跟上自动化发展步伐：开放式机器控制平台

本文图片来源：艾默生

采用开放、灵活的自动化平台，有助于OEM厂商和最终用户应对传统生产所面临的挑战，同时还可以解决供应链、劳动力短缺和网络安全等新问题。

原始设备制造商（OEM）、机器制造商及其所服务的最终用户所面临的传统挑战，通常涉及最大限度地提高生产率、质量和正常运行时间。虽然这些基本关注点仍然重要，但还有其他重要的外部问题日益影响着OEM厂商和他们的客户。供应链的稀缺性、熟练劳动力的短缺和对网络安全的担忧，日益影响着OEM厂商如何供应他们的设备，以及最终用户的需求。

在过去几年里，解决所有这些问题所需的技术和功能，可能只在一些旗舰控制器中提供，但现在自动化的选项已经大大的扩展。现代自动化选项，包括适用于所有机器类型的高性能紧凑型控制器，可以帮助OEM厂商和最终用户有效解决问题。

现代灵活的自动化平台，使其能够继续满足典型的机器控制需求，同时应用最新的创新技术，如不断发展的工业物联网（IIoT）功能，为应对当前商业环境中所面临的最新挑战提供了新的选择。采用这些先进技术，有助于OEM厂商和最终用户在改善合作关系的同时应对诸多挑战。

01 适应和克服供应链的限制

供应链问题给设计和机器运营带来了挑战。在设计时，开发人员可能会发现很难找到各种组件和智能设备的供应商。一旦投入生产，由于材料来源的变化和制造需求的变更，可能需要迅速更换部件，否则生产就会中断。

当设计师选择基于开放硬件、软件和通信标准的自动化平台时，最好将灵活性集成到机器控制中（图2）。

▲当机器自动化架构构建在支持集成交换的千兆以太网的平台上，并且具有开放标准和协议的本地支持以及现代编程功能时，可以实现紧密的协调。

这将创建更开放的系统，并允许在供应链出问题时替换组件，例如包括：

• 配置千兆以太网和集成以太网交换机的设备。
• 提供IEC 61131和更现代编程语言的开发环境。
• 支持基于开放标准的工业协议，如安全的OPC UA、Profinet、Modbus TCP、IO Link和DNP3。

一个开放平台如果具有配置了通用工具集的可扩展运行环境，可以为设计人员提供选择最适合的设备以满足需求的灵活性。机器启动并运行后，这些功能可以帮助设计者实时更改，以优化运营，降低风险，并提高竞争力。

02 匹配劳动力技能与编程方法

虽然传统的IEC 61131工业编程语言仍然重要，但随着下一代工人进入工程和维护人员队伍，这一些都正在发生转变。新员工可能更熟悉现代编程语言，如C/C++和Python。高级应用程序，如利用机器学习（ML）或人工智能（AI）的数据聚合和分析，最好用这些语言实现。

其它最新的编程方法，包括利用可移植代码库，促进了可重用、可扩展和可维护的编码实践。基于标记的编程、用户自定义的数据类型（UDT）和功能块（UDFB），利用常见的自动化工具集和广泛的内置函数库来实现，可以轻松实现代码标准化、快速部署并降低风险。

03 构建能够抵御网络攻击的自动化系统

随着自动化平台变得更智能，与更高级别的系统和互联网的连接越来越多，网络安全问题变得至关重要。为了降低网络攻击的风险并提供适当的保护，每一层都必须内置安全性，包括：

■ 产品供应链（使用工具来验证产品是否被篡改、产品组件的可追溯性）；

■ 硬件引导系统；

■ 核心操作系统服务；

■ 软件应用；

■ 通信和网络。

现代自动化平台的一个关键特征是开放式连接。然而，只有在设计时考虑完整的安全性作为补充时，开放连接才是最有效的。

04 跟上自动化发展的步伐

传统的可编程逻辑控制器（PLC）和可编程自动化控制器（PAC）技术已经很成熟，但它们仍然是必不可少的，虽然新技术不断出现，也不会改变解决自动化问题的基本方法。然而，并不是所有的新技术都能经受住时间的考验。OEM和最终用户可能会纠结于如何最好地利用现有资源，而不必总是担心过时。

想要跟上这一发展步伐，最可靠的方法是与供应商合作，他们可以提供完整的自动化产品组合，包括PLC和PAC，并扩展到边缘网关、边缘控制器和边缘工业PC（图3）。使用基于开放通信的协调控制和计算软件，能够支持OEM厂商和最终用户所需的数据标准化、分析、协议转换和连接计划。

▲艾默生的CPL410边缘控制器是广泛的硬件和软件组合的一部分，使OEM厂商和最终用户能够创建可扩展到任何规模的自动化解决方案。

使用这些组件，设计师可以部署新机器，并在传统的自动化孤岛之间架起桥梁。适应性连接有两个重要方面。首先，支持OPC UA和其它以太网工业协议，使机器之间以及与监控系统之间的通信变得更容易。其次，对于具有更大的、全厂分布式控制系统（DCS）的过程工厂，支持NAMUR开放标准模块成套设备（MTP），这意味着机器——无论是通过PLC、PAC还是边缘控制器实现自动化——都可与DCS集成。这是混合以及过程行业对设备的常见要求。

05 促进OEM与最终用户的合作

开放和安全的自动化，可以帮助OEM和最终用户并使其更好地相互合作。它将OEM厂商从单纯的机器销售，提升到提供一系列有价值的服务。它还加快了最终用户优化和协调所有运营的努力，同时扩展了支持选项。

采用现代机器控制平台的OEM厂商，可以向其客户提供先进的IIoT解决方案，使双方能够使用实时数据监控和支持设备，并应用基于分析的优化。OEM厂商还能够提供无需工具的快速应用部署、标准化设备调整以及安全的远程固件更新。本地通信的身份验证和加密，可确保这些活动保持安全。集成的知识产权锁，有助于OEM厂商部署其最先进的产品。

最终用户可以轻松的访问其宝贵的运营数据，并通过安全的IIoT连接了解到其OEM厂商可以确保机器以最佳效率运行。许多用户发现，如果将机器配置为独立的“孤岛”，它们就无法提供完整的功能或价值，而且通常很难集成诸多不同品牌和型号。现代机器控制平台使用基于开放标准的通信和MTP等功能，使最终用户能够集成不同的机器和子系统以获得更全面的运营视图和见解。

06 实现更强大的机器控制

对于机器控制来说，仅仅关注每台机器的生产、质量和正常运行时间等传统因素，已经不够了。OEM厂商及其最终用户客户面临着与供应链中断、招聘和留住合格人员以及防御网络攻击有关的其它外部压力。

采用现代自动化平台和技术，包括高性能紧凑型控制器，结合广泛的本地开放连接支持、现代编程能力和内置安全性。这有助于OEM和最终用户克服诸多挑战。他们还能够通过创建新的工作模式来实现全厂范围的高效集成、ML 和 AI 技术的实施以及改进的远程支持，从而为未来的挑战做好准备。