基于 PC 的控制技术助力将 NOA
和 Ethernet-APL 集成到过程控制中
流程工业需要紧跟数字化转型趋势，但规模庞大的过程工程系统需要满足一些特殊要求。NAMUR 开放式架构（NOA）和新的 Ethernet-APL 通信技术可用于快速高效地实施合适的解决方案。有了倍福 NOA 边缘设备和 ELX6233 EtherCAT 端子模块，现在就可以通过现有的控制技术实现这一目标。
工业 4.0 和物联网等方案的基础是收集过程装置的所有运行数据，并将其提供给各种应用。分析工具会对这些数据进行评估，例如，可以及早识别现场设备的故障等。这些数据还可用于优化工作流程和提高生产效率。然而，在现有装置中实施物联网方案尤其具有挑战性，因为现有的自动化架构无法采集现场设备中的所需信息。
通过 NAMUR 开放式架构（NOA），可以在不改变现有控制技术的情况下实现流程工业数字化转型。
NAMUR 因此开发了 NAMUR 开放式架构（NOA）。该方案在不改变现有控制系统的情况下扩展自动化架构。因此，NOA 的核心任务是提供从现场层到更高层级应用的信息，以监测和优化过程装置（M+O）。挑战在于，现场设备的接口因制造商和类型的不同而各异。这里的重点是需要循环读出的参数，这些参数包含设备状态或过程质量信息。
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针对 NOA 的边缘设备
倍福专门开发了一款 NOA 边缘设备，用于读取更高层级的 M+O 的附加运行数据。它由一台紧凑型嵌入式控制器、具有 HART 功能的 EtherCAT 端子模块以及相应的 TwinCAT 项目组成，可直接安装在装置中或控制室内。现场设备通过由信号隔离器的第二个通道与边缘设备连接。通过 HART 协议，可以向现场设备发送所需的命令，并读出附加数据。数据在边缘设备内转换、编译和结构化。然后在 OPC UA 服务器上填写存储的信息模型。该模型通常基于 PA-DIM，但也可以定制。
NOA 方案尤其在已有项目方面具有很大的潜力。现有过程装置需要通过改造或升级来适应未来需求：只需对装置进行监测和优化，而无需改变当前的过程控制方法，就能降低成本，提高产出。如果除了采集现有现场设备中的数据之外，还需要通过额外的传感器获取诊断数据，例如振动或温度测量数据，则适合使用可直接安装在现场设备上的防护等级高达 IP67 的 EP 系列 I/O 端子盒。一个模块可连接多个传感器，信号通过一根电缆集体传输给边缘设备。这种型号既能减少电缆布线的工作量，又能节省控制柜内的安装空间。
Ethernet-APL 现场设备可以通过结构紧凑、具有双通道通信接口的 ELX6233 端子模块集成到控制架构中。
NOA 方案还可为新建项目带来优势：在过程装置规划阶段就可以安装更多监测传感器，为监测和优化提供更多数据。Ethernet-APL 等新技术使这一目标更容易实现。Ethernet-APL 方案旨在基于以太网实现过程装置的整个通信过程：从现场级到上位控制系统。它不仅注重纯过程数据，而且更注重现场设备的状态信息。其传输速率比现场总线系统高，因此允许使用网络服务器进行参数设置或直接从现场设备下载数据表或证书。
但用户在实施过程中也会遇到一些困难和挑战：需要有支持 APL 的现场设备，才能立即全面获取上述优势。然而，由于这项技术仍处于早期阶段，市场上还没有大量这样的产品。现有的过程装置中也缺少空间再安装交换机等其它基础组件。如果要将基于以太网的通信技术应用到现场层，还需要针对 IT 和 OT 安全制定新的功能和策略。
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通过 EtherCAT 端子模块
无缝集成 Ethernet-APL
用户如何才能将 Ethernet-APL 集成到其过程装置中？并从其目前提供的众多优势中获益？一种解决方案是将新技术与 HART 协议等成熟标准相结合。通过这种方式，可以借助新的 APL 设备逐步实现现有的过程装置的数字化转型，消除完全转换的障碍。倍福因此将 Ethernet-APL 技术集成到端子模块中：ELX6233 EtherCAT 端子模块为 Ethernet-APL 提供了一个双通道通信接口。与传统的现场交换机方案相反，它为集成 APL 现场设备提供了另一种选择。模块化系统让用户能够在控制柜中安装所需数量的 Ethernet-APL 通道，从而节省宝贵的空间，并实现应用的灵活扩展。
ELX6233 的可扩展性为在小型测试装置和大型过程装置中集成 Ethernet-APL 现场设备提供了高效的解决方案。作为 EtherCAT 端子模块系统的一部分，ELX6233 可以与其它数字量和模拟量 I/O 结合使用，因此除了 Ethernet-APL 之外，还可以集成标准电气信号或通信协议。在数字化转型方面，尤其是与 CX 嵌入式控制器的直接连接还可带来一系列优势：例如，网关应用可以处理来自现场设备的数据，并在过滤完这些数据后进行进一步共享。
与倍福产品系列中的很多 EtherCAT 端子模块一样，ELX6233 也可以安装在防爆区 2 区，并允许连接防爆区 0 区的 Ethernet-APL 现场设备。接口符合 IEC 60079-47 标准，并遵循 SPAA 端口规范。
如上所述，Ethernet-APL 还会在 IT 和 OT 安全方面带来进一步挑战。与许多 PROFINET 架构不同，控制器直接位于 EtherCAT 端子模块中，而不是上位控制器中。由于各个端口和协议分离，其数据安全性也远远高于传统的交换式网络。此外，与其它现场总线相比，EtherCAT 可以让过程映像的数据大小变得更紧凑，因此能够显著缩短周期时间，提升设备性能。
Ethernet-APL 为用户带来了很多可能性。若要快速实施这项技术，就必须将其集成到已安装的设备中。ELX6233 EtherCAT 端子模块可为用户提供所需的灵活性、模块化设计、可扩展性以及安全性。
关于德国倍福
倍福（Beckhoff）是一家专注于自动化新技术的德资企业，创立于 1980 年，总部位于德国威尔市。作为全球自动化技术的驱动者，倍福定义了自动化领域的许多标准，是国际标准的制定者和推动者。公司所生产的工业 PC、现场总线模块、驱动产品和 TwinCAT 自动化软件构成了一套完整的、相互兼容的控制系统，可为各个工控领域提供开放式自动化系统和完整的解决方案。经过 40 年的发展和努力，倍福已在世界各地设立 30 多家分支机构，加上全球的合作伙伴，业务遍及 70 多个国家和地区。
倍福于 1997 年进入中国市场，中国区总部落户于上海市北高新产业园区，现有员工 300 人，办事处遍及国内 30 座大中城市。创新产品和解决方案广泛应用于风力发电、半导体、光伏太阳能、电子制造、金属加工、包装机械、印刷机械、塑料加工、轮胎加工、木材加工、玻璃机械、物流输送以及楼宇自动化等众多领域。
公司倾力推广的 EtherCAT 实时工业以太网于 2014 年成为中国国家推荐性标准，并已入编工信部的《国家智能制造标准体系建设指南》。作为一家技术驱动型公司，倍福一直注重在技术上寻求突破创新，在业内享有“创新引擎”的美誉。倍福基于 PC 的控制技术具有良好的开放性，它支持所有主流的工业通信协议，将 IT 技术、互联网和自动化技术完美融合在一起，为实现工业 4.0 和智能制造奠定了坚实的技术基础。
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