流程工業自動化軟件未來發展問題探討

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1工業軟件與工業標準的關系

許多工業領域中為其服務的工業軟件，通常與該領域的工業標準存在依存關系。工業軟件的平臺往往是若干個工業標準綜合運用的成果。最近幾年有影響的流程工業自動化標準活動，有美國TheOpenGroup主推的開放流程自動化系列標準OPAS，德國NAMUR主推的NAMUR開放自動化NOA，以及由NAMUR發起的模塊化類型包MTP（ModularTypePackage）。概括來說，OPAS是全開放的架構，重新定義了DCS和PLC，運用市場中領先的軟硬部件致力于互操作性和互換性，以及信息安全的能力；NOA在現有DCS系統的基礎上運用IT技術實現成本可控的優化和信息安全，力求用獨立于供應商的技術實現流程工業4.0的各種案例；MTP利用現有的DCS和PL的部件無縫集成為流程裝置的自動化單元，強調在優化性價比的同時將工程量降至最低，加快工程交付進度。這三個標準雖然側重點不同，但是有許多相同和相似之處。對于最終用戶來說，標準太多并不是什么好事情，于是OPAF和NAMUR考慮把這三個標準能夠統一在一個架構之中，提出了如圖1所示的架構。在未來的流程工業自動化技術發展進程中，特別是通過運用IT技術的成熟和最新成果，瞄準虛擬化的方向開發相應的工業軟件。遵循在綜合運用多年來積累的行之有效的基礎工業標準和IT標準的基礎上開發的下一代流程工業自動化的系列標準，參與并深入到全開放的自動化架構中。同時還要從最終用戶的利益和需求出發，考慮新舊交替過程中的平穩過渡，也是發展工業軟件必須遵循的原則。

2容器化技術在工業自動化軟件開發中成效顯著

當前我們正處在工業數字化轉型的變革之中，“軟件正在吞噬世界”的說法蘊含了軟件在系統中發揮著“基礎設施化”的作用，而云計算軟件開發方法成為軟件開發的主要方向。經過幾年的摸索，云計算開發方法在工業自動化軟件開發應用的虛擬化方向有了很大進展，實際運用的結果驗證了容器化在開發工業自動化軟件中所顯現的優越性。同樣是虛擬化的技術，容器化較之虛擬機明顯有著以下優點：一是APP的顆粒度更細，有利于形成輕量級的容器；二是所需的硬件開銷要小得多；三是應用代碼及其相關的軟件環境打包后安排在操作系統基礎架構上的容器引擎執行運行，無需其它任何支持；四是容器中各個應用程序相互隔離，這種分割保證了信息安全；五是應用代碼的更新升級可以遠程部署。總之，容器是獨立的，可以通過特定的平臺按照需要來選擇和部署，給予使用者很大的靈活性；同時一個單獨而且封閉的容器又提供了原生的信息安全。流程自動化工業對軟件容器有著其特殊的需要，他們需要能在很大范圍容納各種各樣的應用軟件，諸如先進流程控制APC、流程優化和資產管理等，同時能通過標準化的接口（如OPCUA）交換數據。另外，流程自動化的容器需要在不同的物理地點和不同的主計算機硬件中移動。對于大型的操作來講，像Kubernetes這樣的編排工具，可以用來維護、組織和管理容器庫，按照資源的可用性自動平衡計算負載。以Honeywell運用虛擬化為例，不但在服務器層級運用于HMI和應用程序中，而且也開始擴充到流程自動化的其它方面，如用于I/O的軟組態。HoneywellProcessSolution正在考慮讓軟件和硬件解耦的可能性，不僅僅在服務器中運用容器化技術，也包括控制器和I/O層級運用容器化技術。Honeywell開發ExperionLCN（ELCN）有效地仿真了TDC3000這樣的老系統，使公司的老客戶得以將其在知識產權上的投資“無限地延壽”。它可與老系統100%的二進制兼容和互操作。2018年6月Honeywell在用戶組織的大會上向公眾宣布，TDC3000相同的代碼可以不加修改運行在虛擬環境中，大大減少了可能的產生技術風險。TDC環境的虛擬化帶來許多附加的利益，包括使工程師具有應用Honeywell云基的虛擬工程平臺（VirtualEngineeringPlatform）的能力去提供TDC的解決方案。自此以后，Honeywell一直在繼續其虛擬化的版本，在2019年的用戶大會上宣稱其ExperionPKSHIVE用于高度集成的虛擬環境。簡言之就是具有虛擬化的特性的解決方案以及硬件與軟件的解耦已經在應用程序這一級、控制器和I/O這一級實現。在流程工業中另一個容器化的實例ModuleTypePackage（MTP）正在開發中。MTP本質上是運用容器技術創建易于集成、并運用預定義的自動化模塊單元實現模塊化的流程裝置。這種預定義的自動化模塊化單元，易于按照生產的需要添加、安排和調整。每個MTP都符合標準化的方法論和框架，包括將它整合到一個模塊化的裝置中所有必要的信息（如通信服務、HMI描述、維護信息等）。例如ABB的MTP提供清單中包括ABBAbility系統800xA操作流程和編排的智能模塊。由一個開放架構的骨干網將編排層由模塊層通過OPCUA通信鏈接。在下一個五年或更多一些時間內，云軟件開發技術相比其它形式的軟件開發，顯然會成為主要的形式。而且企業軟件、嵌入式軟件和云軟件這三種軟件開發將會極大地融合匯聚。有理由期望用于云計算業務的開源軟件技術將會快速發展和推廣，所有軟件的開發將會使用云軟件開發的方法。值得關注的是，這一融合匯聚將會被迅速發展的開源軟件的步伐推動，而不是由目前工業自動化行業所采用的軟件開發方法邁著緩慢的步伐而前行。

作者：彭瑜 單位：上海工業自動化儀表研究院