最近幾年，傳統(tǒng)自動化技術(shù)與it技術(shù)加速了融合的進(jìn)程，IT技術(shù)快速進(jìn)入工業(yè)自動化系統(tǒng)的各個層面，改變了自動化系統(tǒng)長期以來不能與IT技術(shù)同步增長的局面。菲尼克斯電氣公司順應(yīng)市場，抓住機(jī)遇，不斷創(chuàng)新，推出了IT-Powered Automation (IT動力自動化)系統(tǒng)，從而推動了工業(yè)自動化系統(tǒng)的快速發(fā)展?；贗nternet技術(shù)的IT包括：Windows, PC, Ethernet, Web Technology, Wireless和Security等技術(shù)，其中的每一項技術(shù)都推動著工業(yè)自動化系統(tǒng)新的發(fā)展趨勢。
趨勢1 從集中自動化到分布式自動化：
傳統(tǒng)的工業(yè)自動化系統(tǒng)都采用具有集中運(yùn)算能力的中央控制器，按照傳統(tǒng)的軟件技術(shù)，軟件程序是面向過程的，編制面向過程的程序十分復(fù)雜，需要做大量程序編制的開發(fā)工作；與此同時，還要編寫現(xiàn)場設(shè)備與控制系統(tǒng)、管理層的通信程序。
微軟公司的Windows平臺提供了COM/DCOM技術(shù)，為實現(xiàn)分布式自動化提供了技術(shù)基礎(chǔ)。COM提供了一種軟件架構(gòu)，它是可復(fù)用的二進(jìn)制軟件組件，它們之間可以相互通信并共享數(shù)據(jù)。一個完整的應(yīng)用軟件可以用這些組件適當(dāng)?shù)亟M合而成。DCOM可以使COM組件分布在不同的計算機(jī)上，并通過網(wǎng)絡(luò)相互連接，相互交換數(shù)據(jù)，就像在本地一樣。這樣一來，系統(tǒng)應(yīng)該允許程序不一定集中常駐在單個硬件設(shè)備中，允許軟件對象模塊分散于不同的硬件設(shè)備中，這些對象模塊通過網(wǎng)絡(luò)通信方式互相連接，構(gòu)成一個完整的應(yīng)用控制程序。這就意味著分布式設(shè)備、工具和應(yīng)用所具備的性能起著與集中式應(yīng)用一樣的作用，因而系統(tǒng)中的所有對象和數(shù)據(jù)在任何時間都能被任何設(shè)備訪問。分布式自動化的實現(xiàn)如圖1所示。分布式自動化大大提高了系統(tǒng)的開放性、一致性和適用性，使系統(tǒng)具有統(tǒng)一的工程和數(shù)據(jù)模型，從而大大降低了工程項目從系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)集成、交付投運(yùn)、開車運(yùn)行直至技術(shù)維護(hù)階段的成本。
菲尼克斯電氣公司AUTOMATIONWORX系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，它利用INTERBUS現(xiàn)場總線和PROFINET工業(yè)實時以太網(wǎng)，將分布在現(xiàn)場的若干個設(shè)備、小系統(tǒng)以及控制/監(jiān)視設(shè)備連接起來，所有設(shè)備一起運(yùn)作，共同完成工業(yè)生產(chǎn)過程和操作中的測量和控制任務(wù)。正因為這樣，AUTOMATIONWORX系統(tǒng)完全符合IEC 61499體系結(jié)構(gòu)參考模型，AUTOMATIONWORX系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)程分布在一個設(shè)備或一組設(shè)備，這些設(shè)備通過通信網(wǎng)絡(luò)(如Interbus、 Profinet、無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙等)實現(xiàn)互連，分布式應(yīng)用進(jìn)程共同完成對過程對象的監(jiān)控。由此可見，AUTOMATIONWORX系統(tǒng)完全面向應(yīng)用工程師，它利用標(biāo)準(zhǔn)的、開放的、分布的、可重用的組件塊，通過一種明晰的、易于實現(xiàn)的鏈接關(guān)系連接起來，有機(jī)地組成不同的系統(tǒng)，以滿足各種不同工程應(yīng)用的需要。
趨勢2 基于PC的自動化
早期的PC機(jī)產(chǎn)生于辦公自動化，不能適用于惡劣的工作環(huán)境，所以工業(yè)自動化系統(tǒng)都選用軍品級Motorola處理機(jī)，以及使用Motorola芯片的專用工控機(jī)，直到現(xiàn)在很多公司PLC控制器仍保留使用M68系列的CPU芯片。隨著技術(shù)快速發(fā)展，Intel微處理器和PC機(jī)性能不斷提高，在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，特別是PC的高效率和對硬件與軟件幾乎是無限制的開放，以PC為基礎(chǔ)的共存標(biāo)準(zhǔn)十分豐富，使得PC在自動化領(lǐng)域的應(yīng)用將以每年約20%的速度迅猛增長,見圖2所示，2012年P(guān)C應(yīng)用在市場的占有率將達(dá)到30%或更多。
用于工業(yè)現(xiàn)場的PC稱為工業(yè)PC，它具有高穩(wěn)定性和高可靠性，配有專用鍵盤，緊急制動，一般不安裝帶有可移動部件的驅(qū)動器，同時使用機(jī)罩進(jìn)行保護(hù)?；赑C自動化系統(tǒng)的典型配置是在工業(yè)PC中插入一個現(xiàn)場總線通信卡，通過現(xiàn)場總線與現(xiàn)場的各類I/O模塊、控制模塊相連就可以存取現(xiàn)場的所有數(shù)據(jù)，或通過智能外圍設(shè)備處理過程數(shù)據(jù)，以完成傳統(tǒng)PLC或DCS裝置所能完成的各種數(shù)據(jù)處理和控制任務(wù)。
菲尼克斯電氣自動化系統(tǒng)的監(jiān)控、監(jiān)視和操作全部采用基于PC的自動化解決方案，可以提供機(jī)架型PC、機(jī)箱式PC和面板型PC等全系列工業(yè)PC產(chǎn)品范圍，可以選擇帶顯示器或不帶顯示器；選擇6寸或19寸觸摸屏；選擇IP20或IP65防護(hù)等級；同時可以選擇各種不同性能等級的處理器?；谶M(jìn)行編程，軟件界面采用Windows視窗結(jié)構(gòu)設(shè)計直觀、操作簡便，并具有在線編程性能。
趨勢3 現(xiàn)場總線升級到工業(yè)實時以太網(wǎng)
長期以來，由于現(xiàn)場總線爭論不休，互通與互操作問題很難解決，于是現(xiàn)場總線開始轉(zhuǎn)向以太網(wǎng)。經(jīng)過近幾年的努力，工業(yè)實時以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)被工業(yè)自動化系統(tǒng)廣泛接受。菲尼克斯電氣公司考慮到從現(xiàn)場總線到工業(yè)以太網(wǎng)一定要進(jìn)行平滑過渡，應(yīng)當(dāng)保護(hù)制造商與用戶在更新?lián)Q代自動化產(chǎn)品和解決方案時所做的大量投資，決定支持最全面的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議PROFINET。
PROFINET使用以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)通信技術(shù)和it技術(shù)，如OPC、XML、COM/DCOM、DHCP、SNMP、FTP或HTTP、以及TCP/IP，與RT等技術(shù)一起共同實現(xiàn)制造過程最佳化，可直接訪問控制和生產(chǎn)級的所有自動化數(shù)據(jù)，以提供給生產(chǎn)計劃管理系統(tǒng)。為了滿足不同的應(yīng)用技術(shù)需求，PROFINET提供了兩種方案：集成分布式I/O的PROFINET IO和在分布式自動化中創(chuàng)建模塊化設(shè)備系統(tǒng)的PROFINET CBA。PROFINET IO為簡單的現(xiàn)場總線設(shè)備提供一種集成模型，該簡單設(shè)備相當(dāng)于通常所說的分散I/O。在工程設(shè)計時，組件以熟悉的現(xiàn)場總線環(huán)境方式編址，通過設(shè)備描述和邏輯上分配控制器，使用指定的PC Worx工程工具實現(xiàn)集成。PROFINETCBA基于組件的體系結(jié)構(gòu)模型，由于其定義了子系統(tǒng)及其設(shè)備之間的工程設(shè)計和通信，所以它支持將自動化功能分散于各個智能子系統(tǒng)。
為了將Interbus現(xiàn)場總線的工作范圍順利地轉(zhuǎn)到采用工業(yè)以太網(wǎng)解決方案，菲尼克斯電氣公司特地使用了很多IT標(biāo)準(zhǔn)，在其基于以太網(wǎng)的解決方案中采用LLDP(數(shù)據(jù)鏈路層恢復(fù)協(xié)議)有助于故障的精確定位，并很容易替代具有物理拓?fù)錂z測功能的設(shè)備；使用RST(快速生成樹)協(xié)議和快速環(huán)路檢測能夠重新構(gòu)建帶有超時短路開關(guān)冗余的數(shù)據(jù)路徑，從而進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可用性；采用虛擬LAN技術(shù)能夠防止未經(jīng)批準(zhǔn)的訪問，同時，處在Web管理范圍內(nèi)的設(shè)備能夠很容易通過標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器進(jìn)行組態(tài)。因而，Interbus現(xiàn)場總線能夠不受限制的轉(zhuǎn)移為工業(yè)以太網(wǎng)通信，在PROFINET環(huán)境中仍能發(fā)揮Interbus的優(yōu)越性，如高動態(tài)性能、本地化診斷、以及無需設(shè)置設(shè)備系統(tǒng)自動組態(tài)功能等。集成后的系統(tǒng)更具有優(yōu)越性，由于熟悉工藝過程簡化了工程設(shè)計，由于Interbus系統(tǒng)具有綜合診斷功能而大大簡化了調(diào)試與運(yùn)行工作。
趨勢4 使用Web技術(shù)降低系統(tǒng)成本
Web技術(shù)建立在客戶機(jī)/服務(wù)器模型基礎(chǔ)上，它基于HTML超文本標(biāo)記語言和HTTP超文本傳輸協(xié)議，能夠提供面向Internet服務(wù)的、一致的用戶界面的信息瀏覽系統(tǒng)。其中Web服務(wù)器采用超文本鏈路來鏈接信息頁，這些信息即可放置在同一主機(jī)上，也可放置在不同地理位置的主機(jī)上；文本鏈路由URL統(tǒng)一資源定位器維持，Web瀏覽器(即客戶端軟件)負(fù)責(zé)信息顯示與向服務(wù)器發(fā)送請求。
隨著Web技術(shù)的日趨成熟，將Web技術(shù)用于工業(yè)控制已成為一個熱點(diǎn)。通過在工業(yè)控制底層的現(xiàn)場設(shè)備中運(yùn)行嵌入式Web服務(wù)器，可用標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器在Internet的遠(yuǎn)端對這些設(shè)備進(jìn)行訪問與控制，通過存儲在現(xiàn)場設(shè)備中的網(wǎng)頁，動態(tài)地反映現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及執(zhí)行操作后的反饋信息，從而實現(xiàn)了基于Web的遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷和系統(tǒng)維護(hù)。工業(yè)控制采用Web技術(shù)具有如下優(yōu)勢：無須研發(fā)客戶端軟件，網(wǎng)絡(luò)瀏覽器作為通用客戶端的人機(jī)界面可運(yùn)行于各個平臺，而且沒有許可權(quán)限制；瀏覽器界面簡單，無需培訓(xùn)，易懂易用；可通過瀏覽器進(jìn)行服務(wù)器端軟件的下載、升級和更新，現(xiàn)場設(shè)備應(yīng)用軟件的管理和升級十分方便；以及服務(wù)器端軟件可以進(jìn)行自診斷，能實時進(jìn)行故障報警和故障分析，從而縮短了故障響應(yīng)和維修時間。
AUTOMATIONWORX軟件套裝中Web Visit是基于Web技術(shù)軟件，它提供快速簡單的基于Java-Applet基礎(chǔ)的用戶界面，為可編程控制器的可視化提供解決方案。在按照習(xí)慣方式編輯顯示頁面以后，Web Visit能夠為控制器的Web服務(wù)器自動生產(chǎn)文本,然后這些文本由Web Visit通過FTP加載到控制器。這樣一來，在PC上就可以使用Web瀏覽器直接打開存儲在控制器嵌入式Web服務(wù)器中的顯示頁面,在PC上無須增加任何軟件，從而降低了系統(tǒng)成本。
趨勢5 無線通信技術(shù)成為工業(yè)自動化新的增長點(diǎn)
工業(yè)無線技術(shù)為實現(xiàn)工廠內(nèi)部設(shè)備之間和工廠內(nèi)部設(shè)備與外部設(shè)備之間的通信提供了無線數(shù)據(jù)鏈路和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。工業(yè)無線通信技術(shù)具有數(shù)據(jù)傳輸速率高、區(qū)域廣泛、性價比優(yōu)良、抗干擾性強(qiáng)、以及系統(tǒng)維護(hù)成本較低等優(yōu)點(diǎn)，因而成為繼現(xiàn)場總線之后，工業(yè)自動化領(lǐng)域的又一熱點(diǎn)技術(shù)，已成為現(xiàn)有有線通信系統(tǒng)發(fā)展的重要補(bǔ)充。據(jù)推測，工業(yè)無線技術(shù)的廣泛應(yīng)用將使工業(yè)生產(chǎn)效率提高10%左右，具有強(qiáng)烈的市場需求和廣闊的應(yīng)用前景。為了適應(yīng)市場各種應(yīng)用的不同需求，菲尼克斯公司適時的推出了基于各種無線技術(shù)的系列產(chǎn)品。
a).可信無線(Trusted Wirless)技術(shù)：
可信無線技術(shù)是一種專用的工業(yè)無線技術(shù)，專用于對傳輸時間要求不嚴(yán)格的遠(yuǎn)距離信號傳輸，傳輸距離可達(dá)到幾公里，特別適合于遠(yuǎn)程和施工困難區(qū)域的數(shù)據(jù)傳輸。
b).藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)：
藍(lán)牙技術(shù)符合IEEE802.15.1標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，設(shè)計目的是取代電纜，在設(shè)備間實現(xiàn)自組織方式的無線連接。適用于周期性控制數(shù)據(jù)的快速傳輸以及帶寬要求較低情況下的短距離無線傳輸，特別適合將自動化部件集成到本地現(xiàn)場總線或工業(yè)以太網(wǎng)。藍(lán)牙工作在2.4GHz頻段，最多可連7臺設(shè)備。菲尼克斯藍(lán)牙通信傳輸距離可達(dá)150米，可用于遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程編程和報警顯示等。
c).無線局域網(wǎng)(WLAN,IEEE802.11)技術(shù)：
IEEE802.11是一個系列無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，為設(shè)備間能提供高達(dá)54Mbps吞吐量的網(wǎng)絡(luò)連接。使用WLAN可以構(gòu)成具有數(shù)百個設(shè)備的強(qiáng)有力的無線網(wǎng)絡(luò)。適用于要求具備漫游功能的大帶寬結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域。由于WLAN能很好地集成到工廠網(wǎng)絡(luò)，因而用于移動監(jiān)視操作和數(shù)據(jù)采集很理想，能夠?qū)崿F(xiàn)在PROFINET IO系統(tǒng)中監(jiān)控單元之間以及連接到I/O單元的快速通信。
d).無線 HART 技術(shù)：
為了滿足過程工業(yè)自動化的需求，菲尼克斯公司支持無線HART技術(shù)。無線HART采用IEEE802.15.4和TSMP(時間同步網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?協(xié)議，它在把無線功能加入HART通信協(xié)議的同時，與現(xiàn)存的HART設(shè)備、命令和工具完全兼容，用戶投資得到很好保護(hù)。
菲尼克斯公司系列化的無線產(chǎn)品能夠提供無線MUX，無線I/O、藍(lán)牙接入點(diǎn)、無線以太網(wǎng)接入點(diǎn)和以太網(wǎng)客戶端以太網(wǎng)高速無線接入方式等無線解決方案，以滿足工業(yè)自動化領(lǐng)域的各種應(yīng)用需求。
趨勢6 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息安全轉(zhuǎn)向硬件解決方案
眾所周知，在辦公應(yīng)用環(huán)境，計算機(jī)病毒和蠕蟲往往會導(dǎo)致公司網(wǎng)絡(luò)故障，因而辦公網(wǎng)絡(luò)的信息安全越來越受到重視，通常采用殺毒軟件和防火墻等軟件方案解決安全問題。在工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，惡意軟件的入侵，將會造成生產(chǎn)線停頓，導(dǎo)致嚴(yán)重后果。因而，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全有更高要求，辦公應(yīng)用的信息安全解決方案已不能滿足這些需要。于是，工業(yè)以太網(wǎng)開始采用基于工業(yè)防火墻/VPN技術(shù)相結(jié)合的硬件解決方案。工業(yè)防火墻用于保護(hù)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)免受外部網(wǎng)絡(luò)的干擾，阻止未授權(quán)訪問。VPN虛擬專用網(wǎng)絡(luò)機(jī)制是使用加密的數(shù)據(jù)通道在公共的網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)的一種閉合的通信結(jié)構(gòu)。
根據(jù)上述概念，菲尼克斯電氣公司推出了MGUARD系列具有防火墻和路由器功能的硬件安全組件。這些組件的保護(hù)方式靈活，安裝簡便，易于升級現(xiàn)有的設(shè)備。它可以保護(hù)所有的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，整個生產(chǎn)單元或單獨(dú)的自動化組件，無需重新組態(tài)現(xiàn)有的站點(diǎn)或改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。從而實現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的三重安全保護(hù)功能。
對于工業(yè)自動化系統(tǒng)來說，其關(guān)鍵技術(shù)是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，核心技術(shù)是信息集成。信息集成包括水平集成和垂直集成。水平集成是工廠內(nèi)部各子系統(tǒng)之間的信息集成。垂直集成是從現(xiàn)場到控制、監(jiān)控、優(yōu)化、MES直到ERP和供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)的信息集成。很顯然，信息集成完全依賴于IT技術(shù)。我們完全相信，IT技術(shù)將會進(jìn)一步加強(qiáng)與自動化技術(shù)的融合，推動工業(yè)自動化更加快速發(fā)展。
（轉(zhuǎn)載）
