场设备和仪器将越来越智能。几年前，智能负载管理设备问世，它是一组由单个以太网连接控制的智能电机启动器和接触器。在没有控制线或辅助触点的情况下，用户可以访问每个接触器的分析数据，以帮助企业进行预测性维护和过程分析。现在，智能设备在各种仪器上无处不在。

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边缘控制

当所有这些结合在一起时，企业开始形成对工厂车间未来的愿景——一个软件与硬件解耦的非专有世界。控制软件将可以像您现在一样进行编程，并能够将控制算法发送到边缘的智能设备。所有边缘设备都将通过以太网连接，代码可移植。得益于开放自动化标准，无论制造商是哪家，最终用户都可以选择一流的产品。

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可互操作的下一代自动化平台

下一代自动化平台的软件建立在开放自动化概念和IEC 61499的基础上，以实现更高效的智能工厂。控制器为边缘提供分布式体系结构。软件中的控制算法，可以部署到各种控制器和兼容的开放自动化合作伙伴的I/O设备上，例如在变频器内运行的控制器、具有可扩展I/O的中高性能控制器、虚拟PLC和边缘计算。

随着自动化领域不断从以硬件为中心的系统转向以软件为中心的体系，制造企业需要创新的开发工具和产品来满足新的需求。连接性、边缘控制、云中数据、网络安全、分布式控制和数字孪生等需求将推动工厂自动化的变革。开放自动化是实现单一工厂车间标准的良好开端，用户将从中受益。

关键概念：

■ 向智能工厂的转变以及过程制造商面临的挑战

■ IEC 61499和IEC 61131-3如何影响开放自动化

■ Ethernet-APL和边缘设备等将如何改善用户的智能化

思考一下：

您为智能工厂做了哪些准备？