倍福：通过 MTP 网关和 MTP 中枢灵活集成现有模块

模块类型包(MTP)在流程工业中的应用日益广泛，首批工业应用的成功实施就很好地证明了这一点。然而，潜在用户面临着必须充分熟悉该项标准以充分利用其优势的挑战。另一个问题是，不同的应用场景很容易引起混淆，尤其是在已有项目中。本概述页全面介绍了倍福基于 PC 的控制技术在新项目和已有项目现场轻松实施模块化过程装置结构的多种方式。

新建项目中的 MTP 过程装置结构

MTP 方案可以帮助用户新产品快速上市、缩短维修时间并降低单元化生产成本。这在新建项目中尤为有利，因为这些项目中使用的装置完全采用模块化设计。这种结构由各个独立的过程装置组件(PEA 或简称为模块)组成，通过符合 MTP 标准，以最小的工程量实现最大的灵活性。打包的 AML 文件详细描述了所有功能、各个控制组件、通信层面和模块结构。总流程编制层(POL)利用这些信息，完全独立于制造商地自动将模块集成到流程中，并实现即插即用功能。除了标签映射之外，还可以生成具有统一外观的用户界面。唯一需要手动处理的是功能的编制，它通常通过步骤链编程实现。

MTP 方案不仅适用于新建过程装置，而且对于已有项目还具有可自动集成到控制层的优势。POL 功能通常会被整合到现有的 SCADA 或 DCS 系统中。因此，在更新软件后，现有的过程装置就能够即插即用地将 MTP 模块集成到流程中，从而简化扩展程序。由此产生的混合架构结合了两者的优点，并可根据需要逐步扩展。这也意味着不再需要使用映射表进行复杂的集成，甚至能够不需要在 DCS 中额外开发控制代码。这些模块可以独立于控制系统进行集成，并可在必要时快速更换，以最大限度地减少停机时间。模块的尺寸并非固定不变，而是可以根据应用场景的不同而变化。这表示多个工艺步骤可以组合成一个较大的模块，同时可以在独立于制造商的基础上标准化使用和集成类似于过程分析技术(PAT)中使用的精密分析仪器。集成在带 MTP 的 DCS 系统中的边缘设备确保集成来自不同制造商的分析仪器，无需重新配置。这是通过标准化过程自动化现场设备信息模型实现的：PA-DIM。

已有项目中的 MTP 过程装置结构

除了在过程装置层区分新建和已有项目之外，还可以在模块层进行这种分析。在自动化技术方面，新建的 MTP 模块通常由现场设备、I/O、控制器构成，可能还会包含一台用于本地操作的控制面板。在控制器上实施 PLC 程序，以实例化 MTP 接口并确保符合 MTP 标准。数据点通过集成的 OPC UA 服务器提供给 POL。至于模块本身，它可以由多个功能单元或功能性设备组件(FEA)组成。在不同的模块中，FEA 可能包括不同配置的泵及其配套的流量控制传感器等元件。如果模块内的 FEA 出现故障，可以轻松更换这些组件，而无需直接更换整个模块，从而减少相应产生的停机时间。

1、具有灵活功能单元的模块

模块设计本身具有灵活性并不罕见。这意味着可以在不重新编程控制系统的情况下灵活连接或移除各个 FEA。这些 FEA 通常包括带传感器和执行器的 IP67 级远程 I/O 站点，可以通过 EtherCAT 热连接或类似技术灵活集成。也可以通过 Ethernet-APL 将智能设备直接集成到模块中。

MTP 模块若要集成这些专有设备，就必须在控制程序中定义并预先配置一个固定的、可兼容的 FEA 库，以便在需要时(甚至在运行期间)连接或断开 FEA。如果在过程装置层定义了该库，则 FEA 也可以在不同的模块之间使用。对于模块的总体 MTP 来说，重要的是支持这种固有的灵活性，可以采用多种方法来实现这一目标：

每个支持的配置选项都有自己的定制化 MTP。其优势在于，所提供的功能始终与实际情况完全一致;但这仅适用于配置数量可控的情况。此外，每次修改完配置后，都必须在 POL 中重新配置相应的 MTP

如果有更多种类的配置，FEA 可以通过专用的操作屏显示，这样 MTP 就包含了一个主操作屏和一个额外用于显示每个 FEA 的操作屏。显示元素可以参考当前有效的 FEA 操作屏。FEA 的专用功能将使用额外的服务或专门的执行类型(过程)进行映射。可以使用锁定指示器来诊断服务或过程当前是否可执行;但这个过程可能会导致 MTP 变得过于混乱，因为必须忽略无效的元素。在目前的情况下，不同操作屏之间也没有动态跳转标签的选项，这意味着必须使用所显示的有效配置手动切换操作屏

2、MTP 网关用于翻新改造现有的装置

EtherCAT 周期时间最短为 62.5 µs，AX8000 多轴伺服系统因此成为市场上速度最快的总线设备之一。这也足以满足那些需要极高性能的应用场景，尤其是设定点变化速度极快的应用。分布式时钟功能的运用可以确保实现所有轴的纳秒级精确同步。每个轴模块或轴均配备两个高速数字量输入，并自动提供带有当前位置信息和时间戳的信号。通过超采样功能，即使在总线周期较慢较慢的情况下，也能确保设定点在当前的控制器周期内高精度、高度动态地传输。

3、用于配置、调试和维护的软件

在模块的已有应用场景中，最常见的是翻新改造现有的过程装置，使其符合 MTP 标准。这种类型的装置可能已经有自己的控制器，或者像 FEA 一样，它可能只是一个简单的 I/O 解决方案。对于现有的控制系统，通常需要尽可能少地调整当前设置。若要实现这一点，需要集成一个额外的控制器作为 MTP 网关，将现有的模块映射到 MTP 模型中。这样就可以按照 MTP 标准提供信息和性能。

网关和现有控制器之间通常通过 EtherCAT、OPC UA、PROFINET 或 ADS 接口等通信技术交换数据。例如，实验室自动化中现有的 LabVIEW™ 控制器可通过 MTP 功能扩展，且设备可通过串口集成。根据现有控制系统的性能和操作系统，网关也可作为虚拟化解决方案来实施。

基于 MTP 网关的过程装置结构

4、在同一个控制器上实施多个模块的 MTP 中枢

一个传统的 MTP 模块结构通常包含一个控制器，通过专用的 OPC UA 服务器将所需的数据提供给 POL;但很多其它项目尤其是在已运行项目并不需要这种结构，而是需要在同一个控制器上实施多个模块。影响因素可能包括多个控制器的额外成本、现有的过程装置结构，以及精简的部署优势和程序代码维护。虽然模块在同一个控制器上实施，但仍需独立地将它们提供给 POL，以保持其即插即用功能，并能够灵活地添加到过程装置中或从过程装置中移除。

基于 MTP 中枢的过程装置结构

实现这一功能行为的方法是将 MTP 网关的功能与灵活的 FEA 方法相结合，并将其整合到同一个控制器上的 MTP 中枢中。在 MTP 中枢内，为每个可锁定模块实例化了一个 PLC Runtime，在其中根据 MTP 标准实现了特定的过程逻辑，并分别导出了相关联的 MTP 文件。通过 MTP 中枢内OPC UA 服务器中的专用命名空间和生成的 MTP 文件，POL 可以继续独立、灵活地集成各个模块。

就 POL 而言，除了模块会共享相同的 IP 地址之外，与传统方法相比并没有什么区别。因此，在经济效益和实施方面，MTP 中枢在有许多小模块的情况下更具意义。另一个优势是能够互连实时系统中不同的 PLC Runtime，例如，在模块之间实施专有的联锁或安全逻辑。模块之间的标准化通信在 MTP 标准的后几节中有概述。

通过使用灵活的 FEA 方法中的通信技术，可以在运行期间将预配置模块连接到 MTP 中枢，而无需重新配置。像 MTP 网关一样，仅带 I/O 组件或现有控制器的模块也可集成到 MTP 中枢中。当然，这里所显示的方案可以在过程装置层相互结合。

5、基于 PC 的控制是最适合的框架

早在 2011 年，倍福便以 AM8000 系列为开端，开始生产高动态、高品质的伺服电机，同时创新性地引入了单电缆技术。在接下来的几年里，倍福不断拓展产品线，又研发了众多新的电机型号，包括配备更大的转子惯量、性能更强的主动式强制冷却方案、阳极氧化铝外壳、用于苛刻环境条件的不锈钢外壳，以及线性执行器和铁芯直线电机。集成有伺服驱动器的电机适用于低压(24 或 48 V DC)和高压应用中都展现出卓越的性能和适用性。AM8000 电机系列覆盖了 24 V...480 V 的电压范围，全面满足各类应用场景的多样化需求。

（来源：倍福官网）