NAMUR 開放式架構（NOA）

　　過程分析技術（PAT）在化工行業中發揮著重要作用。例如，為了提高效率并從傳統的基于時間的定期維護轉變為基于狀態的優化維護，拜耳集團采用了先進的 NOA 方案，即在不改變現有控制技術的情況下，通過倍福的 CX8110 嵌入式控制器、EL3182 EtherCAT HART 端子模塊和 TwinCAT OPC UA 服務器無縫集成緊湊型邊緣設備來實現這一目標。

　　由嵌入式控制器、HART 端子模塊

　　和 OPC UA 服務器組合打造的緊湊型 NOA 邊緣設備

　　拜耳是一家在醫療保健和營養生命科學領域擁有核心競爭力的國際知名企業。公司致力于通過產品和服務，幫助人們克服全球人口不斷增長和老齡化帶來的重大挑戰，造福人類和地球繁榮發展。拜耳目前在多馬根化工園區（Chempark Dormagen）建有一家生物制劑工廠和六家生產活性藥物成分的工廠，約有 1230 名員工在園區工作。拜耳在該生產基地生產的產品主要包括殺菌劑、除草劑和殺蟲劑使用的 35 種活性成分和 10 種有機中間體，著名產品品牌有殺菌劑 Luna、除草劑 Laudis 和殺蟲劑 Movento。

　　項目團隊：拜耳生產計劃工程師 Roger Rossmann 博士（中）與來自倍福流程工業部門的 Lennart Winkler（左）和 Sebastian Böse（右）

　　通過現場設備監控嚴把產品質量關

　　在生產過程的各個環節進行適當的測評是確保產品質量的重要因素。借助過程分析技術 (PAT) 可以在生產過程中實時在線測評產品質量，直接向生產操作人員提供進一步過程控制相關的反饋信息。在這種情況下，傳統的分析質量測量方法采用的是介質 pH 值測定法。

　　由于 PAT 在生產過程中的質量監控中發揮著重要作用，因此確保其正常運行尤為重要。因此，化工行業在過去已經建立了 PAT 預防性維護機制，通常采用基于時間的定期維護計劃。大量的 PAT 設備可同時提供大量的狀態信息，但這些信息目前在很大程度上仍未得到充分利用。這是因為狀態信息沒有進行標準化處理，需要完成大量的數據編譯前期準備工作。換句話說，借助標準化的狀態信息，就有機會將基于時間的定期維護轉變為基于狀態的優化維護，從而進一步提高 PAT 的運行效率。

　　倍福 CX8110 嵌入式控制器后插接了 EL3182 EtherCAT 模擬量輸入端子模塊，以連接 HART 現場設備

　　NOA 可為已有過程裝置帶來優勢

　　從現場設備中提取更多的實時數據或狀態信息是一項特殊的挑戰，尤其是在已有的過程裝置中。目前，現有的自動化結構幾乎只能記錄與過程控制相關的測量數據，并不打算通過集成新技術來改變。這也是流程工業自動化技術用戶協會（NAMUR）開發 NAMUR 開放式架構（NOA）的初衷。NAMUR 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。重點是要包含設備狀態或過程質量信息的循環參數。

　　過程自動化領域涉及到的協議和通信技術種類非常多。倍福項目團隊（由拜耳生產計劃工程師 Roger Rossmann 博士、來自倍福流程工業部門的 Lennart Winkler 和 Sebastian Böse 組成）決定使用 HART 協議初步實現拜耳的 NOA 方案。這個決定為項目帶來了三大明顯優勢：

　　協議應用范圍廣泛，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

　　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

　　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。其功能可分為三個部分：

　　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

　　必須由邊緣設備發送命令，才能通過 HART 協議讀取實時數據。待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。

　　此時存儲在 PLC 中的實時數據必須能夠提供用于下一個步驟中的進一步分析。因此，NAMUR 推薦使用 OPC UA。倍福產品系列種類豐富，包括 TwinCAT OPC UA 服務器。它以存儲的信息模型為基礎，直接填充 PLC 中的實時數據。該信息模型基于過程自動化設備信息模型（PA-DIM），并通過 PAT 現場設備的實時數據進行擴展。此外，用戶也可以定制該信息模型，以包含更多參數。可以根據檢測到的現場設備類型自動移除或添加每個 OPC UA 節點。

　　由于嵌入式控制器和 EtherCAT 端子模塊組成的解決方案非常緊湊，因此 NOA 方案也可在安裝空間極小的系統中實施。

　　解決方案易于實施

　　Roger Rossmann 博士認為，倍福解決方案具有易于實施的特點。他還表示：“用于獲取標準化生命周期數據的庫管理方法不僅是開放式的，而且倍福正在對其進行進一步的開發。從長遠來看，倍福解決方案的優勢還包括它能夠自動檢測現場設備的變化，即無需重新進行參數設置。最值得一提的是，邊緣設備易于擴展，因此可以在已有項目中持續進行擴展。防爆 I/O 端子模塊產品系列還允許在符合防爆要求的情況下，使用現場設備的第二個輸出端采集 HART 信息。”

　　關于德國倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術的德資企業，創立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅動者，倍福定義了自動化領域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產的工業 PC、現場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統，可為各個工控領域提供開放式自動化系統和完整的解決方案。經過 40 年的發展和努力，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構，加上全球的合作伙伴，業務遍及 70 多個國家和地區。

　　倍福于 1997 年進入中國市場，中國區總部落戶于上海市北高新產業園區，現有員工 300 人，辦事處遍及國內 30 座大中城市。創新產品和解決方案廣泛應用于風力發電、半導體、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域。

　　公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業以太網于 2014 年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設指南》。作為一家技術驅動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創新，在業內享有“創新引擎”的美譽。倍福基于 PC 的控制技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業通信協議，將 IT 技術、互聯網和自動化技術完美融合在一起，為實現工業 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術基礎。

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