現(xiàn)在的過(guò)程和混合制造商所面臨的挑戰(zhàn)與五年或十年前的不同，而軟件定義控制系統(tǒng)正在發(fā)揮作用。制造企業(yè)正在承諾提高可持續(xù)性，甚至設(shè)定了在未來(lái)幾年內(nèi)，要實(shí)現(xiàn)的凈零碳目標(biāo)。與此同時(shí)，充滿活力的全球市場(chǎng)迫使制造商實(shí)現(xiàn)更靈活的運(yùn)營(yíng)，以滿足客戶(hù)不斷變化的需求。
為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，企業(yè)需要能更輕松的訪問(wèn)數(shù)據(jù)，他們正在朝著無(wú)界自動(dòng)化的愿景發(fā)展。在這一愿景中，數(shù)據(jù)從智能現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)邊緣無(wú)縫地傳輸?shù)皆贫?。團(tuán)隊(duì)需要能夠輕松的訪問(wèn)數(shù)據(jù)，來(lái)提高生產(chǎn)力和運(yùn)營(yíng)敏捷性，這將有助于實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)，但在傳統(tǒng)的控制技術(shù)中，數(shù)據(jù)更有可能是孤立的，無(wú)法自由的使用數(shù)據(jù)。這種差異促使許多運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)考慮新項(xiàng)目來(lái)取代其老化的基礎(chǔ)設(shè)施，但傳統(tǒng)的擴(kuò)建和更新項(xiàng)目可能既復(fù)雜又昂貴。
軟件定義的控制技術(shù)是一種模型，通過(guò)消除專(zhuān)用控制硬件，實(shí)現(xiàn)更靈活、可擴(kuò)展、面向未來(lái)的運(yùn)營(yíng)，最終使項(xiàng)目更容易執(zhí)行，更具成本效益。因此，理解軟件定義控制，對(duì)于駕馭自動(dòng)化的未來(lái)至關(guān)重要。
一、為何工業(yè)控制系統(tǒng)需要軟件定義？
如今，當(dāng)運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)想要擴(kuò)展或使其自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)代化時(shí)，通常必須購(gòu)買(mǎi)和安裝各種新的硬件。團(tuán)隊(duì)還需要購(gòu)買(mǎi)特定的工業(yè)硬件控制器，然后將其配置在專(zhuān)用機(jī)柜中。他們還需要購(gòu)買(mǎi)運(yùn)營(yíng)所需的新I/O，需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層來(lái)容納所有的新設(shè)備。
軟件定義控制可以消除現(xiàn)有自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件復(fù)雜性。團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該能夠在許多不同的硬件平臺(tái)上，運(yùn)行容器化的控制工作負(fù)載，而無(wú)需購(gòu)買(mǎi)為特定目的而構(gòu)建的硬件。一種可能的軟件定義工作負(fù)載部署環(huán)境，是通過(guò)超融合基礎(chǔ)架構(gòu)（HCI）實(shí)現(xiàn)的，控制系統(tǒng)在HCI環(huán)境中作為冗余服務(wù)運(yùn)行（圖1）。
▲圖1：超融合基礎(chǔ)架構(gòu)（HCI）是軟件定義平臺(tái)的構(gòu)建塊，結(jié)合了傳統(tǒng)和實(shí)時(shí)工作負(fù)載。艾默生的無(wú)界自動(dòng)化愿景就是一種軟件定義的控制技術(shù)，該模型旨在通過(guò)消除專(zhuān)用控制硬件，使項(xiàng)目更容易執(zhí)行，更具成本效益，從而實(shí)現(xiàn)更靈活、可擴(kuò)展、面向未來(lái)的運(yùn)營(yíng)。
二、軟件定義工業(yè)控制系統(tǒng)的四大優(yōu)勢(shì)
用于工業(yè)控制領(lǐng)域的軟件定義控制模型將提供四個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：
1彈性：當(dāng)今運(yùn)營(yíng)對(duì)高可用性冗余控制的需求進(jìn)一步增加。由于在HCI上有多個(gè)控制器同時(shí)運(yùn)行，團(tuán)隊(duì)可以在不關(guān)閉設(shè)施的情況下，額外添加自動(dòng)化工作負(fù)載。擴(kuò)展或添加自動(dòng)化負(fù)載，只需要在虛擬化環(huán)境中部署輕量級(jí)的容器化控制功能，在擴(kuò)展區(qū)域開(kāi)發(fā)輸入輸出（I/O）子系統(tǒng)，然后自動(dòng)感知自動(dòng)化系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。如果一個(gè)容器化控制功能發(fā)生故障，HCI的快速故障切換功能，將使團(tuán)隊(duì)能夠持續(xù)無(wú)縫地的運(yùn)行。HCI提供的靈活性允許超越傳統(tǒng)1:1主/備份架構(gòu)的容錯(cuò)能力，包括在故障時(shí)轉(zhuǎn)移到處于其它物理位置的虛擬主機(jī)的可能性。
2可擴(kuò)展性：當(dāng)操作人員無(wú)需重新設(shè)計(jì)復(fù)雜的硬件系統(tǒng)即可增加容量時(shí)，控制系統(tǒng)的適應(yīng)性將發(fā)生根本變化。設(shè)計(jì)和配置更多的機(jī)柜，以進(jìn)行額外控制的日子已經(jīng)一去不復(fù)返了。使用HCI，添加額外的計(jì)算能力，就像在服務(wù)器機(jī)柜中連接另一個(gè)刀片服務(wù)器一樣簡(jiǎn)單。
3靈活性：軟件定義控制簡(jiǎn)化了項(xiàng)目執(zhí)行和日常運(yùn)營(yíng)活動(dòng)。在擴(kuò)展或現(xiàn)代化運(yùn)營(yíng)時(shí)，團(tuán)隊(duì)不需要計(jì)算每個(gè)設(shè)備的信號(hào)標(biāo)簽（DST），而是可以安全地估計(jì)他們的要求并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。在任何時(shí)點(diǎn)，如果項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)需要進(jìn)行影響I/O點(diǎn)容量或類(lèi)型的更改，那么向上或向下擴(kuò)展DST只需要更改軟件配置即可。團(tuán)隊(duì)不再受項(xiàng)目執(zhí)行決策的限制，而可以在滿足運(yùn)營(yíng)需求的同時(shí)提高自動(dòng)化水平。
4可升級(jí)性：自動(dòng)化技術(shù)變化頻繁。雖然團(tuán)隊(duì)經(jīng)常希望利用控制系統(tǒng)更新所提供的新功能，但如果升級(jí)需要中斷生產(chǎn)時(shí)就很難實(shí)現(xiàn)。軟件定義控制可以簡(jiǎn)化該過(guò)程。隨著自動(dòng)化供應(yīng)商發(fā)布新功能，使用軟件定義系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)，可以在不中斷生產(chǎn)的情況下更新和更改控制軟件和策略，在主控制功能實(shí)例持續(xù)運(yùn)行的同時(shí)，更新另一個(gè)控制功能實(shí)例。
03為什么是現(xiàn)在開(kāi)始向軟件定義控制轉(zhuǎn)換？
支持軟件定義控制的技術(shù)構(gòu)建塊已經(jīng)存在多年，但自動(dòng)化用戶(hù)和供應(yīng)商才剛剛開(kāi)始調(diào)整他們的環(huán)境以使用該技術(shù)。這一轉(zhuǎn)變恰逢該領(lǐng)域的新技術(shù)，如以太網(wǎng)高級(jí)物理層（Ethernet-APL），正在解鎖新的數(shù)據(jù)源，這些數(shù)據(jù)源將把當(dāng)前的控制硬件推向（或超過(guò)）其極限。大量數(shù)據(jù)將很快從智能領(lǐng)域進(jìn)入控制系統(tǒng)，包括視頻、聲學(xué)監(jiān)控和其它領(lǐng)域。具有創(chuàng)新精神的公司正在尋找將這些數(shù)據(jù)整合到控制策略中的方法。
最終，每家公司都需要一個(gè)面向未來(lái)的架構(gòu)來(lái)吸收來(lái)自智能現(xiàn)場(chǎng)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)。今天邁向這個(gè)未來(lái)將有助于團(tuán)隊(duì)確保他們走上通往自動(dòng)化平臺(tái)的道路，以實(shí)現(xiàn)行業(yè)領(lǐng)先的運(yùn)營(yíng)績(jī)效（圖2）。
最先進(jìn)的自動(dòng)化供應(yīng)商已經(jīng)交付了初期軟件定義控制可視化。這些公司正在為基于HCI的下一代虛擬化奠定基礎(chǔ)，并通過(guò)更靈活的控制器技術(shù)，來(lái)補(bǔ)充這一創(chuàng)新。
當(dāng)今最靈活的控制器，雖然仍由專(zhuān)用硬件驅(qū)動(dòng)，但包含了軟件定義控制的許多核心概念，例如根據(jù)運(yùn)營(yíng)要求，靈活擴(kuò)展或縮小的能力。這些技術(shù)是推動(dòng)和支持軟件定義控制未來(lái)的基礎(chǔ)。具有前瞻性思維的過(guò)程和混合制造商已經(jīng)將其集成到項(xiàng)目中，為軟件定義的未來(lái)做好準(zhǔn)備。
隨著越來(lái)越多的制造企業(yè)接受無(wú)界自動(dòng)化以增強(qiáng)數(shù)據(jù)移動(dòng)性的愿景，工業(yè)控制的未來(lái)將迅速改變。新的控制系統(tǒng)將建立在靈活性的基礎(chǔ)上，軟件定義的解決方案是該道路的基礎(chǔ)要素。長(zhǎng)期以來(lái)，制造商一直希望自動(dòng)化解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)按需付費(fèi)，現(xiàn)在，軟件定義的控制系統(tǒng)解決方案將把這種權(quán)力交到他們手中。
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