使用現(xiàn)代產(chǎn)品和實(shí)踐開發(fā)自動(dòng)化設(shè)備時(shí)，可以按照自組裝的方式將其集成到監(jiān)視系統(tǒng)中。

一般情況下，自動(dòng)化工廠和工藝過程是由許多較小的機(jī)器或設(shè)備子系統(tǒng)集成而來的，需要大量的系統(tǒng)集成和定制工作。多年以來，用戶一直希望有一種更好的方法來簡(jiǎn)化這些集成工作，以節(jié)省資金，降低風(fēng)險(xiǎn)。自動(dòng)化自組裝（self-assembly）在逐步增加，硬件、通信和軟件方面的進(jìn)步正在簡(jiǎn)化系統(tǒng)集成，并縮短了從工程實(shí)施到生產(chǎn)所用的時(shí)間。

隨著時(shí)間的推移，盡管機(jī)器自動(dòng)化產(chǎn)品和實(shí)踐已經(jīng)有所改善，但在集成方面仍有一定的障礙。很多時(shí)候，硬件、通信協(xié)議和軟件編程都依賴于不兼容的技術(shù)，這會(huì)影響系統(tǒng)集成工作的開展。在最困難的情況下，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的互操作性成為極其復(fù)雜、昂貴且耗時(shí)的任務(wù)。

幸運(yùn)的是，現(xiàn)在的情況已經(jīng)有所改善。即使對(duì)于像可編程邏輯控制器（PLC）和可編程自動(dòng)化控制器（PAC）這樣執(zhí)行特定任務(wù)的硬件，模塊化編程方面的努力也獲得了關(guān)注。網(wǎng)絡(luò)方法和通訊協(xié)議方面的進(jìn)展，使其能夠提供可理解的信息交換。伴隨這些進(jìn)展，基于PLC和PAC的自動(dòng)化技術(shù)，正朝著自組裝機(jī)器自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用的方向發(fā)展，這樣模塊化子系統(tǒng)就可以輕松的集成到整個(gè)系統(tǒng)中去。

幾乎所有類型的制造設(shè)施都會(huì)包含各種自動(dòng)化子系統(tǒng)。例如，典型的飲料生產(chǎn)制造設(shè)施可能包括：原料儲(chǔ)罐、混合和加工裝置、瓶灌裝機(jī)、物料輸送帶、包裝設(shè)備 、水過濾系統(tǒng)、蒸汽和壓縮空氣設(shè)施。

但通常情況下，任何生產(chǎn)設(shè)施都有許多特定設(shè)備和供應(yīng)商。最終用戶通常更關(guān)注設(shè)備的機(jī)械互操作性和性能。他們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，在相關(guān)的PLC和PAC控制平臺(tái)之間，實(shí)行某種程度的統(tǒng)一是不切實(shí)際或不可能的。因此，成套設(shè)備供應(yīng)商最終將交付各種自動(dòng)化系統(tǒng)，每種系統(tǒng)都使用不同的方法編程。出于知識(shí)產(chǎn)權(quán)或運(yùn)營(yíng)績(jī)效的原因，其中一些設(shè)備甚至可能是加密且無法訪問的。

這些成套設(shè)備中的每一個(gè)都有自己的、往往是獨(dú)特的控制器、輸入/輸出（I/O）、儀表和人機(jī)界面（HMI）部件。它們可能需要與上游設(shè)備、下游設(shè)備、對(duì)等系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的某種組合進(jìn)行交互。

實(shí)際上，許多最終用戶都希望子系統(tǒng)的PLC和PAC，由更高層次的總體控制平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)視，如果可能的話最好由其來協(xié)調(diào)。系統(tǒng)集成協(xié)調(diào)這些交互工作。將不同系統(tǒng)集成到一個(gè)有凝聚力的整體中是很困難的，這毫不奇怪。

但是，如果每個(gè)子系統(tǒng)都可以定義可用的數(shù)據(jù)和功能，然后將其公開給其它系統(tǒng)，那么系統(tǒng)集成工作就會(huì)更有效。此功能可以稱為自組裝，實(shí)施起來就更簡(jiǎn)單、更便宜和更快速。

基本的自組裝可能需要導(dǎo)出子系統(tǒng)PLC或PAC的配置，并將其手動(dòng)導(dǎo)入到監(jiān)控平臺(tái)中。在更先進(jìn)的情況下，子系統(tǒng)可以向具有實(shí)物響應(yīng)功能的監(jiān)管系統(tǒng)自我發(fā)布其功能。這甚至可以通過事件變更通知?jiǎng)討B(tài)進(jìn)行。

▎圖2：包含語義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)允許接收系統(tǒng)解釋來自發(fā)送系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并接收更新通知。

自組裝的實(shí)現(xiàn)依賴于一些基本功能的發(fā)展。多年以來，PLC和PAC平臺(tái)和實(shí)踐一直在向前發(fā)展，并獲得了許多必要的功能，包括：

PLC是最早用于批量生產(chǎn)的數(shù)字工業(yè)自動(dòng)化平臺(tái)。早期模型使用基本的梯形圖邏輯，并且每個(gè)供應(yīng)商都有專有軟件。為每個(gè)新項(xiàng)目編程，最好的方式是復(fù)制和粘貼，最壞的情況是重新編寫程序。某些PLC甚至還具有封裝常用例程的功能。

隨著自動(dòng)化平臺(tái)獲得更多功能，供應(yīng)商開始將其定義為PAC。PAC配置了更好的功能，用于創(chuàng)建用戶自定義和面向原始設(shè)備制造商（OEM）的基于庫(kù)的對(duì)象，可對(duì)這些對(duì)象進(jìn)行配置以保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并確保性能。

邊緣控制器已經(jīng)出現(xiàn)好多年了。他們將PAC功能與類似PC的計(jì)算功能相結(jié)合，將運(yùn)營(yíng)技術(shù)（OT）的確定性控制與更多信息技術(shù)（IT）友好的處理和網(wǎng)絡(luò)功能結(jié)合在一起。

共享數(shù)據(jù)庫(kù)的概念，使PLC、PAC、邊緣控制器、HMI和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等多個(gè)控制元素之間的交互變得更容易。自動(dòng)化系統(tǒng)也更易于使用，功能更強(qiáng)大，并獲得了一些類似于商業(yè)系統(tǒng)中面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）的概念，以促進(jìn)代碼的創(chuàng)建、使用、改進(jìn)和復(fù)用。但是，邏輯和數(shù)據(jù)處理方面的進(jìn)展，仍主要集中在機(jī)器自動(dòng)化層面。

為了連接PLC、PAC、邊緣控制器、HMI和其它機(jī)器自動(dòng)化元件，以太網(wǎng)已成為首選介質(zhì)。當(dāng)然，仍然存在一些特殊情況，例如在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域或在危險(xiǎn)場(chǎng)所，需要更專業(yè)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線來提供性能優(yōu)勢(shì)。但是，對(duì)于工廠內(nèi)的大多數(shù)情況，以太網(wǎng)已經(jīng)提供了從基本數(shù)據(jù)傳輸?shù)饺嫘畔⒔粨Q所需的基本網(wǎng)絡(luò)性能。很多協(xié)議都可用于工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用。其中一些協(xié)議只能傳輸原始數(shù)據(jù)，需要發(fā)送和接收系統(tǒng)進(jìn)行大量的用戶規(guī)劃，以處理縮放、還原、標(biāo)簽分組和輪詢速率。

更高級(jí)的協(xié)議（例如OPC UA）包括引用、變量、對(duì)象和數(shù)據(jù)類型，這些協(xié)議允許最終用戶使用語義來制定信息模型。語義通過情境信息來增強(qiáng)原始數(shù)據(jù)，包括描述性信息和縮放信息，從而可以創(chuàng)建系統(tǒng)組件能夠理解的面向?qū)ο蟮男畔ⅰＰ畔⒛Ｐ瓦€具有將信息的存在以及結(jié)構(gòu)或語義是否發(fā)生變更的信息通知接收者（客戶端）的功能。

例如，在PLC程序中實(shí)例化某種類型的泵時(shí)，發(fā)現(xiàn)服務(wù)可以通知客戶端系統(tǒng)：新的泵對(duì)象被創(chuàng)建及其所處的位置。泵對(duì)象可以包括用于運(yùn)行狀態(tài)、轉(zhuǎn)速命令以及入口/出口溫度和壓力的數(shù)據(jù)標(biāo)簽。如果稍后將軸承溫度標(biāo)簽添加到泵，則可以更新數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并通知客戶系統(tǒng)。

通過使用語義，接收系統(tǒng)可以自動(dòng)解釋來自原始系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。機(jī)器自動(dòng)化系統(tǒng)可以使用同一語言有效地進(jìn)行交互。

▎圖3：諸如NAMUR模塊類型包（MTP）之類的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在提升模塊化和封裝系統(tǒng)的概念方面發(fā)揮了重要作用。

邏輯、數(shù)據(jù)和封裝的發(fā)展，是機(jī)器即對(duì)象（MaaO）概念實(shí)現(xiàn)的必要條件。當(dāng)供應(yīng)商使用機(jī)器即對(duì)象方法配置設(shè)備時(shí)，他們會(huì)封裝機(jī)器自動(dòng)化系統(tǒng)，以便它們可以自我發(fā)布，并能夠自組裝到其它系統(tǒng)中。

諸如NAMUR模塊類型包（MTP）之類的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在提升模塊化和封裝系統(tǒng)的概念方面發(fā)揮了重要作用。MTP確定了自動(dòng)化的某些方面，并指明了它們與外部或監(jiān)控系統(tǒng)交互的方式。將基于MTP的自動(dòng)化設(shè)備連接到監(jiān)控系統(tǒng)后，系統(tǒng)可以將設(shè)備理解為功能機(jī)器對(duì)象。

MTP為開發(fā)人員提供了一種識(shí)別和定義可用設(shè)備功能以及如何調(diào)用它們的方法。所有必需的數(shù)據(jù)標(biāo)簽都在情境下公開，用于命令、監(jiān)視、報(bào)警和診斷子系統(tǒng)。子系統(tǒng)供應(yīng)商甚至可以開發(fā)HMI顯示器，并將其導(dǎo)入監(jiān)控系統(tǒng)。

使用MTP配置的機(jī)器，可能包含大量?jī)?nèi)部使用的邏輯和數(shù)據(jù)標(biāo)簽。但是，監(jiān)控系統(tǒng)只能訪問高級(jí)操作所需的內(nèi)容。例如，一個(gè)打包了PLC控制的混合料罐系統(tǒng)，可以與使用MTP模型的監(jiān)控系統(tǒng)集成在一起。監(jiān)控系統(tǒng)可以調(diào)用填充、混合和排放循環(huán)。然后，機(jī)器的自動(dòng)化系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理定時(shí)、打開和關(guān)閉閥門、運(yùn)行攪拌器，生成狀態(tài)和警報(bào)標(biāo)簽的詳細(xì)信息。

工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展一直在向更加集成化的系統(tǒng)方向發(fā)展，模塊類型包和機(jī)器即對(duì)象等概念將原始數(shù)據(jù)和基本功能提升為情境化的信息和功能。前瞻性的公司正在確保他們的PLC、PAC、邊緣控制器、軟件和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以進(jìn)行自組裝，為終端用戶提供使用模塊化子系統(tǒng)組裝和重新配置生產(chǎn)工廠的能力。