模塊型封裝面臨決定性的一步

文/ Sabine Mühlenkamp

本文作者系德文版PROCESS自由撰稿人。

關(guān)于模塊型封裝（MTP）的激烈探討——NAMUR(國(guó)際過(guò)程工業(yè)自動(dòng)化用戶協(xié)會(huì))首次花了半天的時(shí)間，在一次在線會(huì)議上詳細(xì)討論了模塊型封裝（MTP）的主題。正如NAMUR協(xié)會(huì)董事會(huì)主席Felix Hanisch博士所證實(shí)的那樣：“我認(rèn)為我們已經(jīng)通過(guò)模塊型封裝（MTP）取得了非凡的成就。現(xiàn)在的當(dāng)務(wù)之急是成功地將模塊型封裝（MTP）付諸實(shí)踐”。為了確保這項(xiàng)工作的成功， Profibus用戶組織（PNO）在2021年秋天被聘為主辦方。PNO將主要負(fù)責(zé)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化、營(yíng)銷、認(rèn)證、測(cè)試、培訓(xùn)和研討會(huì)等任務(wù)。

在技術(shù)方面，圍繞模塊型封裝（MTP）的工作也在取得進(jìn)展。與此同時(shí)，NAMUR其他的建議，如NE185 “PLT資格要求”和NE187 “模塊化系統(tǒng)的POL要求”也正在制定中。此外，一個(gè)新的工作組AK 2.12 “流程編排”已經(jīng)成立。贏創(chuàng)的Christian Bramsiepe先生呼吁運(yùn)營(yíng)商確保在實(shí)踐中進(jìn)一步推動(dòng)這一主題并將其推廣到工廠：“我們必須在市場(chǎng)上要求模塊化系統(tǒng)，包括相應(yīng)的自動(dòng)化，最重要的是，在公司內(nèi)部進(jìn)一步推動(dòng)這一概念。模塊型封裝（MTP）的概念還沒(méi)有普及到各地?！?/p>

安全性和靈活性

安全性的話題毫無(wú)意外地成為了模塊化自動(dòng)化的焦點(diǎn)，尤其是當(dāng)安全技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)靈活性的情況。在這方面，德累斯頓工業(yè)大學(xué)的Anselm Klose先生提出了一個(gè)概念，即如何能夠以不太費(fèi)力的方式實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。“當(dāng)我們運(yùn)營(yíng)一個(gè)模塊化系統(tǒng)時(shí)，它應(yīng)該是安全的，但也要盡可能簡(jiǎn)單?！盞lose先生描述了這種窘境。在此，一個(gè)決定性因素就是：從一開(kāi)始就必須考慮到安全技術(shù)，例如通過(guò)工藝設(shè)計(jì)、選擇工藝設(shè)備組件（PEA）配置和選擇工廠拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。一方面對(duì)于模塊內(nèi)安全措施，工藝設(shè)備組件具備自己完整的模塊內(nèi)安全儀表系統(tǒng)（SIS）。另一方面，對(duì)于總體概念來(lái)說(shuō)，需要一個(gè)具有功能性的安全編排層（fSOL）的模塊間安全概念。為此需要一個(gè)安全的模塊型封裝（MTP）。

此外，還有一個(gè)問(wèn)題就是：哪些任務(wù)可以外包給工藝設(shè)備組件（PEA）制造商，哪些屬于安全的模塊型封裝（MTP）。Klose先生已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了開(kāi)發(fā)模塊內(nèi)和模塊間安全概念的解決方案。即使人們還不清楚最終的應(yīng)用是什么樣子，這一點(diǎn)也必須適用。目前，德累斯頓工業(yè)大學(xué)正在研究哪種工藝設(shè)備組件（PEA）和系統(tǒng)的安全策略是最好且最實(shí)用的解決方案。德累斯頓工業(yè)大學(xué)的Florian Pelzer先生在P20實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)展示了他們的安全概念。

如果有一個(gè)模塊單元出現(xiàn)故障，該怎么辦？

即使在模塊化的世界里，組件有時(shí)也會(huì)失效，但到目前為止，這方面的重點(diǎn)更多地被放在了工藝設(shè)備組件（PEA）的可用性上?？扑紕?chuàng)公司的Marc Birken Birkenkamp先 生 說(shuō)：“目前我們?nèi)栽诿髦校覀兿胫廊绻粋€(gè)執(zhí)行器被鎖定或工藝設(shè)備組件（PEA）中的程序沒(méi)有啟動(dòng)，該怎么辦。”NE 184 “模塊化工藝單元的診斷和維護(hù)功能 ”能提供這方面的支持。除了引入監(jiān)測(cè)和優(yōu)化層（MOL）外，還有一種整體方法就是將模塊型封裝（MTP）和NOA信息聯(lián)系起來(lái)，并提供4種相互依存的診斷配置文件以便于輸入。

制造執(zhí)行系統(tǒng)而不是控制系統(tǒng)？

巴斯夫的Nils Richter博士帶來(lái)了一個(gè)有趣的觀點(diǎn)：當(dāng)流程編排發(fā)生在制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）中而不再是傳統(tǒng)的過(guò)程控制系統(tǒng)中時(shí)，實(shí)際上會(huì)發(fā)生什么？這樣做的好處是，化學(xué)家可以設(shè)計(jì)他的工藝。與其他IT系統(tǒng)的靈活連結(jié)將成為可能，例如集成ERP、LIMS或數(shù)據(jù)庫(kù)。來(lái)自生產(chǎn)和內(nèi)部物流的其他單元也可以通過(guò)即插即用的方式進(jìn)行集成。由于其操作簡(jiǎn)單，在這個(gè)過(guò)程中可以加入人工操作，例如手工掃描條碼。集成新的模塊單位可以節(jié)省大量時(shí)間，而且可以更快地將新產(chǎn)品推廣市場(chǎng)。理論上是這樣，但實(shí)際上又是怎樣呢？

巴斯夫與ABB和菲尼克斯電氣一起，通過(guò)使用一個(gè)開(kāi)放的自動(dòng)化演示器，大膽嘗試了以不同的方式編排模塊型封裝（MTP）模塊。該演示器由4個(gè)自動(dòng)化模塊組成，每個(gè)模塊都代表1個(gè)連貫的傳感器和執(zhí)行器組，并有自己的控制器（分布式控制節(jié)點(diǎn)）。

控制器的編程符合模塊型封裝（MTP）標(biāo)準(zhǔn)，包括工程文件、服務(wù)和狀態(tài)自動(dòng)化，以及作為編排層的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）?！跋葲Q條件是基于狀態(tài)的控制，以便MES可以承擔(dān)它本來(lái)不打算執(zhí)行的任務(wù)?！盧ichter先生解釋說(shuō)。此外，市面上的MES產(chǎn)品必須實(shí)施模塊型封裝（MTP）標(biāo)準(zhǔn)，并與工作流程工具相結(jié)合。

至少在開(kāi)放式自動(dòng)化演示器上，人們的期望得到了滿足。這3家企業(yè)成功地實(shí)現(xiàn)了高效的工程設(shè)計(jì)，在集成模塊單元時(shí)可節(jié)省高達(dá)70%的時(shí)間。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，他們希望通過(guò)提高透明度和優(yōu)化操作流程，來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)品質(zhì)量和交付可靠性。

人們可以從演示器中推斷出現(xiàn)實(shí)嗎？Richter先生的回答很明確：“當(dāng)然，仍然會(huì)有很大一部分任務(wù)只能用經(jīng)典的分散控制系統(tǒng)（DCS）來(lái)解決。但我們也明確地發(fā)現(xiàn)了大量不再需要使用分散控制系統(tǒng)（DCS）的任務(wù)。”

實(shí)踐中的模塊型封裝（MTP）

最后，默克公司的Sebastian H?rter先生和西門子的Matthias Berenz先生一起展示了默克公司在生產(chǎn)過(guò)程中首次使用流程編排層（POL）。他們兩個(gè)人都對(duì)這項(xiàng)技術(shù)充滿熱情，即使目前在實(shí)際執(zhí)行中出現(xiàn)了一些問(wèn)題。

對(duì)于他們來(lái)說(shuō)，障礙之一是模塊型封裝（MTP）的標(biāo)準(zhǔn)（VDI/VDE 2658）尚未最終確定并在實(shí)踐中得到驗(yàn)證。雖然許多原始設(shè)備制造商對(duì)這一主題表現(xiàn)出普遍的興趣，但表示在標(biāo)準(zhǔn)確定好之前不愿加入進(jìn)來(lái)。此外，目前有市場(chǎng)上只有少數(shù)標(biāo)準(zhǔn)工具可供模塊制造商使用，例如用來(lái)創(chuàng)建MTP的模塊型封裝（MTP）生成器。這同樣適用于流程編排層（POL）的核心功能，這是跨POL使用模塊的前提條件。

特別是在GMP系統(tǒng)中，也存在一些待解決的問(wèn)題，特別是在PEA和POL之間的交互、數(shù)據(jù)處理、審計(jì)跟蹤、用戶管理以及編排驗(yàn)證等方面。盡管如此，H?rter先生和Berenz先生還是堅(jiān)信模塊型封裝（MTP）的發(fā)展方向是正確的。

其他部門也對(duì)模塊型封裝（MTP）概念感興趣

那些認(rèn)為模塊型封裝（MTP）只與精細(xì)化工和制藥行業(yè)相關(guān)的人們，已經(jīng)被Semodia公司的Henry Bloch先生證明是錯(cuò)誤的。其他行業(yè)也正以極大的興趣關(guān)注模塊型封裝（MTP）的實(shí)際實(shí)施。以下僅舉幾個(gè)例子。

在涉及到船只巡航過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化時(shí)，這些模塊往往無(wú)法組合在一起，這需要相應(yīng)的高額外工作。這里的挑戰(zhàn)是造船時(shí)間、在海上進(jìn)行的調(diào)試和驗(yàn)收所付出的精力都是非常多的。連接接口的時(shí)間越長(zhǎng)，成本就越高。如果使用模塊型封裝（MTP）的話，由于模塊和封裝單元更容易整合，昂貴的船廠時(shí)間應(yīng)該就會(huì)大大減少。

氫能行業(yè)對(duì)模塊型封裝（MTP）感到非常興奮。未來(lái)，電解裝置將會(huì)在移動(dòng)容器制造中被制造出來(lái)。但目前已經(jīng)可以預(yù)見(jiàn)到，這些電解裝置會(huì)是非常不同的。而模塊型封裝（MTP）提供了集成這些模塊的可能性。

過(guò)程分析技術(shù)的用戶也表現(xiàn)出極大的興趣。這里包含了大量的設(shè)備、技術(shù)和制造商。PAT系統(tǒng)的集成仍然非常復(fù)雜。這在未來(lái)也可以通過(guò)使用MTP變得更容易。