現(xiàn)在的過程和混合制造商所面臨的挑戰(zhàn)與五年或十年前的不同，而軟件定義控制系統(tǒng)正在發(fā)揮作用。制造企業(yè)正在承諾提高可持續(xù)性，甚至設(shè)定了在未來幾年內(nèi)，要實現(xiàn)的凈零碳目標。與此同時，充滿活力的全球市場迫使制造商實現(xiàn)更靈活的運營，以滿足客戶不斷變化的需求。

為了實現(xiàn)這些目標，企業(yè)需要能更輕松的訪問數(shù)據(jù)，他們正在朝著無界自動化的愿景發(fā)展。在這一愿景中，數(shù)據(jù)從智能現(xiàn)場，通過邊緣無縫地傳輸?shù)皆贫恕F隊需要能夠輕松的訪問數(shù)據(jù)，來提高生產(chǎn)力和運營敏捷性，這將有助于實現(xiàn)其目標，但在傳統(tǒng)的控制技術(shù)中，數(shù)據(jù)更有可能是孤立的，無法自由的使用數(shù)據(jù)。這種差異促使許多運營團隊考慮新項目來取代其老化的基礎(chǔ)設(shè)施，但傳統(tǒng)的擴建和更新項目可能既復(fù)雜又昂貴。

軟件定義的控制技術(shù)是一種模型，通過消除專用控制硬件，實現(xiàn)更靈活、可擴展、面向未來的運營，最終使項目更容易執(zhí)行，更具成本效益。因此，理解軟件定義控制，對于駕馭自動化的未來至關(guān)重要。

一、為何工業(yè)控制系統(tǒng)需要軟件定義？

如今，當(dāng)運營團隊想要擴展或使其自動化系統(tǒng)現(xiàn)代化時，通常必須購買和安裝各種新的硬件。團隊還需要購買特定的工業(yè)硬件控制器，然后將其配置在專用機柜中。他們還需要購買運營所需的新I/O，需要一個網(wǎng)絡(luò)層來容納所有的新設(shè)備。

軟件定義控制可以消除現(xiàn)有自動化系統(tǒng)的硬件復(fù)雜性。團隊?wèi)?yīng)該能夠在許多不同的硬件平臺上，運行容器化的控制工作負載，而無需購買為特定目的而構(gòu)建的硬件。一種可能的軟件定義工作負載部署環(huán)境，是通過超融合基礎(chǔ)架構(gòu)（HCI）實現(xiàn)的，控制系統(tǒng)在HCI環(huán)境中作為冗余服務(wù)運行（圖1）。

▲圖1：超融合基礎(chǔ)架構(gòu)（HCI）是軟件定義平臺的構(gòu)建塊，結(jié)合了傳統(tǒng)和實時工作負載。艾默生的無界自動化愿景就是一種軟件定義的控制技術(shù)，該模型旨在通過消除專用控制硬件，使項目更容易執(zhí)行，更具成本效益，從而實現(xiàn)更靈活、可擴展、面向未來的運營。

二、軟件定義工業(yè)控制系統(tǒng)的四大優(yōu)勢

用于工業(yè)控制領(lǐng)域的軟件定義控制模型將提供四個關(guān)鍵優(yōu)勢：

1彈性：當(dāng)今運營對高可用性冗余控制的需求進一步增加。由于在HCI上有多個控制器同時運行，團隊可以在不關(guān)閉設(shè)施的情況下，額外添加自動化工作負載。擴展或添加自動化負載，只需要在虛擬化環(huán)境中部署輕量級的容器化控制功能，在擴展區(qū)域開發(fā)輸入輸出（I/O）子系統(tǒng)，然后自動感知自動化系統(tǒng)中的現(xiàn)場設(shè)備。如果一個容器化控制功能發(fā)生故障，HCI的快速故障切換功能，將使團隊能夠持續(xù)無縫地的運行。HCI提供的靈活性允許超越傳統(tǒng)1:1主/備份架構(gòu)的容錯能力，包括在故障時轉(zhuǎn)移到處于其它物理位置的虛擬主機的可能性。

2可擴展性：當(dāng)操作人員無需重新設(shè)計復(fù)雜的硬件系統(tǒng)即可增加容量時，控制系統(tǒng)的適應(yīng)性將發(fā)生根本變化。設(shè)計和配置更多的機柜，以進行額外控制的日子已經(jīng)一去不復(fù)返了。使用HCI，添加額外的計算能力，就像在服務(wù)器機柜中連接另一個刀片服務(wù)器一樣簡單。

3靈活性：軟件定義控制簡化了項目執(zhí)行和日常運營活動。在擴展或現(xiàn)代化運營時，團隊不需要計算每個設(shè)備的信號標簽（DST），而是可以安全地估計他們的要求并根據(jù)需要進行調(diào)整。在任何時點，如果項目團隊需要進行影響I/O點容量或類型的更改，那么向上或向下擴展DST只需要更改軟件配置即可。團隊不再受項目執(zhí)行決策的限制，而可以在滿足運營需求的同時提高自動化水平。

4可升級性：自動化技術(shù)變化頻繁。雖然團隊經(jīng)常希望利用控制系統(tǒng)更新所提供的新功能，但如果升級需要中斷生產(chǎn)時就很難實現(xiàn)。軟件定義控制可以簡化該過程。隨著自動化供應(yīng)商發(fā)布新功能，使用軟件定義系統(tǒng)的運營團隊，可以在不中斷生產(chǎn)的情況下更新和更改控制軟件和策略，在主控制功能實例持續(xù)運行的同時，更新另一個控制功能實例。

03為什么是現(xiàn)在開始向軟件定義控制轉(zhuǎn)換？

支持軟件定義控制的技術(shù)構(gòu)建塊已經(jīng)存在多年，但自動化用戶和供應(yīng)商才剛剛開始調(diào)整他們的環(huán)境以使用該技術(shù)。這一轉(zhuǎn)變恰逢該領(lǐng)域的新技術(shù)，如以太網(wǎng)高級物理層（Ethernet-APL），正在解鎖新的數(shù)據(jù)源，這些數(shù)據(jù)源將把當(dāng)前的控制硬件推向（或超過）其極限。大量數(shù)據(jù)將很快從智能領(lǐng)域進入控制系統(tǒng)，包括視頻、聲學(xué)監(jiān)控和其它領(lǐng)域。具有創(chuàng)新精神的公司正在尋找將這些數(shù)據(jù)整合到控制策略中的方法。

最終，每家公司都需要一個面向未來的架構(gòu)來吸收來自智能現(xiàn)場指數(shù)級增長的數(shù)據(jù)。今天邁向這個未來將有助于團隊確保他們走上通往自動化平臺的道路，以實現(xiàn)行業(yè)領(lǐng)先的運營績效（圖2）。

最先進的自動化供應(yīng)商已經(jīng)交付了初期軟件定義控制可視化。這些公司正在為基于HCI的下一代虛擬化奠定基礎(chǔ)，并通過更靈活的控制器技術(shù)，來補充這一創(chuàng)新。

當(dāng)今最靈活的控制器，雖然仍由專用硬件驅(qū)動，但包含了軟件定義控制的許多核心概念，例如根據(jù)運營要求，靈活擴展或縮小的能力。這些技術(shù)是推動和支持軟件定義控制未來的基礎(chǔ)。具有前瞻性思維的過程和混合制造商已經(jīng)將其集成到項目中，為軟件定義的未來做好準備。

隨著越來越多的制造企業(yè)接受無界自動化以增強數(shù)據(jù)移動性的愿景，工業(yè)控制的未來將迅速改變。新的控制系統(tǒng)將建立在靈活性的基礎(chǔ)上，軟件定義的解決方案是該道路的基礎(chǔ)要素。長期以來，制造商一直希望自動化解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)按需付費，現(xiàn)在，軟件定義的控制系統(tǒng)解決方案將把這種權(quán)力交到他們手中。

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