現在的過(guò)程和混合制造商所面臨的挑戰與五年或十年前的不同，而軟件定義控制系統正在發(fā)揮作用。制造企業(yè)正在承諾提高可持續性，甚至設定了在未來(lái)幾年內，要實(shí)現的凈零碳目標。與此同時(shí)，充滿(mǎn)活力的全球市場(chǎng)迫使制造商實(shí)現更靈活的運營(yíng)，以滿(mǎn)足客戶(hù)不斷變化的需求。
為了實(shí)現這些目標，企業(yè)需要能更輕松的訪(fǎng)問(wèn)數據，他們正在朝著(zhù)無(wú)界自動(dòng)化的愿景發(fā)展。在這一愿景中，數據從智能現場(chǎng)，通過(guò)邊緣無(wú)縫地傳輸到云端。團隊需要能夠輕松的訪(fǎng)問(wèn)數據，來(lái)提高生產(chǎn)力和運營(yíng)敏捷性，這將有助于實(shí)現其目標，但在傳統的控制技術(shù)中，數據更有可能是孤立的，無(wú)法自由的使用數據。這種差異促使許多運營(yíng)團隊考慮新項目來(lái)取代其老化的基礎設施，但傳統的擴建和更新項目可能既復雜又昂貴。
軟件定義的控制技術(shù)是一種模型，通過(guò)消除專(zhuān)用控制硬件，實(shí)現更靈活、可擴展、面向未來(lái)的運營(yíng)，最終使項目更容易執行，更具成本效益。因此，理解軟件定義控制，對于駕馭自動(dòng)化的未來(lái)至關(guān)重要。
一、為何工業(yè)控制系統需要軟件定義？
如今，當運營(yíng)團隊想要擴展或使其自動(dòng)化系統現代化時(shí)，通常必須購買(mǎi)和安裝各種新的硬件。團隊還需要購買(mǎi)特定的工業(yè)硬件控制器，然后將其配置在專(zhuān)用機柜中。他們還需要購買(mǎi)運營(yíng)所需的新I/O，需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò )層來(lái)容納所有的新設備。
軟件定義控制可以消除現有自動(dòng)化系統的硬件復雜性。團隊應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(wú)需購買(mǎi)為特定目的而構建的硬件。一種可能的軟件定義工作負載部署環(huán)境，是通過(guò)超融合基礎架構（HCI）實(shí)現的，控制系統在HCI環(huán)境中作為冗余服務(wù)運行（圖1）。
▲圖1：超融合基礎架構（HCI）是軟件定義平臺的構建塊，結合了傳統和實(shí)時(shí)工作負載。艾默生的無(wú)界自動(dòng)化愿景就是一種軟件定義的控制技術(shù)，該模型旨在通過(guò)消除專(zhuān)用控制硬件，使項目更容易執行，更具成本效益，從而實(shí)現更靈活、可擴展、面向未來(lái)的運營(yíng)。
二、軟件定義工業(yè)控制系統的四大優(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(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢：
1彈性：當今運營(yíng)對高可用性冗余控制的需求進(jìn)一步增加。由于在HCI上有多個(gè)控制器同時(shí)運行，團隊可以在不關(guān)閉設施的情況下，額外添加自動(dòng)化工作負載。擴展或添加自動(dòng)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，在擴展區域開(kāi)發(fā)輸入輸出（I/O）子系統，然后自動(dòng)感知自動(dòng)化系統中的現場(chǎng)設備。如果一個(gè)容器化控制功能發(fā)生故障，HCI的快速故障切換功能，將使團隊能夠持續無(wú)縫地的運行。HCI提供的靈活性允許超越傳統1:1主/備份架構的容錯能力，包括在故障時(shí)轉移到處于其它物理位置的虛擬主機的可能性。
2可擴展性：當操作人員無(wú)需重新設計復雜的硬件系統即可增加容量時(shí)，控制系統的適應性將發(fā)生根本變化。設計和配置更多的機柜，以進(jìn)行額外控制的日子已經(jīng)一去不復返了。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(gè)刀片服務(wù)器一樣簡(jiǎn)單。
3靈活性：軟件定義控制簡(jiǎn)化了項目執行和日常運營(yíng)活動(dòng)。在擴展或現代化運營(yíng)時(shí)，團隊不需要計算每個(gè)設備的信號標簽（DST），而是可以安全地估計他們的要求并根據需要進(jìn)行調整。在任何時(shí)點(diǎn)，如果項目團隊需要進(jìn)行影響I/O點(diǎn)容量或類(lèi)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。團隊不再受項目執行決策的限制，而可以在滿(mǎn)足運營(yíng)需求的同時(shí)提高自動(dòng)化水平。
4可升級性：自動(dòng)化技術(shù)變化頻繁。雖然團隊經(jīng)常希望利用控制系統更新所提供的新功能，但如果升級需要中斷生產(chǎn)時(shí)就很難實(shí)現。軟件定義控制可以簡(jiǎn)化該過(guò)程。隨著(zhù)自動(dòng)化供應商發(fā)布新功能，使用軟件定義系統的運營(yíng)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(shí)例持續運行的同時(shí)，更新另一個(gè)控制功能實(shí)例。
03為什么是現在開(kāi)始向軟件定義控制轉換？
支持軟件定義控制的技術(shù)構建塊已經(jīng)存在多年，但自動(dòng)化用戶(hù)和供應商才剛剛開(kāi)始調整他們的環(huán)境以使用該技術(shù)。這一轉變恰逢該領(lǐng)域的新技術(shù)，如以太網(wǎng)高級物理層（Ethernet-APL），正在解鎖新的數據源，這些數據源將把當前的控制硬件推向（或超過(guò)）其極限。大量數據將很快從智能領(lǐng)域進(jìn)入控制系統，包括視頻、聲學(xué)監控和其它領(lǐng)域。具有創(chuàng )新精神的公司正在尋找將這些數據整合到控制策略中的方法。
最終，每家公司都需要一個(gè)面向未來(lái)的架構來(lái)吸收來(lái)自智能現場(chǎng)指數級增長(cháng)的數據。今天邁向這個(gè)未來(lái)將有助于團隊確保他們走上通往自動(dòng)化平臺的道路，以實(shí)現行業(yè)領(lǐng)先的運營(yíng)績(jì)效（圖2）。
最先進(jìn)的自動(dòng)化供應商已經(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，并通過(guò)更靈活的控制器技術(shù)，來(lái)補充這一創(chuàng )新。
當今最靈活的控制器，雖然仍由專(zhuān)用硬件驅動(dòng)，但包含了軟件定義控制的許多核心概念，例如根據運營(yíng)要求，靈活擴展或縮小的能力。這些技術(shù)是推動(dòng)和支持軟件定義控制未來(lái)的基礎。具有前瞻性思維的過(guò)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(lái)做好準備。
隨著(zhù)越來(lái)越多的制造企業(yè)接受無(wú)界自動(dòng)化以增強數據移動(dòng)性的愿景，工業(yè)控制的未來(lái)將迅速改變。新的控制系統將建立在靈活性的基礎上，軟件定義的解決方案是該道路的基礎要素。長(cháng)期以來(lái)，制造商一直希望自動(dòng)化解決方案能夠實(shí)現按需付費，現在，軟件定義的控制系統解決方案將把這種權力交到他們手中。
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