許多生產工廠的設計需要將分布式控制系統與多個基于PLC的子系統集成。NAMUR MTP（模塊類型包）是一種標準化的配置和通信方法，可以促進兩個設備之間的集成，同時減少所需的成本、時間和風險。

雖然現代過程制造通常是高度自動化運行的，但它們可能并沒有實現完全的集成。這個長期存在的問題也被稱為 “自動化孤島”。無論是大型工廠還是小型工廠都可以很好地實現自動化，但如果沒有完全集成，那么就無法實現顯著的性能、效率甚至安全提升。

這種情況的存在源于多種原因。在典型生產過程中，大多數裝置都由大型分布式控制系統（DCS）控制和監視。但是，有許多公共設施和其它OEM設備，包括產品精加工和包裝系統，更適合使用可編程邏輯控制器（PLC）和人機界面（HMI）進行本地化控制和監控。操作單元和相關設備根據其作用的不同會有很大的差異，而且可能由許多不同的供應商提供，每個供應商都將各種自動化平臺標準化，這就使Zui基本的功能接口之外的任何集成工作變得更加復雜。

傳統的集成方法，包括手動數據映射、自定義代碼、信號交換和硬接線。即便如此，操作員仍需查閱整個工廠中許多不同的控制界面，而不是在控制室中實現清晰透明的頂層可視化。

幸運的是，現代系統的不斷融合和互聯制造計劃催生了一種新的解決方案，使DCS、PLC和HMI系統更容易、更快速地集成。該技術被稱為模塊類型包 (MTP)，是國際過程工業自動化用戶協會（NAMUR）推薦的過程工廠自動化模塊化技術。

01

傳統的集成挑戰

為什么集成工作很重要？可以拿典型的制藥設施為例，它使用DCS來控制和監測主要過程，然后在生產環節的其余部分，采用許多專用的PLC來控制離心機。一種簡單方法可能是在利用DCS系統在需要時控制每個離心機的運行，然后監測設備是否運行良好。

然而，離心機有更多的運行、性能、調整和診斷數據，或許還包括清洗等其他模式。雖然實時數據很重要，但歷史信息也不能忽視。如果沒有更復雜的界面，控制室內的DCS操作人員就無法看到這些詳細的運行情況，除非他們訪問每臺離心機的單獨HMI。即使只有幾臺離心機，這樣做也會很困難，隨著PLC控制設備數量的增長，這會變得越來越不切實際。

傳統解決方案要求系統集成商和控制系統工程師開發相關DCS和PLC之間的雙向通信，然后根據需求創建DCS圖形、報警、歷史記錄和其它相關功能。這類工作可能既復雜又昂貴，還需要額外的測試和調試。基于PLC的設備供應商和OEM制造商可能不會提供對其系統的開放式訪問，因為他們擔心可能會影響其性能，還涉及到知識產權保護相關的問題。任何更改都必須在兩端手動執行，然后重新測試。

02

改進方法帶來的好處

一個更可行的替代方案是創建一個包含原生和標準機制的環境，以支持必要的集成和后續通信。PLC控制的設備（即使是復雜案例），也可以通過導出提供所需的集成配置信息，然后DCS就可以導入這些信息并對其進行解釋，因此用戶需要做的就是連接這兩個部分。

NAMUR NE 148中定義了MTP的概念和規范，它是一種專門為在主過程控制系統和相關自動化設備系統之間執行數據、可視化和功能集成而設計的供應商中立描述語言。MTP可以讓用戶輕松地為PLC配置與DCS 交互所需的正確 "鉤子"，并提供一種將兩者連接起來的機制，消除傳統集成方法所需的原型設計和集成步驟，減少集成時間和風險（圖1）。

▲圖1：傳統的手動PLC/DCS集成方法（上圖）非常耗時，可能需要多次迭代才能完成。采用MTP集成(下圖）則可自動完成并簡化任務。本文圖片來源：艾默生

MTP不是一種工業通信協議，如OPC UA、Modbus TCP或PROFINET。相反，它提供了一種以一致的方式呈現基于PLC的信息的方法，包括過程控制、安全保障、報警管理、HMI圖形和維護診斷。

NE 148定義了兩個層。第一層或“下層”是過程設備裝配（PEA），基于PLC的撬塊和其它子系統位于其中。MTP用于從PEA導出PLC配置，并將其導入第二層或“上層”，即流程編排層（POL），由DCS或其它更gaoji別的過程自動化主機系統組成（圖2）。

▲圖2：PEA層中的每個設備都使用標準MTP對象庫進行描述。將這些信息導出后，使用嵌入到DCS中的MTP實用程序，將其導入到POL。

每個PLC稱為一個模塊或一個封裝單元。一旦完成了導出/導入，每個模塊通過標準以太網架構網絡與DCS通信，使用安全的OPC UA來呈現其過程數據、HMI信息等（圖3）。

▲圖3：撬塊和其它PLC控制的子系統是PEA的一部分。使用MTP，它們可以通過通用架構網絡與其各自的DCS進行通信，如果需要，還可以與網絡的其它部分進行通信。

標準化的MTP數據對象庫為開發人員提供了一種簡單且可擴展的方式來建立復雜的集成，而無需專門編寫代碼或進行廣泛的研究和測試。除了降低集成風險外，一個重要成果是集成工作量可以減少一半甚至更多，并且可以大大簡化任何后續變更。

03

MTP集成的優勢

MTP為尋求打破自動化孤島之間障礙的Zui終用戶提供了明顯的優勢。這些用戶現在有一種經濟可靠的方法來設計新裝置或升級現有操作。這種方法提供了完全集成的控制和可見性，幫助操作員提高工作效率。MTP還通過支持其它數據驅動的努力，為更多功能打開了大門，如分析和互聯制造。

撬裝設備和機器制造商OEM可以利用MTP所提供的、經得起未來考驗的解決方案，使其成為Zui終用戶的shouxuan供應商。OEM制造商通常更喜歡標準化的自動化設計，但他們通常必須投入精力來生產根據客戶規范定制的或完全定制的系統。基于MTP的解決方案為OEM廠商提供了一種專注于其設備性能的方式，同時實現了與任何客戶自動化系統的輕松集成。

負責將基于PLC的設備與DCS集成的控制工程師和系統集成商會非常欣賞MTP如何簡化這項工作，同時提高質量和一致性，并降低人為錯誤的可能性。在很多情況下，一項技術可以將集成時間縮短一半，并將總成本降至Zui低，這對所有相關方來說都是一個重大勝利。

盡管MTP是一種與供應商無關的跨平臺技術，但一些PLC和DCS供應商已經采取額外的措施，可通過集成特定平臺的擴展功能來支持其客戶（圖4）。標準的 MTP 功能得以保留，但當單一供應商能夠提供所有DCS和PLC平臺元素時，就能為Zui終用戶帶來更多優勢，提高效率。

▲圖4：盡管MTP是一種與供應商無關的跨平臺技術，但一些PLC和DCS供應商已經推出先進的解決方案，可通過集成特定平臺的擴展功能來支持其客戶。

例如，當PLC數據結構被導入到DCS時，可以以優化DCS內信號分配的方式進行處理。這是因為這些自動化平臺已經經過測試，可以開箱即用地協同工作，超過了NAMUR NE 148的基本要求，因此可以提供額外的一致性和功能。

一家化工制造商啟動了一項建造新生產裝置的計劃。為了加快施工進度，設計要求采用許多成套子系統，如過濾撬、化學品噴射器、帶氮氧化物抑制功能的天然氣加熱器和噴霧干燥器。該團隊沒有采用成本高昂且耗時漫長的傳統集成方法，而是指定由單一供應商提供支持MTP的全套自動化系統（圖5）。

▲圖5：一家化學品制造商采用了具有MTP功能的DeltaV DCS和PACSystems RX3i PLC來創建一套新的生產裝置，他們受益于先進的集成，而花費的精力只有傳統方法通常所需的一半。

現代生產工廠內部的集成對于提高運營效率至關重要，同時還可以實現分析和主動維護等其它先進功能。MTP是一項創新突破，旨在減少將PLC設備與工廠DCS系統集成的時間、成本和風險。

更高的模塊化水平帶來了更大的靈活性，標準化的接口簡化了開發和運營。支持MTP的系統可幫助用戶消除復雜的原型設計，同時縮短關鍵的集成、測試、啟動和調試步驟。當Zui終用戶、OEM制造商和系統集成商在選擇PLC和DCS平臺時，不僅要選擇支持MTP集成的平臺，還應選擇經過優化的擴展平臺，這樣有助于提升效率、簡化工作。