■采用分布式自动化设计的成套设备现已成为过程行业的基石，它不仅可以保持高度的灵活性，而且能够响应未来市场的需求。在控制层面集成整装式模块是一项非常艰巨的技术挑战。由于接口数量众多，找到切实有效的转换方法就成为关键。作为NAMUR的主要赞助商，WAGO在2014年凭借全新的DIMA理念引起业界轰动。然而，这家德国明登公司的模块化自动化系统早前就已能够将现场的各种信号轻松连接至控制层面。
从本质上看，成套设备的自动化与其他分布式环境的自动化（例如工厂自动化）并无太大区别。其自动化技术也主要是用来执行核心任务，即与现场层面组件通信，同时实现与上层控制系统的无缝集成。此类模块化系统面临的最大挑战在于,所涉及的自动化产品制造商数量众多，硬件也千差万别。尽管如此，不同模块、不同供应商的自动化技术必须都要能够集成在过程系统中。
与传统的整装式系统架构不同的是，成套设备本身具备自主智能。与过程控制有关的模块包括I/O层面及其自动化功能，负责处理各种基本控制任务。而配方管理等跨系统功能仍由上层控制系统执行。既有的自动化模块数量可以进行扩展。目前，辅助性任务基本上完全由成套设备完成（例如控制气体或加热回路系统监控），而现场设备通常仍直接或通过远程I/O系统与控制系统相连。
■将模块自动化集成到过程控制系统中
但是，这样做的基本前提还是能否完全将模块自动化集成到过程控制系统中去。借助标准化设备数据库文件(GSD文件)，采用PROFIBUS和PROFINET时通常还可在一定程度上顺利集成的模块，在采用更简单的现场总线协议时却全然不同。例如，MODBUS由于采用开源设计，其操作难度更大：特定应用程序的索引通常采用专有技术，从而增加了后期与编程层面的连接难度。对于技术人员而言，这常常意味着需要投入更多的人工，有针对性的提取所需的MODBUS索引值，并将其映射到过程控制系统中。与此相伴的还有寻址困难，这通常需要同时进行编程处理。GSD文件偶尔也会发生这种情况，因为许多功能性描述（例如报警或存档）也未标准化。
应由控制系统集成的下级自动化系统的信息源自更低的现场层级。与管理层相比，越往下层，接口的多样性越大。成套设备的现代化I/O系统也要面对这一挑战。例如，发动机监控就是过程行业的一个典型应用。能够持续读取电子控制装置(ECU)(例如压缩机或电源装置)的机器参数对于确保长期、无故障系统运行极为重要。在通信方面，CAN现场总线常常与SAE J1939协议配对使用，传统的4–20 mA线缆则支持HART协议。
■利用CAN和HART*进行发动机监控
为使此类及其他子总线能够灵活地集成，建议采用模块化自动化设计。WAGO-I/O-SYSTEM 750就是基于这种理念。该系统的多种I/O模块能够处理各类信号，I/O节点的构建也既节省空间，又经济实用。例如，750-658 CAN模块厚度仅12 mm，支持CAN Layer 2，进而兼容CANopen、SAE J1939、NMEA2000和DeviceNet网络。它为用户提供三种运行模式：监听模式通过被动式信息读取进行详细的CANbus分析，但不与总线交互。在透明模式下，I/O模块作为CAN设备使用，可以收发任何类型的CAN报文。映射模式可以直接利用过程映像生成CAN报文。它还可以将接收的报文中的特定过程值复制到输入过程映像中。报文可以循环、手动或事件触发(当过程值变化时)形式发送。
相比之下，如果使用相应的HART模块，状态和诊断数据可以从位于本安区域(750-484)和无爆炸危险区域(750-482)的HART现场设备发送至WAGO-I/O-SYSTEM。大多数过程传感器制造商都支持HART。每个通道最多可以映射四个动态HART变量(PV、SV、TV、QV)到控制器的循环过程映像中。这样单个I/O模块不仅可以检测主变量(例如流量)，还可以检测粘度、温度、密度和体积。
■通信优势结合配置工具
为能够接收现场层的所有信号并达到模块化设计的目的(即独立执行控制任务)，模块就需要一个性能出色的控制器。在WAGO-I/O-SYSTEM中，该角色由PFC200担任，它配备了Cortex-A8处理器架构和实时Linux®操作系统。由于Linux®平台采用开源架构，能为用户的编程工作带来极高的配置自由。而对于不习惯使用Linux®的用户，可以使用CODESYS开发环境,该环境也已作为默认系统安装。在配备两个标准以太网接口的基础上，根据选择的型号不同，PFC200还配备了不同的接口：RS-232/RS-485、CAN、CANopen或PROFIBUS-DP-Slave。
无论是与控制层通信的配置还是支持现场信号的I/O模块的配置，WAGO均提供所需的软件工具。让用户能够高效地对PROFIBUS、MODBUS和其他协议进行参数化配置，避免了错误的发生。这意味着两个数字量通道只占用两个位，不用预留大量的地址空间。
对于WAGO-I/O-SYSTEM而言，管理层使用何种语言或现场层集成何种子总线并不重要。正是由于这一特点，使得该系统成为成套设备自动化控制的理想选择。得益于其不受现场总线限制的设计和模块化结构，该系统的应用领域尤为广泛,而且不依赖于上层控制系统。
文:Benjamin Böhm,WAGO
图: WAGO,
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