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拥抱开放自动化,正当其时

  谈到工业数字化转型,往往绕不开的一个问题是孤岛现象,尤以IT和OT的隔阂为甚。

  究其原因,无外乎一是人才,既懂IT对OT亦有深刻理解的技术人员少之又少。

  另一个就是技术标准因素和各大厂商的封闭心态。与IT领域日新月异的发展相比,OT领域技术更新周期较长,传统工业自动化系统基本上都是基于上世纪七八十年年代的原理而开发,这些工业自动化系统是相对封闭的,不同供应商的产品互不兼容。随着数字化进程不断加速,封闭性和专用性极大地阻碍了工业自动系统的升级迁移和创新应用,以及IT和OT深入高效地融合,也为用户增加了大量成本。

  很显然,一成不变的工业自动化系统已经难以满足数字化时代对互联互通以及效率的需求,工业自动化领域的变革已箭在弦上。问题是,如何消除这个横亘在工业自动化行业面前并制约行业未来发展的壁垒?

  可复用、可移植、可重构、可互操作的开放自动化系统,应运而生。

  开放自动化的基础——IEC 61499标准

  在展开谈开放自动化之前,我们不妨先聊聊其基础和支撑——IEC 61499标准。

  我们知道,国际电工委员会(IEC)在1993年发布了IEC 61131-3,并逐渐获得全球工业界的广泛认可和接受,成为PLC、DCS、机器人控制等工业控制自动化编程语言的国际标准,为整个工业控制软件技术的发展起了举足轻重的推动作用。

  然而,由于开发较早,IEC 61131-3在概念上不支持重新配置和分布式控制,其局限性表现在软件模型只支持单一设备编程,缺乏系统的概念,不适应分布式结构的软件要求,不支持并发和随机事件的快速响应,不同厂家设备相互之间也不兼容等。

  IEC 61131-3在应对当今复杂工业系统的更高层次要求时,显然力有不逮了。

  因此,在IEC 61131-3的基础上,IEC启动了IEC 61499标准的开发,历经多年发布了标准的四个部分,包括第1部分IEC 61499-1:结构,综述了基于功能块的分布式系统的设计和建模规则;第2部分IEC 61499-2:软件工具要求;第4部分IEC 61499-4:一致性行规的规则。第3部分IEC 61499-3在2007年因技术过时而被撤销。因此,IEC 61499标准的当前版本由三部分组成。据悉,主要作为系统级的建模规范的 IEC 61499-5正在准备当中。

  IEC 61499基于工程师熟悉的框图,将功能块从IEC 61131-3中的子程序结构扩展到分布式计算系统中的功能单位,通常作为系统级可执行建模语言使用。其核心是事件触发的功能块网络,功能块为逻辑代码提供统一接口封装,功能块之间通过事件和数据接口相互连接。

  作为定义分布式信息和控制系统的高级系统设计语言,IEC 61499具有以下几个主要特点:

  •   建立在现有的领域标准的基础上;
  •   现代的事件驱动、面向对象的开发语言;
  •   硬件抽象;
  •   通过连接功能块以图形化的方式对控制算法进行建模;
  •   直接支持分布式系统的实时通信;
  •   不同供应商的设备可互操作;
  •   自动管理资源之间低层级可变化绑定;
  •   支持重新组态。

  IEC制定IEC 61499标准的初衷是希望功能块标准成为一个通用的标准,它能够用来作为整个工业过程测量和控制领域中各种标准的基础。基于其通用的特性,IEC 61499被定义为“应用领域中性”,也就是说,它不包含任何一个特定领域的特殊特性。其它标准可以使用 IEC 61499 的概念来建立,并且添加它们自身领域的特殊扩展。

  基于IEC61499的开放自动化系统

  从2005年第一次发布,IEC 61499标准至今经历了从兴起、沉寂到成熟的整个过程。期间,众多行业专家和机构对该标准的应用,做了卓有成效的研究和实践,开发了多个开放自动化平台和系统。

  其中包括首款完全基于浏览器/服务器架构的IEC 61499集成开发环境——海王星模块工匠(FBB),以及世界上首个IEC 61499标准的开源设计工具和运行平台——分布式工业自动化和控制框架(4DIAC)。

  而作为积极拥抱开放自动化的厂商之一,施耐德电气融汇自身深厚的自动化技术及工业现场经验推动着这一变革的进行,推出了新一代EcoStruxure开放自动化平台(EcoStruxure Automation Expert) 。

  EcoStruxure开放自动化平台同样基于IEC 61499 标准,它融合了施耐德电气在IEC 61499及自动化技术方面的多年积累及创新成果,是当前最为成熟的开放自动化商业化整体解决方案。目前,EcoStruxure开放自动化平台已升级至V21.2版本,可以为更多工业场景提供支持。

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在施耐德电气绿色智能制造创新峰会上,EcoStruxure开放自动化平台演示前面围满了观众

  作为以软件为中心的自动化系统,EcoStruxure开放自动化平台无缝融合IT和OT能力,延长了系统寿命,且能够不断升级。“目前的自动化应用很难在‘万国设备’间跨平台运行,许多企业认识到,下一代工业自动化必须具有可互操作性,并且必须摆脱现有的专有系统模式。EcoStruxure 开放自动化平台实现了自动化软硬件解耦,帮助企业松绑,释放生产潜能的同时做到真正面向未来的自动化。” 施耐德电气高级副总裁、工业自动化业务中国区负责人庞邢健表示,EcoStruxure开放自动化平台通过三个关键方式重构自动化。

  首先,自动化应用程序与硬件分离将带来前所未有的灵活性。将这种革命性方法与基于事件的网络跨平台运行相结合,意味着用户可以快速适应不断变化的业务需求,而不必担心停机所带来的时间和经济成本。

  其次,集成IT应用程序、工具和工业技术更加容易。这种原生的IT/OT融合使用户能够将新技术无缝集成到控制系统架构中,而无需繁重的工程工作或引入高耦合、非内聚的系统设计技术。

  第三,EcoStruxure开放自动化平台原生支持以资产为中心的设计方法。应用程序基于现成的资产模型创建,消除了低价值的重复任务,轻松封装和复用可移植的自动化对象,从而大幅提升工程效率。这样可以解放工程师,让他们能够专注于高价值的工程应用和创新。

  “开放自动化其中一个最大的优点,就是能够让技术人员摆脱简单的一些重复性的不必要的劳动,把技术人员真正的创新和他对行业的洞察能够凝聚成可以传承的知识。” 庞邢健说,“未来我们还希望构建一个开放自动化的市场,能够让更多的技术人员、研发人员和企业能够把自己对行业的洞察理解转化成开放自动化的功能,用企业微服务,或者工业边缘APP的方式,为行业整体的进步做出更大贡献。”

  EcoStruxure开放自动化平台在多个行业的实际应用中已展现出非凡价值。比如,施耐德电气上海智慧物流中心部署了EcoStruxure开放自动化平台以降低成本并提高效率。得益于软件与硬件的解耦,根据流量需求的变化来修改输送线路变得更容易,也更具成本效益。借助EcoStruxure开放自动化平台,故障识别和排除的速度提升至原来的四倍,错误率减少了45%,物流中心吞吐量提高了5.3%。

  携手合作,共建开放自动化生态圈

  任何开放系统都离不开生态圈,正如消费电子领域的手机Android系统,凭借其强大的生态圈,引领移动互联网时代的发展。同样,作为一个全新领域,开放自动化的发展、壮大离不开合作伙伴相互协作与生态系统的构建、扩展。

  庞邢健指出,在数字化时代,没有一家企业能够独自面对所有的挑战。对于一个新的事物需要有人大力去呼吁和推广,施耐德电气既是开放自动化技术的受益者,也是赋能者,施耐德电气愿与合作伙伴一道,在健康、开放的生态系统中彼此协作,推动开放自动化技术的发展和普及。

  事实上,为了促进工业自动化系统的开放,充分利用国际先进标准和技术,构建良好的应用生态,施耐德电气做了大量的工作,致力于将系统集成商、设备制造商、软件开发者以及最终用户紧密地结合在一起,形成真正开放的生态。

  比如,为了吸引更多的开发者加入开发自动化,施耐德电气正在联合英特尔承办边缘控制大赛,通过EcoStruxure开放自动化平台+英特尔的算力,面对高校、科研机构、企事业单位、初创团队和个人开发者广泛征求作品。

  此外,施耐德电气近日与机械工业仪器仪表综合技术经济研究所(仪综所)签订合作框架协议,致力于智能制造和工业互联网领域的技术推广与标准化合作,共同建立开放自动化联合研发实验室。联合研发实验室将围绕IEC 61499标准应用、技术培训、测试验证、行业推广及生态构建等几个方面开展工作。

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施耐德电气与机械工业仪器仪表综合技术经济研究所共建实验室并发布白皮书

  同时,双方还共同发布了《开放自动化白皮书》,系统地描述了开放自动化的基本特征和相关技术,介绍了IEC 61499系列国际标准的主要技术内容及其对构成开放自动化的价值,分享了开放自动化在过程和离散行业的应用实践,并对开放自动化的行业应用推广和未来发展提出建议。

  可以说,开放自动化技术的普及将彻底改变工业控制系统形态,随着工业数字化转型的不断深入,开放自动化的推进正当其时。当然,开放自动化未来还有一系列挑战需要面对,比如如何集成和管理新一代的控制系统,标准的进一步完善等,但风已来,潮已起,面对这一势不可挡的重大变革机遇,此时不拥抱,更待何时?

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