開(kāi)放流程自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)編排技術(shù)

彭 瑜

(1.上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院有限公司，上海 200233;2.PLCopen中國(guó)組織,北京 100011)

0 引言

運(yùn)營(yíng)技術(shù)(operation technology,OT)領(lǐng)域開(kāi)放流程自動(dòng)化(open process automation,OPA)是由最終用戶發(fā)起的、顛覆性的創(chuàng)新活動(dòng)，是一場(chǎng)沒(méi)有先例的、由最終用戶主導(dǎo)和堅(jiān)持的長(zhǎng)期斗爭(zhēng)。盡管斗爭(zhēng)的另一方是數(shù)十年維系著流程工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的的供應(yīng)商，但是深層次的背景卻是信息技術(shù)(information technology,IT)領(lǐng)域日新月異的發(fā)展和OT領(lǐng)域嚴(yán)重的滯后，以至于最終用戶為了維持生產(chǎn)運(yùn)行不得不背負(fù)沉重的代價(jià)，同時(shí)又不得不為渴望采用新技術(shù)而感到無(wú)能為力[1]。如果說(shuō)在2014年以前還僅僅是像?？松梨?ExxonMobil)一部分工程技術(shù)人員希望沖破現(xiàn)有的硬件軟件捆綁的分散控制系統(tǒng)(distributed control system,DCS)帶來(lái)的許多負(fù)擔(dān)，那么經(jīng)過(guò)多年的不懈努力，如今這已經(jīng)為包括默克(Merck)、杜邦(Dupont)、殼牌(Shell)、巴斯夫(BASF)、喬治亞太平洋(Georgia Pacific)和埃克森美孚等大型工業(yè)制造商對(duì)傳統(tǒng)流程自動(dòng)化供應(yīng)商提出了新的要求：要求它們采用開(kāi)放、互操作和內(nèi)在安全的IT/OT融合解決方案，即將信息技術(shù)IT和操作技術(shù) OT統(tǒng)一并融合為一個(gè)管理和控制的單一系統(tǒng)[2]。這或許就是在國(guó)內(nèi)十幾年以前就提倡的管控一體化系統(tǒng)的真正實(shí)現(xiàn)。

1 簡(jiǎn)述開(kāi)放流程自動(dòng)化的進(jìn)展

美國(guó)The Open Group 在2016年11月創(chuàng)建了開(kāi)放流程自動(dòng)化論壇(the open process automationTMforum,OPSF)，迄今已經(jīng)4年多了。其主要目標(biāo)是為下一代流程自動(dòng)化系統(tǒng)的體系架構(gòu)制定系列標(biāo)準(zhǔn)。目前，論壇形成了一個(gè)以大型最終用戶為主、包括流程自動(dòng)化供應(yīng)商組成的共同體。他們聚焦于如何運(yùn)用最新的分布式云計(jì)算技術(shù)和虛擬化技術(shù)，重新定義已經(jīng)日趨陳舊、20多年沒(méi)有變動(dòng)的架構(gòu)，重新定義DCS和可編程邏輯控制器(programmable logic controller,PLC)，以及與優(yōu)化運(yùn)營(yíng)密切相關(guān)的先進(jìn)控制和制造執(zhí)行系統(tǒng)(manufacturing execution system,MES)。所謂下一代流程自動(dòng)化系統(tǒng)區(qū)別于現(xiàn)有DCS的主要特征是：開(kāi)放、可互操作、具有內(nèi)生的信息安全，以及充分運(yùn)用新的IT技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速部署和投運(yùn)。顯然這些標(biāo)準(zhǔn)將保證獨(dú)立供應(yīng)商提供的基本功能部件和組件按照模塊化架構(gòu)的方式以及開(kāi)放的接口標(biāo)準(zhǔn)，方便地集成到流程工業(yè)適用的各類大、中、小系統(tǒng)之中[1]。

在選擇現(xiàn)有的、卓有成效的、適用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，綜合開(kāi)發(fā)新的系列標(biāo)準(zhǔn)O-PAS。這是總的思路。標(biāo)準(zhǔn)的整體規(guī)劃劃分為8個(gè)部分。

O-PAS標(biāo)準(zhǔn)如圖1所示。

圖1 O-PAS標(biāo)準(zhǔn)

具體實(shí)施制定標(biāo)準(zhǔn)的路線圖分三步走：第一步是2019年1月公布了OPAS V1.0，著重于規(guī)范流程控制系統(tǒng)所用部件的互操作性；第二步是在2020年發(fā)表V2.0，主要規(guī)范組態(tài)(配置)和可移植性、可互換性；第三步是在2021年發(fā)表V3.0，主要是面向如何應(yīng)用的規(guī)范或指南。OPAF論壇希望通過(guò)每年發(fā)布一個(gè)新版本的方式，推動(dòng)開(kāi)放流程自動(dòng)化能在工業(yè)界到得認(rèn)可和推進(jìn)，促使自動(dòng)化供應(yīng)商啟動(dòng)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，并反饋技術(shù)意見(jiàn)，同時(shí)也反映最終用戶的意見(jiàn)。

目前，OPAS論壇已頒布了第1至第6部分的評(píng)估版。2019年2月正式推出新標(biāo)準(zhǔn)的第一版OPAS V1.0，給出了一個(gè)與供應(yīng)商無(wú)關(guān)的參考架構(gòu)；經(jīng)過(guò)不到一年的時(shí)間，在2020年1月定版正式發(fā)布。2020年2月發(fā)布了OPAS V2.0，包括OPAS標(biāo)準(zhǔn)的Part 6.1、6.2、6.4和Part 7，可從OPAF的網(wǎng)站下載評(píng)估版。

為開(kāi)放、可互操作和安全的流程自動(dòng)化建立一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)”，是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)。其制定策略是首先參考現(xiàn)有的各種適用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，識(shí)別這些標(biāo)準(zhǔn)與OPAS所要求的目標(biāo)之間存在的差距，再與制定這些標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)組織一起對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，或增加適合OPAF要求的條款，以實(shí)現(xiàn)合適的定義。只有在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)都不適用的時(shí)候，才考慮開(kāi)發(fā)全新的標(biāo)準(zhǔn)。為此，OPAF論壇已經(jīng)與下列組織達(dá)成許可協(xié)議：AutomationML、Control System Integrator Association(CSIA)、Distributed Management Task Force(DMTF)、FieldComm Group、Industrial Internet Consortium(IIC)、International Society Automation(ISA)、NAMUR、OPC Foundation、PLCopen以及ZVEI等。

已經(jīng)發(fā)布的OPAS V1.0共有五個(gè)部分：Part 1-技術(shù)架構(gòu)概述(資料性);Part 2-信息安全(資料性);Part 3-配置;Part 4-聯(lián)接性框架(OCF);Part 5-系統(tǒng)管理。OPAS V1.0已經(jīng)有效采用了三個(gè)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)：ANAI/ISA 62443(被IEC采納為信息安全標(biāo)準(zhǔn)IEC 62443)、OPC UA(被IEC采納為連接性標(biāo)準(zhǔn)IEC 62541)以及RedFISH(來(lái)自DMTF的系統(tǒng)管理標(biāo)準(zhǔn))。Redfish是一種將IT軟件和軟件定義數(shù)據(jù)中心聚集混合的管理標(biāo)準(zhǔn)。它增強(qiáng)了公用的Internet和Web服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)，讓信息直接面對(duì)現(xiàn)代工具鏈，不管是由人讀取還是由機(jī)器讀取，既簡(jiǎn)單又安全。

OPAS V2.0和V2.1(關(guān)于組態(tài)的可移植性)著重于對(duì)不同的自動(dòng)化部件和系統(tǒng)進(jìn)行控制策略的移植。OPAF所謂的可移植性是指從軟件供應(yīng)商購(gòu)買(mǎi)的應(yīng)用軟件，能按照應(yīng)用的許可協(xié)議在一個(gè)公司內(nèi)部的各種控制系統(tǒng)之間移植。如果經(jīng)過(guò)最終用戶的識(shí)別、判斷和采納，就可以將他們的知識(shí)產(chǎn)權(quán)IP以控制策略的形式進(jìn)行移植[3]。V2.0和V2.1中用到的已有標(biāo)準(zhǔn)包括：IEC 61131-3(用于控制概念)、IEC 61499(用于執(zhí)行協(xié)調(diào))和IEC 61804(用于功能塊)。未來(lái)的OPAS V3.0將著重于應(yīng)用程序的可移植性。

與此同時(shí)，建立測(cè)試床和進(jìn)行工業(yè)中試的計(jì)劃也在順利推進(jìn)并付諸建設(shè)落實(shí)。2019年5月的OPAF可互操作性工作會(huì)議，敦促成員通過(guò)已經(jīng)建立的測(cè)試床試驗(yàn)。他們支持OPAS V1.0的硬件和軟件，以驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)初始版本的正確性和清晰性，從而將初始版升級(jí)為正式版。

圖2是?？松梨谥贫ǖ难邪l(fā)計(jì)劃，并提交OPAF實(shí)施。研發(fā)的工作范圍分為展示技術(shù)的可行性、推進(jìn)技術(shù)的可行性、制定標(biāo)準(zhǔn)、對(duì)標(biāo)準(zhǔn)和組件進(jìn)行測(cè)試，以及展示技術(shù)準(zhǔn)備就緒的成果。目前，研究工作已完成概念驗(yàn)證和原型系統(tǒng)。整個(gè)研發(fā)計(jì)劃從2016年至2023年，時(shí)間跨度約為6～7年[4]。

圖2 ?？松梨谥贫ǖ拈_(kāi)放流程自動(dòng)化的研發(fā)計(jì)劃

2 開(kāi)放流程自動(dòng)化系統(tǒng)編排的成功試驗(yàn)

The Open Group創(chuàng)立的OPAF論壇，為流程自動(dòng)化系統(tǒng)定義一個(gè)高度標(biāo)準(zhǔn)化的參考體系結(jié)構(gòu)。?？松梨跒镺PAF提供了最初的動(dòng)力，繼續(xù)投資于該技術(shù)，并在自己的試驗(yàn)室和測(cè)試床對(duì)開(kāi)放自動(dòng)化進(jìn)行試驗(yàn)。

采用開(kāi)放自動(dòng)化的主要挑戰(zhàn)之一是如何集成和管理。如果不能解決這一關(guān)鍵問(wèn)題，就難以提供比今天的專有自動(dòng)化產(chǎn)品更好的價(jià)值和性能。為了搞清這一挑戰(zhàn)的困難所在，并探索解決方案，CPLANE.ai作為風(fēng)投公司和OPAF成員資助并與?？松梨诤献鏖_(kāi)展試點(diǎn)項(xiàng)目。該項(xiàng)目采用現(xiàn)有的OPAF標(biāo)準(zhǔn)和一些現(xiàn)有的自動(dòng)化產(chǎn)品，并用先進(jìn)的云編排技術(shù)予以集成組合[2,5]。雖然這個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目只進(jìn)行了幾個(gè)月，但它已經(jīng)證明了這些技術(shù)有足夠的能力去成功部署和管理開(kāi)放流程自動(dòng)化控制系統(tǒng)，包括從初始設(shè)計(jì)到整合分布在不同地域的多個(gè)目標(biāo)控制器硬件。

系統(tǒng)編排是為大型復(fù)雜系統(tǒng)提供“數(shù)字生命周期管理”的技術(shù)和科學(xué)。對(duì)于大型電信網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的企業(yè)數(shù)據(jù)中心和Web規(guī)模的數(shù)據(jù)中心而言，系統(tǒng)編排已經(jīng)是相當(dāng)成熟的技術(shù)。運(yùn)營(yíng)商(甚至可以沒(méi)有運(yùn)營(yíng)商)借助于編排工具和技術(shù)管理龐大而復(fù)雜的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施。相比較而言，將系統(tǒng)編排技術(shù)用于復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)則是一種新的嘗試和挑戰(zhàn)。工業(yè)編排系統(tǒng)作為一個(gè)獨(dú)立的集成系統(tǒng)，對(duì)所有計(jì)算元素、軟件堆棧、控制應(yīng)用程序、網(wǎng)絡(luò)和容器進(jìn)行管理。隨著下一代工業(yè)控制系統(tǒng)迅速成熟，并向日益復(fù)雜的數(shù)字技術(shù)堆棧過(guò)渡，為工業(yè)系統(tǒng)定制的系統(tǒng)編排，必將成為由多個(gè)供應(yīng)商提供開(kāi)放組件構(gòu)成開(kāi)放控制系統(tǒng)的“系統(tǒng)性”的關(guān)鍵因素。圖3描述了工業(yè)系統(tǒng)編排管理的工廠/成套裝置生命周期的三個(gè)階段。

圖3 工業(yè)系統(tǒng)編排管理的工廠/成套裝置生命周期的三個(gè)階段

第一階段為啟動(dòng)階段，主要任務(wù)是發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字化控制節(jié)點(diǎn)分布式控制節(jié)點(diǎn)(distributed control node,DCN)，輸入系統(tǒng)的各種要求，接著是基于系統(tǒng)要求和所提供的計(jì)算部件進(jìn)行智能部署。第二階段是運(yùn)行階段，主要任務(wù)是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，包括系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)拍heartbeat、故障和服務(wù)等級(jí)協(xié)議(service-level agreement,SLA)；發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)自動(dòng)治愈和恢復(fù)，以確保很高的可用率，維護(hù)升級(jí)。第三階段是演進(jìn)階段，主要是增加或升級(jí)新的的功能性，包括增加新的設(shè)備、新的服務(wù)和新的應(yīng)用程序、遷移應(yīng)用程序以及擴(kuò)展系統(tǒng)的能力。

這次演示的中試裝置模擬了一個(gè)化學(xué)混合和加熱過(guò)程，涉及幾個(gè)裝置:反應(yīng)罐批處理裝置、熱交換器、產(chǎn)品存儲(chǔ)罐和一個(gè)冷水機(jī)。該演示的試驗(yàn)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施包括14個(gè)單獨(dú)的計(jì)算設(shè)備，其中13個(gè)是DCN，另一個(gè)是單獨(dú)的高級(jí)計(jì)算平臺(tái)(advanced computing platform,ACP)。DCN運(yùn)行工業(yè)過(guò)程的控制回路，而ACP內(nèi)裝有人機(jī)界面(human machine interface,HMI)應(yīng)用程序以及施耐德的IEC-61499工程設(shè)計(jì)工具EcoStructure Automation Expert。這些計(jì)算設(shè)備是由不同微處理器(英特爾X86和ARM)的異構(gòu)組合，它們具有不同制造商提供的不同配置的RAM和存儲(chǔ)空間。將這些設(shè)備劃分在2個(gè)不同地域，大約一半的計(jì)算設(shè)備在紐約，另一半在加利福尼亞，以表示真正的分布式拓?fù)洹?/p>

DCN和ACP用于太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接，DCN還與連接傳感器和執(zhí)行器的模擬現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)連接。兩個(gè)操作運(yùn)行站點(diǎn)(加州與紐約)由設(shè)在加州的CPLANE.ai數(shù)據(jù)中心(即第三個(gè)站點(diǎn))通過(guò)VPN連接。整個(gè)數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施都是在加州的站點(diǎn)進(jìn)行管理協(xié)調(diào)的。

試驗(yàn)的目標(biāo)是通過(guò)CPLANE.ai 的Industrial Orchestrator正確自動(dòng)安裝部署模擬化工廠控制系統(tǒng)所需的所有軟件。CPLANE.ai的 Orchestrator在大約10 min內(nèi)完成這個(gè)“啟動(dòng)階段”操作，工程效率之高實(shí)在超乎想象。因?yàn)榘凑找酝慕?jīng)驗(yàn)，手動(dòng)安裝一個(gè)類似的系統(tǒng)通常需要2～3名工程師組成的團(tuán)隊(duì)花費(fèi)幾天或一周的時(shí)間。

圖4描述了工業(yè)自動(dòng)編排系統(tǒng)的基本概念和功能。利用它對(duì)包括應(yīng)用程序的監(jiān)控、過(guò)程控制層、計(jì)算層(操作系統(tǒng)OS、虛擬機(jī)VM、容器)、網(wǎng)絡(luò)安全以及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的數(shù)字化的基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行生命周期的管理和監(jiān)控。

圖4 CPLANE編排系統(tǒng)的基本概念和功能

下面詳細(xì)給出利用Cplane.ai的工業(yè)編排系統(tǒng)在啟動(dòng)階段的工作順序[2]。

(1)控制系統(tǒng)初始狀態(tài)。①傳感器和驅(qū)動(dòng)器(模擬)通過(guò)I/O總線或直接連接到DCN。②在工程設(shè)計(jì)工具中已經(jīng)創(chuàng)建并編譯了流程控制所需的IEC-61499功能塊。③所有的DCN和ACP設(shè)備都連接到以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，處于同一控制和數(shù)據(jù)平面層。④所有DCN和ACP設(shè)備都已上電，并已預(yù)裝Linux和DMTF Redfish客戶端。⑤CPLANE.ai Orchestrator運(yùn)行在同一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)上，如同流程自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行在基于X86的專用的Linux上。⑥將IEC-61499工程設(shè)計(jì)工具接到Cplane.ai 的Orchestrator。⑦演示從HMI運(yùn)行開(kāi)始。此時(shí)，屏幕上顯示尚沒(méi)有接收傳感器數(shù)據(jù)，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施。

(2)操作員在CPLANE.ai Orchestrator上單擊鼠標(biāo)，啟動(dòng)發(fā)現(xiàn)的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施。然后Orchestrator輪詢控制網(wǎng)絡(luò)上的所有數(shù)字設(shè)備，將每個(gè)設(shè)備注冊(cè)到Orchestrator的信息模型數(shù)據(jù)庫(kù)中；運(yùn)用DMTF Redfish協(xié)議以及其他標(biāo)準(zhǔn)IT發(fā)現(xiàn)協(xié)議，將每個(gè)數(shù)字設(shè)備的附加細(xì)節(jié)納入編配器的信息模型。執(zhí)行這個(gè)發(fā)現(xiàn)過(guò)程大約需要90 s。然后，CPLANE.ai Orchestrator構(gòu)建物理基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字拓?fù)淠Ｐ停枋鑫锢砘A(chǔ)設(shè)施及其狀態(tài)的深度數(shù)據(jù)。該拓?fù)淠Ｐ蛯⒂糜谥悄軟Q策控制系統(tǒng)的每個(gè)軟件組件將準(zhǔn)確安裝在何處。于是CPLANE.ai Orchestrator在其內(nèi)存中有效地建立了控制系統(tǒng)數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的“數(shù)字孿生”；并能夠顯示控制系統(tǒng)的所有數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，包括每個(gè)連接設(shè)備的豐富細(xì)節(jié)。信息模型內(nèi)的詳細(xì)信息示例，包括微處理器類型和制造商、設(shè)備制造商和型號(hào)、設(shè)備的可用RAM和存儲(chǔ)空間、CPU利用率和可用性、設(shè)備IP地址、網(wǎng)絡(luò)區(qū)段、操作系統(tǒng)類型和版本。

(3)按“滿足控制系統(tǒng)‘?dāng)?shù)字生命周期’的所有要求”對(duì)CPLANE.ai Orchestrator進(jìn)行“編程”。這個(gè)“編程”步驟是通過(guò)上傳一個(gè)或多個(gè)OASIS TOSCA文檔執(zhí)行的。該文檔包含了所有的系統(tǒng)需求，并采用結(jié)構(gòu)化、可重用的數(shù)據(jù)格式(用YAML描述結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù))。OASIS TOSCA文檔中的需求示例包括：軟件應(yīng)用程序的設(shè)備要求，例如微處理器類型、可用RAM、操作系統(tǒng)類型和版本等；管控系統(tǒng)生命周期的策略，例如某個(gè)軟件應(yīng)用程序作為其他軟件應(yīng)用程序的先決條件、高可用性要求、安全區(qū)域要求、與特定I/O位置的關(guān)聯(lián)等。至此，CPLANE.ai Orchestrator存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)存放了經(jīng)過(guò)編程的“系統(tǒng)工程知識(shí)”；而且，通過(guò)運(yùn)用復(fù)雜的算法，可智能地決定哪個(gè)應(yīng)用程序應(yīng)該安裝在哪臺(tái)設(shè)備上。同樣重要的是，CPLANE.ai Orchestrator確切地理解必須以正確的順序采取哪些步驟，才能以自動(dòng)化和確定的方式安裝整個(gè)系統(tǒng)的所有軟件。開(kāi)放流程自動(dòng)化系統(tǒng)作為IT/OT融合的系統(tǒng)，只能在一個(gè)整體框架內(nèi)進(jìn)行有效和高效的管理。編排平臺(tái)已經(jīng)將所有要求、策略、過(guò)程、工作流和狀態(tài)管理等合并到單個(gè)結(jié)構(gòu)中。這種單一的管理結(jié)構(gòu)現(xiàn)在能夠在多個(gè)維度采取行動(dòng)，并深刻理解整個(gè)數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的依賴關(guān)系和相互依賴關(guān)系，包括管理應(yīng)用(HMI、歷史數(shù)據(jù)庫(kù))、過(guò)程控制應(yīng)用、計(jì)算層(OS、Docker、虛擬機(jī))、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)。

(4)激活編排軟件平臺(tái)來(lái)部署ICS軟件。操作員只需按下“部署”按鈕，就可以開(kāi)始組態(tài)和安裝操作。接下去，編排軟件平臺(tái)并行地在系統(tǒng)的所有DCN和ACP節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行以下操作。①檢查每個(gè)設(shè)備以及整個(gè)系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)。②計(jì)算每個(gè)設(shè)備和整個(gè)系統(tǒng)的最終期望狀態(tài)。③評(píng)估每個(gè)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)、安全、先決條件等方面的策略約束(“規(guī)則”)。④計(jì)算部署整個(gè)系統(tǒng)所需的所有步驟而不違反任何約束條件。⑤計(jì)算編寫(xiě)一個(gè)工作流引擎，以執(zhí)行每一個(gè)步驟，在允許的情況下這些步驟既可以是順序執(zhí)行，也可以是并行執(zhí)行。⑥工作流引擎(在編排軟件平臺(tái)內(nèi))采取如下動(dòng)作，調(diào)用預(yù)先制作的腳本(如Ansible和Python)來(lái)指導(dǎo)安裝程序。⑦在需要實(shí)例化設(shè)備狀態(tài)變化的地方動(dòng)態(tài)創(chuàng)建自定義腳本清理設(shè)備以允許新的軟件安裝。同時(shí)，編排軟件平臺(tái)Orchestrator監(jiān)視數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，一旦發(fā)現(xiàn)操作成功完成的事件或發(fā)現(xiàn)意外出錯(cuò)，需要Orchestrator采取操作，或通知操作人員Orchestrator在系統(tǒng)上執(zhí)行相應(yīng)操作。

一切工程運(yùn)行時(shí)環(huán)境準(zhǔn)備就緒，指導(dǎo)IEC 61499工程設(shè)計(jì)工具在特定的DCN中安裝特定的功能塊

執(zhí)行此部署過(guò)程大約需要5 min，可達(dá)到完全部署好控制系統(tǒng)的結(jié)果。

(5)切換回HMI，首先要注意的是有顯示傳感器發(fā)送來(lái)的數(shù)值，這表明OPC-UA已正確安裝好，并與正確的I/O相連接，同時(shí)成功地向HMI發(fā)送數(shù)據(jù)。使用人機(jī)界面，啟動(dòng)(模擬的)化學(xué)過(guò)程。每個(gè)工段成功執(zhí)行其功能塊代碼，使化學(xué)過(guò)程按預(yù)期的情況運(yùn)行操作。

從發(fā)出啟動(dòng)命令開(kāi)始，經(jīng)過(guò)上述的所有操作步驟到HMI能夠啟動(dòng)控制功能，整個(gè)“啟動(dòng)階段”大約需要10 min。

通過(guò)這個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，可以得出以下結(jié)論[2]。

①開(kāi)放系統(tǒng)的系統(tǒng)性可以通過(guò)系統(tǒng)編排實(shí)現(xiàn)。利用相關(guān)的新技術(shù)和編排技術(shù)，可以將多供應(yīng)商提供的軟硬件組件集成到一個(gè)整體的開(kāi)放過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)中。

②開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)使得互操作性在很大程度上更容易管理，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也更可靠。這些開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)將隨著技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展，并有助于在未來(lái)證明在其上所花費(fèi)的投資是正確和合理的。

③與當(dāng)前OT解決方案的集成需要供應(yīng)商的合作和協(xié)作相比較，本次試驗(yàn)得到了相當(dāng)理想的結(jié)果。應(yīng)該將思維從IT領(lǐng)域和OT領(lǐng)域各行其政轉(zhuǎn)移到在一個(gè)內(nèi)聚的統(tǒng)一框架中管理IT/OT數(shù)字資產(chǎn)的集成混合架構(gòu)。

④系統(tǒng)編排對(duì)于加速I(mǎi)T/OT融合系統(tǒng)的創(chuàng)新和采用至關(guān)重要。

當(dāng)然，目前進(jìn)行的是研發(fā)項(xiàng)目，而不是一個(gè)工業(yè)項(xiàng)目。然而，如果這些系統(tǒng)最終能夠滿足?？松梨诘牧鞒套詣?dòng)化運(yùn)營(yíng)和工業(yè)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，它們就可以被考慮對(duì)其數(shù)百個(gè)工藝單元進(jìn)行升級(jí)。估計(jì)單是每套設(shè)備就可以節(jié)省大約100萬(wàn)美元的資本支出，甚至更多。而更大的意義在于，這一項(xiàng)目是目前所能看到和做到的，最接近OPAF愿景的實(shí)現(xiàn)。不論是從任意的層級(jí)，還是從OT和IT兩方面的視角看，其都在很大程度上實(shí)現(xiàn)了開(kāi)放自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)初設(shè)定的目標(biāo)，而且是用目前所能提供的商業(yè)化工業(yè)軟件產(chǎn)品完成的方法。

3 結(jié)論

開(kāi)放流程自動(dòng)化從概念的提出起步，至今也不過(guò)短短4年多的時(shí)間，可其進(jìn)展之快、步履之踏實(shí)、工作之細(xì)致，確實(shí)令人刮目相看。按照?？松梨谠戎贫ǖ挠?jì)劃，從2021年開(kāi)始就可以進(jìn)入真正的工業(yè)試驗(yàn)?；厮?975年DCS產(chǎn)品面世到推廣應(yīng)用再到風(fēng)靡全全球的流程工業(yè)，也不過(guò)用十來(lái)年。而今，開(kāi)放流程自動(dòng)化以一種顛覆性的集成創(chuàng)新正在革DCS的命。其動(dòng)力來(lái)自于最終用戶基于長(zhǎng)期體驗(yàn)而由衷發(fā)出的強(qiáng)烈呼聲和迫不及待的行動(dòng)。其目標(biāo)卻是盡可能發(fā)揮現(xiàn)今先進(jìn)IT技術(shù)和流程工業(yè)的OT技術(shù)的內(nèi)生融合，沖破現(xiàn)有DCS硬件軟件捆綁的束縛，開(kāi)創(chuàng)流程工業(yè)自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)優(yōu)化、升級(jí)換代和少數(shù)工業(yè)自動(dòng)化巨頭壟斷的新局面。從最初只有一家企業(yè)看好，到現(xiàn)在已獲得許多大型工業(yè)制造商的支持，就足以證明它的生命力和無(wú)限潛力。