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Jun 18, 2021

TwinCAT MTP for cyber-physical modularization in the process industry

模块类型包(MTP)软件平台助力实现模块化流程设备的接口标准化

首次发表于 CAV 01-02/2021,www.prozesstechnik.industrie.de,德国

模块类型包(MTP)是实现流程工业领域中设备模块化的现代化解决方案,倍福推出的 TwinCAT MTP 自动化软件可以帮助创建具有自动代码生成功能的 MTP 项目,为集成到 TwinCAT 开发环境中,以实现高效模块开发铺平了道路。

倍福的 TwinCAT MTP 自动化软件将不断提升流程工业领域的设备模块化程度。
倍福的 TwinCAT MTP 自动化软件将不断提升流程工业领域的设备模块化程度。

Mersch 先生,Wetzel 先生,在流程工业 4.0 的背景下,不得不提模块类型包(MTP)这个词。这个词的背后究竟有什么含义?

Laurids Wetzel:MTP 描述了一个相应流程工程模块的接口。这意味着这个文件,即 MTP,可以用来将流程工程模块集成到一个整体环境中。模块及其功能在流程编制层(POL)中被整合在一起,并在那里进行编制。例如,POL 的功能可以由 DCS 来表示。

Henning Mersch:因此,MTP 描述了 POL 和模块之间的通信。这些模块可以被理解为智能单元,它们有自己的控制系统,仅通过这个控制系统与上位 DCS 进行通信。关于 MTP 方案的具体说明,可参阅 VDI/VDE/NAMUR 2658 技术标准中的描述。

即使在今天,过程工程设备也经常以模块化的方式制造。MTP 方案可为此带来哪些附加价值?

Laurids Wetzel:模块化加工设备的传统方法之一是在机械结构上采用模块化设计。这样便于运输,因为设备可以被拆分成单个的模块,这些模块可以单独运输,然后重新组装。但这种方式对于过程本身来说没有带来任何灵活性。也就是说,虽然可以将设备拆分成单个模块,但它们却不能以不同的方式重新组装或简单地扩展。而人们对这种灵活性的要求越来越高,因为生产周期的缩短也意味着要重新利用现有的设备或模块来生产其它产品。

Henning Mersch:如今,一些传感器和执行器仍然直接或通过系统总线连接至 DCS,也就是说,如果重新利用一台设备,就必须在模块中单独配置过程实体,而 MTP 将改变这一切。因此,另一个基本步骤是将自动化设备模块化,从而将控制逻辑封装到各个模块中。这也是目前使用最频繁的方式之一,尽管还需要使用专用接口来控制模块。MTP 通过独立于供应商的统一方式定义这些接口来完成这一发展目标。这表示可以在最短的时间内使用现有的来自不同制造商的模块生产模块化的流程工程设备。这样的重组不会造成大的影响,因为我们所需要做的只是编制,而无需调整控制逻辑。

Laurids Wetzel,倍福流程工业业务经理
Laurids Wetzel,倍福流程工业业务经理

倍福 2018 年推出的 ELX 端子模块进一步完善了针对流程工业的产品系列。TwinCAT MTP 为此做出了多少贡献?

Laurids Wetzel:在倍福,我们把自己看作是模块制造商的系统供应商。随着 ELX 端子模块系列的推出,我们为模块制造商提供了直接连接危险区 0/20 区的传感器和执行器的可能性。

结合我们提供的其它防爆 I/O 接口、控制器和控制面板,我们为模块制造商提供了可在爆炸性危险区域使用的完整自动化解决方案。此外,成熟的 TwinCAT 开发环境也适合用于模块的编程。TwinCAT MTP 带模块定义、MTP 输出和自动代码生成等支持模块编程的选项,进一步扩展了这一开发环境。

您认为模块开发的最大挑战在哪里?

Henning Mersch:MTP 的核心是接口的标准化,这样才能实现互操作性。若要确保这一点,就需要在技术标准指南中包含关于模块中各个元素行为的相关规范。同时,模块制造商也必须考虑并在其模块中实施这些规范。但在实际应用中,不能期望每个模块的开发者都能详细了解该指南。因此,开发 TwinCAT MTP 的目标是尽可能让模块制造商无需掌握指南中的专业知识,自动满足这些需求。这主要通过基于 MTP 事先定义的模块信息自动生成 PLC 模板来实现。

倍福的模块制造商如何使用 TwinCAT 开发具有 MTP 功能的模块?

Laurids Wetzel:模块开发的第一步是在 TwinCAT MTP 开发环境中定义模块。如服务(功能)及其依赖性等所有模块有特性都可以在这个开发环境中定义。当这些信息已经充分定义了模块的接口时,就可以导出 MTP。此外,这些信息现在也可用来生成基于 TwinCAT MTP 软件库的 PLC 模板。需要时,可以通过 TwinCAT XCAD Interface 单独调整代码生成功能。然后通过对之前所定义的服务状态进行编程,完成预配置代码。最后,当配置被激活时,TwinCAT 会自动确保 POL 可以按照 MTP 中的描述启动 OPC UA 通信。

Henning Mersch 博士,倍福 TwinCAT 产品经理
Henning Mersch 博士,倍福 TwinCAT 产品经理

模块制造商如何将自己的 P&ID 和其它规划数据整合到工作流程中?

Henning Mersch:此外,MTP 还能够定义可视化系统的设计蓝图。随后,POL 可以利用它从 MTP 描述文件为所有具有相同架构的模块生成一个完整的可视化系统。因此,从模块的 P&ID 中提取实现这一目标所需的信息是明智的做法。我们没有选择同样也在 TwinCAT 中集成 P&ID 编辑器,让模块制造商必须依赖它,而是选择了一种开放的方法,即将规划数据集成到工作流程中。TwinCAT MTP 可以用来导入一个之前通过 P&ID 编辑器生成的不完整的 MTP,然后再完成它。另外,TwinCAT MTP Automation Interface 也可用于集成专有数据源。接口为模块制造商提供一个 API,从而能够以编程方式访问 MTP 项目。因此可以使用 P&ID 编辑器或数据源中的现有数据,即使它们不能提供 MTP 导出功能。模块制造商从而可以继续使用现有的工具和数据库。

您认为,MTP 是否还有需要改进的地方?

Henning Mersch:VDI/VDE/NAMUR 2658 技术标准当前版本包含附页 1 至 4。更多主题将放在即将颁布的附页中,作为现有附页的补充。主题将包括,如模块与模块之间的通信、安全 MTP、诊断/维护和验证。现在这个方案已经足够用于开发出实用的模块并充分利用其灵活性。由于我们与 VDI-GMA 专家委员会 5.16 有协作,我们不仅在早期就知道并积极参与了这些改进。当然,这也需要改进 TwinCAT MTP,可能也需要在早期进行评估。