如果你是一个在流程工业工作的自动化专业人士，也许你会熟悉缩写CPAS 。但即使你不知道CPAS代表协同过程自动化系统--一个于2002年由马萨诸塞州Dedham 市的ARC咨询集团公司创造的术语，即使不了解全部，你也很可能熟悉它的一些规则。

　　事实上，虽然CPAS并不是描述一个特定的商用系统，在过去十年的大部分时间里，它却为技术的应用提供了一个模板或远景，并对过程控制系统架构的方向有重大的影响 。例如，包括陶氏化学和杜邦公司在内的工程师承认，他们在起草建议请求书（RFPs）时使用直接从CPAS文件中抄来的语言。并且控制系统供应商们声称他们的产品设计结构遵守CPAS的原则。

　　基准测试工具

　　CAPS概念是应一些油气加工行业大型终端用户的要求在本世纪初不久诞生的， 这些用户聘请ARC帮助他们更好得了解最新的过程自动化系统。"ARC对当前自动化如何发展的观点成为业内标准，当用户研究系统时可以把它作为一个基准，" ARC咨询服务副总裁及CAPS报告的主要作者Dave Woll宣称。虽然一些应用已经围绕它发展很多年了，CPAS的"核心原则和核心技术仍然是完全一样的，"他说。

　　CPAS是一个大题目，涵盖了从工厂层面的传感器和执行器一直向上到企业资源规划（ERP）系统连接界面的每一样东西。 最近对这一概念的研究来自一本名为《协同过程自动化系统》的书。它由ABB集团研究中心的首席科学家Martin Hollender和其他人共同撰写，由国际自动化学会（ISA）在2009年出版。

　　按Hollender的说法，CPAS基于的一个事实是， DCS控制系统现在的发展已经超越了简单过程控制的范围，通过基于标准化的编程，集成和连接，今天的控制系统能够促进丰富的更进一步的自动化功能，让自动化工厂安全，可靠和有效率地运作，并为所有者和操作者提供了显著的益处。

　　"CPAS的一个关键方面是它能够从系统中的任何一点在合适的时间向合适的人选展现相关的信息，通过一个简单而统一的环境向操作者提供信息，" Hollender在他书的前言中这样写道。"除此之外，CPAS的一个关键优势是它能够延伸到DCS系统的传统能力范围以外，这包括诸如生产管理，安全生产关键控制，高级控制，信息管理，智能仪表，智能马达和马达控制中心，资产管理，以及文档管理的能力。"

　　除了控制之外

　　上述说法与密歇根州，Midland的陶氏化学公司关于自动化的观点一致。陶氏工程方案的信息技术（IT）顾问，CPAS的早期追随者Eric Cosman说"在陶氏用语里，我们使用自动化来指比控制更为广泛的术语"，Cosman指出"控制是基本的监管控制、闭环控制那一类的事情。 但是当你开始注意工厂自动化的各个方面时，从启动到关机，运行，以及所有其它的东西，我们使用更广泛的术语。 而在我们的专用语中，自动化包括业界所称的MES（制造执行系统）层。"

　　"我认为CPAS真的阐述了一个真正的具有广泛能力的控制系统所能实现的基本原则和一些突出特点，"Cosman评论道。因此，他说，CPAS可以提供一种策略文件，在追求一个全面的，最先进的自动化策略时，制造商可以用它来决定他们想要走多远以及有条件走多远。

　　就Woll而言，他不同意MES作为一个独立子系统的概念，而宁愿将CPAS看作一个具有不同应用的单一自动化系统。流程工厂中仅有的两个系统是商务系统和自动化系统，他宣称。"首先，CPAS应当被看作是一种实现应用的环境，这包括过程控制，高级过程控制，运营管理以及增强人力的应用程序，例如决策支持和高级分析，" Woll在为Hollender的书所写的一段文字中这样说。

　　各种技术和标准逐步发展并组合在一起，使CPAS成为可能。 包括ISA88和ISA95在内的标准为CPAS提供一个共同的参考模型，而国际电工委员会的IEC 61131-3标准则成为编程和配置的基础。互联网和标准网络技术例如以太网和TCP/IP（传输控制协议/互联网协议）的发展是关键，它使基于标准的信息交换成为可能。虽然CPAS只包括工厂的自动化系统，由以太网和TCP/IP所提供的共同逻辑骨干以及其它共同信息结构的要素，使其能够与工厂的业务系统自然地交换信息。

　　对陶氏化学的Cosman来说后一个特点是关键。"在我头脑里，区分普通老式过程控制系统和一个更全面的自动化系统的标准之一就是后者整合到业务流程的程度，"他说。实现这个整合是最基本的，Cosman指出，它可以让商业决策无缝地流动到制造运作水平，同时运营结果可以一直被送回到业务层面。

　　自动化之本

　　对于一些经验丰富的自动化专业人士来说，CPAS原则是显而易见的目标，或许这与宣称母爱是善良的有点类似，Woll并不反对这一观点。"这不是火箭科学，"他说。 所有实现CAPS远景所需的技术现在都有，他指出。 但是直到现在，他补充说，"还有很多东西没有完成。"

　　让我们考虑Woll认为是CPAS基础的这个概念---全球数据访问（GDA）。GNA使得Woll所提到的"五个任何"成为可能----即，能够访问"任何资料，在任何时间，从任何地点到任何地点，为了任何有效的目的。"这是一个过程自动化用户的普遍愿望。"每当我做一个讲座并问听众，'你需要的是什么？'每个人都说，'我要在任何时候得到我需要的任何信息，'这就是五个任何，" ，Woll指出。

　　尽管这说出了用户的愿望，----为了最有效地做好本职工作，所有的员工应该能够访问他们所需的信息----但是在大多数系统中，这种能力还没有完全实现，Woll指出。 他说，其中一个原因是一些过程自动化供应商还没有提供真正的基于对象的系统，这样的系统是GDA所必需的。

　　一些供应商提供的所谓"早期绑定"系统需要在访问的数据源和数据用户之间写入路径，Woll说。 "这些路径不能改变，所以你不能满足五个任何，" 相比之下，一些供应商提供的在基于对象系统中使用的"后期绑定"技术可以满足五个任何，Woll解释说，这是因为在每一个过程循环中，数据源动态地与数据用户相连。

　　漫漫长路

　　供应商的缺点并不是实地使用中的CPAS系统通常还不完整的唯一原因。另一个原因涉及到资产业主所面对的挑战。Wilmington，特拉华州的化工，材料公司---杜邦有限公司的资深企业架构师Ray Walker注意到，杜邦自2000年初以来已建立了它自己的以CPAS原则为基础的自动化信息系统。但该公司在全球有数百座工厂，因此"这不是一夜之间发生的事，"最近退休的Walker说，他在杜邦公司服务了37年现为半退休员工。

　　一般情况下，过程控制的供应商越来越多地提供包括CPAS框架属性的解决方案，Walker说。"我们的大部分供应商提供基于对象的解决方案，基于国际标准的配置语言，建立在ISA标准上的表达层面以及基于国际标准和现存标准的基于网络的接口，"他指出。"所以总的来说，（现有系统）与那些基本的属性已有相当程度的汇聚。"

　　但是Walker也注意到，用户并不总是创建能充分利用CPAS能力的系统。例如，一些供应商现在提供即插即用的可扩展的设备层级系列，这使得可以达到五个任何的系统更容易构建，Walker说。"但是如果你不设置这些系统以利用这个优势，你就不会受惠，"他说。

　　同样，为了充分利用CPAS的优势，用户需要为他们的数据源使用一致的命名约定，如国际标准化组织（ISO）设备分类定义，Walker补充道。"但是当你创建解决方案时必须有纪律性，而这需要付出努力，"他指出。所以我要说满足五个任何的能力正在增加，但业主/经营者的采用（率）仍然滞后。"

　　协作决定

　　杜邦公司的资深员工指出，作为企业结构的一个模板或准则，向上直到ISA95参考模型3级，CPAS的表现非常不错，通过制造运行和控制覆盖工厂生产区。"对于CPAS不涉及的第4级的企业系统，我们使用其他模式和框架，" Walker说。

　　但是当话题转到自动化系统与业务系统的整合时，Walker很快就称赞CPAS模型对"协作"的关注。在企业中协助各种角色间合作的能力是关键，他说。"它使你能够向你所有最好的筹划人提供信息，这样他们能够作出协力的决定，这比你的竞争对手更有效和更高效。" Walker指出。

　　对协作的一贯关注使得杜邦的全球互操作分布式控制系统成为现实，他说，这样"一个人可以坐在公司总部,在同一块屏幕上查看这些信息以及企业信息。"而在未来，Walker补充说，与CPAS的前瞻性一致，增添更多的分析，将使得信息更有价值。

　　Woll同样强调了CPAS的关注底线。"我们可以谈论技术，五个任何，共同的可执行信息和所有其他的东西，"他说。"但CPAS的首要目标是促进应用程序的交付并帮助终端用户赚钱。"

　　他列举了终端用户采纳CPAS概念所带来的主要益处：减轻了手工任务负担而更具权力的工厂工作人员，作出更多正确的决策，由于更少的不定期减速和停机而带来的更高资产利用率，以及从未有的（信息）享用能力所带来的更高性能。

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　　接下来是什么？

　　近来Woll把注意力转向扩大CPAS的视野，ARC计划在今年7月发布一个由Woll撰写的包括了"CPAS2.0"的新市场报告。

　　Woll说，过去20年来，进程自动化的发展是渐进的而没有"全新的创新发生，"终端用户最近一直在问ARC，他们在下一代过程自动化中将会看到什么。CPAS2.0报告就是为了回答这个问题。这需要对一些预计中的进展进行详细的研究，"我们认为是革命性的那些进展，" Woll说。他同意为这篇文章简单讨论一下这些议题。

　　一个议题涉及到智能现场设备。"我们不认为智能现场设备足够聪明，为了让它们变得更聪明我们已经等待20年了，"Woll宣称。照Woll的说法，如今，由于用户认为来自装置的信号不可靠而造成的现场设备停机时间约占百分之75。目前的智能现场设备能报告什么时候没毛病，以及什么时候出故障了。"但是这还不够好，"Woll说。"我们认为，智能现场设备应当能够定量地告诉你它们是多么的健康，并对多长能够信赖它们的输出作出预测。"

　　现今，有几个可用的产品能够满足这一要求，它们使用基于英国标准协会BS - 7986标准的SEVA,即自我评评估技术，Woll说。用户应留意未来出现更多这样的智能设备。

　　对CPAS2.0的另一主题，Woll问了这个问题："分布式控制系统什么时候才能成为真正的分布式？"当前领先的DCS和原始CPAS都不提供真正的分布式控制，Woll说。按照IEC 61131-3配置标准，现今主要的过程控制系统使用分布式处理与共享服务的单一模式。该架构仅限于在单一域的所有资源一起运转，资源不能自主行动。

　　下一代CPAS将基于IEC 61499配置和编程标准，不需要共享服务。这将为自动化系统的开发提供一个规范的基础，这些系统将是具有分布式过程和独立服务的单一模式，沃尔说。这些真正的分布式处理系统将为不同的系统资源提供自主权， 并将支持新的智能物理主体基金会（Foundation for Intelligent Physical Agents FIPA）技术标准。

　　有了这项技术，如果自动化系统中发生异常，它将能实时地自主重新配置自己以弥补异常，以便它能继续运行。"这意味着我们将有自动化系统零停机时间的潜力，" Woll指出。同样，这些系统将能重新配置以适应它们控制的资源中探测到的异常，它们为生产资源本身提供了更高的稳定性，他补充道。

　　三个步骤

　　Woll与我们在这里共享的第三个，也是最后一个CPAS2.0主题涉及一些用户所面临的挑战，这些用户需要在工厂或流程未关闭的情况下对系统进行修改或更新。今天这一程序通常是一个两步的过程，它涉及将新的软件版本加载到一个冗余或备份控制器，然后将该软件投入流程。照Woll的说法，这种方式可能是非常危险的，并且"不很合理。"

　　"我们认为它应该是一个三步过程，你将（软件程序）加载到冗余控制器，你练习这个程序以确保其不出意外地运行，当你对它的可预测运行感到满意时，你将该软件投入流程，" Woll说。

　　事实上，据Cosman所说，陶氏化学早在80年代中期就建立了自己的具有这种能力的专有控制系统。Cosman证实，当陶氏与ABB在2001年建立合作关系以开发商业解决方案时，这种能力是列在陶氏所坚持的功能清单上的。其结果是，这种被称为加载-评估-运行的功能成为现今ABB系统800xA生产线的一部分。

　　结果，正如 Woll指出的那样，这类技术的工作已经完成。"现在市面上可以得到，所以它不是一个技术挑战，"他断言。"我们相信，所有的自动化公司都应该有这个能力。"

　　CPAS的指导原则

　　• 自动化的价值主张必须基于其控制下资产收益的可衡量改进。

　　• 自动化必须能够推进一种持续进步的文化。

　　• 强化完美执行自动化策略。

　　• 一切应当自动化的都将会实现自动化。

　　• 实现最低的购置成本。

　　• 基于标准的通用架构。

　　• 没有诸如网关或连接装置的人为信息障碍。