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   如果你是一個(gè)在流程工業(yè)工作的自動(dòng)化專業(yè)人士，也許你會(huì)熟悉縮寫CPAS 。但即使你不知道CPAS代表協(xié)同過程自動(dòng)化系統(tǒng)--一個(gè)于2002年由馬薩諸塞州Dedham 市的ARC咨詢集團(tuán)公司創(chuàng)造的術(shù)語，即使不了解全部，你也很可能熟悉它的一些規(guī)則。

　　事實(shí)上，雖然CPAS并不是描述一個(gè)特定的商用系統(tǒng)，在過去十年的大部分時(shí)間里，它卻為技術(shù)的應(yīng)用提供了一個(gè)模板或遠(yuǎn)景，并對(duì)過程控制系統(tǒng)架構(gòu)的方向有重大的影響 。例如，包括陶氏化學(xué)和杜邦公司在內(nèi)的工程師承認(rèn)，他們?cè)谄鸩萁ㄗh請(qǐng)求書（RFPs）時(shí)使用直接從CPAS文件中抄來的語言。并且控制系統(tǒng)供應(yīng)商們聲稱他們的產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)遵守CPAS的原則。

　　基準(zhǔn)測(cè)試工具

　　CAPS概念是應(yīng)一些油氣加工行業(yè)大型終端用戶的要求在本世紀(jì)初不久誕生的， 這些用戶聘請(qǐng)ARC幫助他們更好得了解最新的過程自動(dòng)化系統(tǒng)。"ARC對(duì)當(dāng)前自動(dòng)化如何發(fā)展的觀點(diǎn)成為業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)用戶研究系統(tǒng)時(shí)可以把它作為一個(gè)基準(zhǔn)，" ARC咨詢服務(wù)副總裁及CAPS報(bào)告的主要作者Dave Woll宣稱。雖然一些應(yīng)用已經(jīng)圍繞它發(fā)展很多年了，CPAS的"核心原則和核心技術(shù)仍然是完全一樣的，"他說。

　　CPAS是一個(gè)大題目，涵蓋了從工廠層面的傳感器和執(zhí)行器一直向上到企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）系統(tǒng)連接界面的每一樣?xùn)|西。 最近對(duì)這一概念的研究來自一本名為《協(xié)同過程自動(dòng)化系統(tǒng)》的書。它由ABB集團(tuán)研究中心的首席科學(xué)家Martin Hollender和其他人共同撰寫，由國際自動(dòng)化學(xué)會(huì)（ISA）在2009年出版。

　　按Hollender的說法，CPAS基于的一個(gè)事實(shí)是， DCS控制系統(tǒng)現(xiàn)在的發(fā)展已經(jīng)超越了簡(jiǎn)單過程控制的范圍，通過基于標(biāo)準(zhǔn)化的編程，集成和連接，今天的控制系統(tǒng)能夠促進(jìn)豐富的更進(jìn)一步的自動(dòng)化功能，讓自動(dòng)化工廠安全，可靠和有效率地運(yùn)作，并為所有者和操作者提供了顯著的益處。

　　"CPAS的一個(gè)關(guān)鍵方面是它能夠從系統(tǒng)中的任何一點(diǎn)在合適的時(shí)間向合適的人選展現(xiàn)相關(guān)的信息，通過一個(gè)簡(jiǎn)單而統(tǒng)一的環(huán)境向操作者提供信息，" Hollender在他書的前言中這樣寫道。"除此之外，CPAS的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是它能夠延伸到DCS系統(tǒng)的傳統(tǒng)能力范圍以外，這包括諸如生產(chǎn)管理，安全生產(chǎn)關(guān)鍵控制，高級(jí)控制，信息管理，智能儀表，智能馬達(dá)和馬達(dá)控制中心，資產(chǎn)管理，以及文檔管理的能力。"

　　除了控制之外

　　上述說法與密歇根州，Midland的陶氏化學(xué)公司關(guān)于自動(dòng)化的觀點(diǎn)一致。陶氏工程方案的信息技術(shù)（IT）顧問，CPAS的早期追隨者Eric Cosman說"在陶氏用語里，我們使用自動(dòng)化來指比控制更為廣泛的術(shù)語"，Cosman指出"控制是基本的監(jiān)管控制、閉環(huán)控制那一類的事情。 但是當(dāng)你開始注意工廠自動(dòng)化的各個(gè)方面時(shí)，從啟動(dòng)到關(guān)機(jī)，運(yùn)行，以及所有其它的東西，我們使用更廣泛的術(shù)語。 而在我們的專用語中，自動(dòng)化包括業(yè)界所稱的MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）層。"

　　"我認(rèn)為CPAS真的闡述了一個(gè)真正的具有廣泛能力的控制系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的基本原則和一些突出特點(diǎn)，"Cosman評(píng)論道。因此，他說，CPAS可以提供一種策略文件，在追求一個(gè)全面的，最先進(jìn)的自動(dòng)化策略時(shí)，制造商可以用它來決定他們想要走多遠(yuǎn)以及有條件走多遠(yuǎn)。

　　就Woll而言，他不同意MES作為一個(gè)獨(dú)立子系統(tǒng)的概念，而寧愿將CPAS看作一個(gè)具有不同應(yīng)用的單一自動(dòng)化系統(tǒng)。流程工廠中僅有的兩個(gè)系統(tǒng)是商務(wù)系統(tǒng)和自動(dòng)化系統(tǒng)，他宣稱。"首先，CPAS應(yīng)當(dāng)被看作是一種實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的環(huán)境，這包括過程控制，高級(jí)過程控制，運(yùn)營(yíng)管理以及增強(qiáng)人力的應(yīng)用程序，例如決策支持和高級(jí)分析，" Woll在為Hollender的書所寫的一段文字中這樣說。

　　各種技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)逐步發(fā)展并組合在一起，使CPAS成為可能。 包括ISA88和ISA95在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)為CPAS提供一個(gè)共同的參考模型，而國際電工委員會(huì)的IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)則成為編程和配置的基礎(chǔ)。互聯(lián)網(wǎng)和標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)例如以太網(wǎng)和TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）的發(fā)展是關(guān)鍵，它使基于標(biāo)準(zhǔn)的信息交換成為可能。雖然CPAS只包括工廠的自動(dòng)化系統(tǒng)，由以太網(wǎng)和TCP/IP所提供的共同邏輯骨干以及其它共同信息結(jié)構(gòu)的要素，使其能夠與工廠的業(yè)務(wù)系統(tǒng)自然地交換信息。

　　對(duì)陶氏化學(xué)的Cosman來說后一個(gè)特點(diǎn)是關(guān)鍵。"在我頭腦里，區(qū)分普通老式過程控制系統(tǒng)和一個(gè)更全面的自動(dòng)化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)之一就是后者整合到業(yè)務(wù)流程的程度，"他說。實(shí)現(xiàn)這個(gè)整合是最基本的，Cosman指出，它可以讓商業(yè)決策無縫地流動(dòng)到制造運(yùn)作水平，同時(shí)運(yùn)營(yíng)結(jié)果可以一直被送回到業(yè)務(wù)層面。

　　自動(dòng)化之本

　　對(duì)于一些經(jīng)驗(yàn)豐富的自動(dòng)化專業(yè)人士來說，CPAS原則是顯而易見的目標(biāo)，或許這與宣稱母愛是善良的有點(diǎn)類似，Woll并不反對(duì)這一觀點(diǎn)。"這不是火箭科學(xué)，"他說。 所有實(shí)現(xiàn)CAPS遠(yuǎn)景所需的技術(shù)現(xiàn)在都有，他指出。 但是直到現(xiàn)在，他補(bǔ)充說，"還有很多東西沒有完成。"

　　讓我們考慮Woll認(rèn)為是CPAS基礎(chǔ)的這個(gè)概念---全球數(shù)據(jù)訪問（GDA）。GNA使得Woll所提到的"五個(gè)任何"成為可能----即，能夠訪問"任何資料，在任何時(shí)間，從任何地點(diǎn)到任何地點(diǎn)，為了任何有效的目的。"這是一個(gè)過程自動(dòng)化用戶的普遍愿望。"每當(dāng)我做一個(gè)講座并問聽眾，'你需要的是什么？'每個(gè)人都說，'我要在任何時(shí)候得到我需要的任何信息，'這就是五個(gè)任何，" ，Woll指出。

　　盡管這說出了用戶的愿望，----為了最有效地做好本職工作，所有的員工應(yīng)該能夠訪問他們所需的信息----但是在大多數(shù)系統(tǒng)中，這種能力還沒有完全實(shí)現(xiàn)，Woll指出。 他說，其中一個(gè)原因是一些過程自動(dòng)化供應(yīng)商還沒有提供真正的基于對(duì)象的系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)是GDA所必需的。

　　一些供應(yīng)商提供的所謂"早期綁定"系統(tǒng)需要在訪問的數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)用戶之間寫入路徑，Woll說。 "這些路徑不能改變，所以你不能滿足五個(gè)任何，" 相比之下，一些供應(yīng)商提供的在基于對(duì)象系統(tǒng)中使用的"后期綁定"技術(shù)可以滿足五個(gè)任何，Woll解釋說，這是因?yàn)樵诿恳粋€(gè)過程循環(huán)中，數(shù)據(jù)源動(dòng)態(tài)地與數(shù)據(jù)用戶相連。

　　漫漫長(zhǎng)路

　　供應(yīng)商的缺點(diǎn)并不是實(shí)地使用中的CPAS系統(tǒng)通常還不完整的唯一原因。另一個(gè)原因涉及到資產(chǎn)業(yè)主所面對(duì)的挑戰(zhàn)。Wilmington，特拉華州的化工，材料公司---杜邦有限公司的資深企業(yè)架構(gòu)師Ray Walker注意到，杜邦自2000年初以來已建立了它自己的以CPAS原則為基礎(chǔ)的自動(dòng)化信息系統(tǒng)。但該公司在全球有數(shù)百座工廠，因此"這不是一夜之間發(fā)生的事，"最近退休的Walker說，他在杜邦公司服務(wù)了37年現(xiàn)為半退休員工。

　　一般情況下，過程控制的供應(yīng)商越來越多地提供包括CPAS框架屬性的解決方案，Walker說。"我們的大部分供應(yīng)商提供基于對(duì)象的解決方案，基于國際標(biāo)準(zhǔn)的配置語言，建立在ISA標(biāo)準(zhǔn)上的表達(dá)層面以及基于國際標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)存標(biāo)準(zhǔn)的基于網(wǎng)絡(luò)的接口，"他指出。"所以總的來說，（現(xiàn)有系統(tǒng)）與那些基本的屬性已有相當(dāng)程度的匯聚。"

　　但是Walker也注意到，用戶并不總是創(chuàng)建能充分利用CPAS能力的系統(tǒng)。例如，一些供應(yīng)商現(xiàn)在提供即插即用的可擴(kuò)展的設(shè)備層級(jí)系列，這使得可以達(dá)到五個(gè)任何的系統(tǒng)更容易構(gòu)建，Walker說。"但是如果你不設(shè)置這些系統(tǒng)以利用這個(gè)優(yōu)勢(shì)，你就不會(huì)受惠，"他說。

　　同樣，為了充分利用CPAS的優(yōu)勢(shì)，用戶需要為他們的數(shù)據(jù)源使用一致的命名約定，如國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）設(shè)備分類定義，Walker補(bǔ)充道。"但是當(dāng)你創(chuàng)建解決方案時(shí)必須有紀(jì)律性，而這需要付出努力，"他指出。所以我要說滿足五個(gè)任何的能力正在增加，但業(yè)主/經(jīng)營(yíng)者的采用（率）仍然滯后。"

　　協(xié)作決定

　　杜邦公司的資深員工指出，作為企業(yè)結(jié)構(gòu)的一個(gè)模板或準(zhǔn)則，向上直到ISA95參考模型3級(jí)，CPAS的表現(xiàn)非常不錯(cuò)，通過制造運(yùn)行和控制覆蓋工廠生產(chǎn)區(qū)。"對(duì)于CPAS不涉及的第4級(jí)的企業(yè)系統(tǒng)，我們使用其他模式和框架，" Walker說。

　　但是當(dāng)話題轉(zhuǎn)到自動(dòng)化系統(tǒng)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)的整合時(shí)，Walker很快就稱贊CPAS模型對(duì)"協(xié)作"的關(guān)注。在企業(yè)中協(xié)助各種角色間合作的能力是關(guān)鍵，他說。"它使你能夠向你所有最好的籌劃人提供信息，這樣他們能夠作出協(xié)力的決定，這比你的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更有效和更高效。" Walker指出。

　　對(duì)協(xié)作的一貫關(guān)注使得杜邦的全球互操作分布式控制系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)，他說，這樣"一個(gè)人可以坐在公司總部,在同一塊屏幕上查看這些信息以及企業(yè)信息。"而在未來，Walker補(bǔ)充說，與CPAS的前瞻性一致，增添更多的分析，將使得信息更有價(jià)值。

　　Woll同樣強(qiáng)調(diào)了CPAS的關(guān)注底線。"我們可以談?wù)摷夹g(shù)，五個(gè)任何，共同的可執(zhí)行信息和所有其他的東西，"他說。"但CPAS的首要目標(biāo)是促進(jìn)應(yīng)用程序的交付并幫助終端用戶賺錢。"

　　他列舉了終端用戶采納CPAS概念所帶來的主要益處：減輕了手工任務(wù)負(fù)擔(dān)而更具權(quán)力的工廠工作人員，作出更多正確的決策，由于更少的不定期減速和停機(jī)而帶來的更高資產(chǎn)利用率，以及從未有的（信息）享用能力所帶來的更高性能。

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　　接下來是什么？

　　近來Woll把注意力轉(zhuǎn)向擴(kuò)大CPAS的視野，ARC計(jì)劃在今年7月發(fā)布一個(gè)由Woll撰寫的包括了"CPAS2.0"的新市場(chǎng)報(bào)告。

　　Woll說，過去20年來，進(jìn)程自動(dòng)化的發(fā)展是漸進(jìn)的而沒有"全新的創(chuàng)新發(fā)生，"終端用戶最近一直在問ARC，他們?cè)谙乱淮^程自動(dòng)化中將會(huì)看到什么。CPAS2.0報(bào)告就是為了回答這個(gè)問題。這需要對(duì)一些預(yù)計(jì)中的進(jìn)展進(jìn)行詳細(xì)的研究，"我們認(rèn)為是革命性的那些進(jìn)展，" Woll說。他同意為這篇文章簡(jiǎn)單討論一下這些議題。

　　一個(gè)議題涉及到智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。"我們不認(rèn)為智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備足夠聰明，為了讓它們變得更聰明我們已經(jīng)等待20年了，"Woll宣稱。照Woll的說法，如今，由于用戶認(rèn)為來自裝置的信號(hào)不可靠而造成的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備停機(jī)時(shí)間約占百分之75。目前的智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能報(bào)告什么時(shí)候沒毛病，以及什么時(shí)候出故障了。"但是這還不夠好，"Woll說。"我們認(rèn)為，智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備應(yīng)當(dāng)能夠定量地告訴你它們是多么的健康，并對(duì)多長(zhǎng)能夠信賴它們的輸出作出預(yù)測(cè)。"

　　現(xiàn)今，有幾個(gè)可用的產(chǎn)品能夠滿足這一要求，它們使用基于英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)BS - 7986標(biāo)準(zhǔn)的SEVA,即自我評(píng)評(píng)估技術(shù)，Woll說。用戶應(yīng)留意未來出現(xiàn)更多這樣的智能設(shè)備。

　　對(duì)CPAS2.0的另一主題，Woll問了這個(gè)問題："分布式控制系統(tǒng)什么時(shí)候才能成為真正的分布式？"當(dāng)前領(lǐng)先的DCS和原始CPAS都不提供真正的分布式控制，Woll說。按照IEC 61131-3配置標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)今主要的過程控制系統(tǒng)使用分布式處理與共享服務(wù)的單一模式。該架構(gòu)僅限于在單一域的所有資源一起運(yùn)轉(zhuǎn)，資源不能自主行動(dòng)。

　　下一代CPAS將基于IEC 61499配置和編程標(biāo)準(zhǔn)，不需要共享服務(wù)。這將為自動(dòng)化系統(tǒng)的開發(fā)提供一個(gè)規(guī)范的基礎(chǔ)，這些系統(tǒng)將是具有分布式過程和獨(dú)立服務(wù)的單一模式，沃爾說。這些真正的分布式處理系統(tǒng)將為不同的系統(tǒng)資源提供自主權(quán)， 并將支持新的智能物理主體基金會(huì)（Foundation for Intelligent Physical Agents FIPA）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

　　有了這項(xiàng)技術(shù)，如果自動(dòng)化系統(tǒng)中發(fā)生異常，它將能實(shí)時(shí)地自主重新配置自己以彌補(bǔ)異常，以便它能繼續(xù)運(yùn)行。"這意味著我們將有自動(dòng)化系統(tǒng)零停機(jī)時(shí)間的潛力，" Woll指出。同樣，這些系統(tǒng)將能重新配置以適應(yīng)它們控制的資源中探測(cè)到的異常，它們?yōu)樯a(chǎn)資源本身提供了更高的穩(wěn)定性，他補(bǔ)充道。

　　三個(gè)步驟

　　Woll與我們?cè)谶@里共享的第三個(gè)，也是最后一個(gè)CPAS2.0主題涉及一些用戶所面臨的挑戰(zhàn)，這些用戶需要在工廠或流程未關(guān)閉的情況下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修改或更新。今天這一程序通常是一個(gè)兩步的過程，它涉及將新的軟件版本加載到一個(gè)冗余或備份控制器，然后將該軟件投入流程。照Woll的說法，這種方式可能是非常危險(xiǎn)的，并且"不很合理。"

　　"我們認(rèn)為它應(yīng)該是一個(gè)三步過程，你將（軟件程序）加載到冗余控制器，你練習(xí)這個(gè)程序以確保其不出意外地運(yùn)行，當(dāng)你對(duì)它的可預(yù)測(cè)運(yùn)行感到滿意時(shí)，你將該軟件投入流程，" Woll說。

　　事實(shí)上，據(jù)Cosman所說，陶氏化學(xué)早在80年代中期就建立了自己的具有這種能力的專有控制系統(tǒng)。Cosman證實(shí)，當(dāng)陶氏與ABB在2001年建立合作關(guān)系以開發(fā)商業(yè)解決方案時(shí)，這種能力是列在陶氏所堅(jiān)持的功能清單上的。其結(jié)果是，這種被稱為加載-評(píng)估-運(yùn)行的功能成為現(xiàn)今ABB系統(tǒng)800xA生產(chǎn)線的一部分。

　　結(jié)果，正如 Woll指出的那樣，這類技術(shù)的工作已經(jīng)完成。"現(xiàn)在市面上可以得到，所以它不是一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)，"他斷言。"我們相信，所有的自動(dòng)化公司都應(yīng)該有這個(gè)能力。"

　　CPAS的指導(dǎo)原則

　　• 自動(dòng)化的價(jià)值主張必須基于其控制下資產(chǎn)收益的可衡量改進(jìn)。

　　• 自動(dòng)化必須能夠推進(jìn)一種持續(xù)進(jìn)步的文化。

　　• 強(qiáng)化完美執(zhí)行自動(dòng)化策略。

　　• 一切應(yīng)當(dāng)自動(dòng)化的都將會(huì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

　　• 實(shí)現(xiàn)最低的購置成本。

　　• 基于標(biāo)準(zhǔn)的通用架構(gòu)。

　　• 沒有諸如網(wǎng)關(guān)或連接裝置的人為信息障礙。