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通过配置ZENON整合传统设备以达成模块化自动控制的目标
当今自动化模块式封装（MTP）技术是一种新式的自动化系统设计概念。它允许用户按照各设备制造商提供的模块功能描述文件、按当前生产订单要求来快速、灵活地将所需的设备自动化地集成为完整的生产控制系统（如传统过程控制系统）。由于并非每个用户的现有设备都已有现成的 MTP功能，因此zenon已推出一种简单的解决方案来升级用户现有设备以支持 MTP 标准应用。
模块类型封装(MTP)
工厂生产柔性化的提高是快速变化中的化工和制药行业的市场需求之一。为了在程序、机械和自动化方面能够实现要求的灵活性，对工厂现存的生产系统进行模块化改造是绝对必要的。
为了应对这一挑战，PNO（PROFIBUS用户组织）与NAMUR（过程工业自动化技术用户公司的国际协会）和德国ZVEI协会合作通过定义模块类型封装 （MTP）概念（VDI/VDE/ NAMUR 2658）.1以支持生产自动化系统即插即用。此模型允许用户在一个系统架构中快速装配或拆卸来自不同供应商的设备系统。
在生产系统中实现一致模块化的基本前提是对各个模块的信息进行统一描述。包括系统存在哪些数据对象？有执行哪些服务？根据 MTP 术语，像生物反应器或滤芯这样的模块被称为生产工艺设备组装件（PEA）。
每个 PEA 都应能显示其属性，例如它可以提供的服务（像反应器可提供填充或搅拌功能）、所配置参数、报警信息和用于监控的HMI画面。所有这些信息都以 MTP规定的格式在XML文件中存放和描述。
无论PEA使用何种控制系统，它们都将以标准化格式提供信息。这有利于与上一层的过程编排模块（POL）集成，如图 2 所示。通过在POL中导入各种模块的PEA文件并将它们彼此关联起来，这个POL文件代表了需要生产监控的所有模块，以及根据ISA 88标准创建的包含各模块PEA所提供的服务的生产批次处理流程。当上述批次生产完成后，我们就可以通过POL重新排列各模块的功能，这样通过不同的顺序来生产出另一批产品。在其中所使用的OPC UA是一个已被广泛接受的标准，它被选为PEA 和 POL 之间的通信层。
ZENON 如何支持设备供应商的
制造商如何提供符合MTP标准的工艺设备？首先，对于每台机器，制造商必须提供一个文件（MTP 文件）为描述其功能和特性，它使用由 MTP 定义。此外，PLC 程序也必须遵循 MTP 标准，为每个涉及的功能提供一个状态模型的实现。最后，所有信号都必须由 OPC UA服务器收发，同时该服务器为 POL 提供接口。
为此，zenon专门推出了一个MTP的编辑器工具，可根据规范生成MTP文件。同时，用户可使用zenon Logic创建符合IEC 61131 标准的PLC程序，最后它还包含OPC UA服务器。从而提供按MTP逻辑实现的功能块，这样您就可以使用zenon构建符合MTP的工艺模块，来在线获得工艺模块（例如包装单元、容器等）的MTP文件。从而为 MTP 做好准备。
如何实现MTP网关集成现有设备?
当存在一些功能在当前生产中效果很好，但是还不符合MTP。我们应如何直接整合这些模块？此时可以使用zenon MTP网关模块，它会将MTP与现存的自动化系统集成，为它们提供OPC UA连接、 MTP逻辑和描述其特性的文件。由于zenon是一个开放系统，能为 PLC或设备提供多达300多种本地连接方式，因此通过协议连接生产模块并以符合MTP标准中定义的 OPC UA 结构正确映射它们。
如图 1 所示，借助 zenon将现有资产获得新的生命，并提升其至 MTP 标准。
综上所述，所需组件依次为：
– MTP清单：这是描述模块功能的文件，包括所提供的服务和 HMI画面。
– 一个名为“MTP 网关”的软件应用程序，能够在一端与传统控制系统通信，在另一端以符合 MTP 的方式传递这些信息。
此应用程序可以在任何 Linux 或 Windows 操作系统的设备上运行（例如嵌入式设备、PC、虚拟机等）
MTP 网关由以下部分组成：
– 连接到传统 控制器，如 PLC、IO、串行通信或数字孪生。
– IEC 61131-3 变量转换、聚合和映射逻辑 。
– 可在任何 Linux 或 Windows 操作系统的设备（例如嵌入式设备、PC、虚拟机等）上运行的应用程序。
– OPC UA生产网关能够根据MTP清单传递PEA 变量。
这种方式可让用户在升级MTP的同时保留自己已开发的软件、或已成功验证的PLC代码，仅需在其顶层安装运行zenon MTP网关，即可满足MTP模块化过程自动化的需求。
充分的灵活性
MTP网关可在Windows或Linux 操作系统上运行。选择在专用 Linux设备上运行它还是集成在 POL服务器上由您决定。
自动生成MTP代码：新服务
作为设备供应商，现有设备的安装基数可能会很大。其手动创建 MTP连接所需组件（MTP 文件、逻辑代码）是一项艰巨的工作。因此，需要自动生成MTP文件和MTP网关相应的zenon逻辑代码，以适用于这些设备。
MTP Studio提供了使用MTP 编辑器自动创建MTP文件的选项。这不仅限于MTP编辑器本身——还可以自动执行创建任务。如果设备配置（包括变量结构、P&ID等）以电子文件方式提供，则此系统可读取这些配置文件并自动创建 MTP文件。因此，拥有可用的 MTP文件能够一键生成 MTP逻辑代码的基础。
MTP文件和MTP网关的自动生成是作为在线付费服务提供的。如果您对此感兴趣，请与我们联系。
哪些设备可以通过MTP连接？
目前为止一切看起来都很顺利。但这在实践中是否可行？事实是，它已经得以实现了。让我们来看看以下的成功案例。
MG2胶囊充填设备
意大利MG2公司成立于1966年，是设计和制造用于食品、保健品、化妆品和食品行业的加工和包装机器的领导者。
多年来，MG2的设备已经能够 通过标准化模块传递数据至公司网络上的OPC UA服务器、域身份验证、时间同步服务器、SQL Server 数据库、网络数据库备份和集中生成批处理报告报务器。
现在，一个新模块加入了连接系列，它使得MG2设备更易于被接入生产环境。该公司在最近在杜塞尔多夫举办的Interpack展会上展示了这个原型（PoC），MG2在其生产的胶囊灌装设备上应用了MTP架构。
MG2宣称，MTP就绪使他们的客户能够轻松地将MG2设备集成到他们用户的IT环境中。
MTP文件描述其设备IT界面如下所述。
– 服务描述：
• 批次接口：接收待生产批次的参数。
• 批量加载：接收来自POL的批次生产信息（例如批次号、产品名称、配方名称等）
• 批次结果：在批次生产结束时将生产数据发送到POL（例如生产产量、不合格数量、SPC 信息等）。
– 实时变量值:
• 报警/GMP 异常。
• 设备在 POL 层的图形表 示。
• 设备所提供的服务中定义（ISA 88批处理节点）可自由配置的MTP文件/MTP编辑器。
CYTIVA色谱系统
Cytiva（前身为通用电气保健生命科学事业部）成立于 2020 年，是一家致力于推动和加速新型疗法开发的全球技术和服务提供商。Cytiva 与zenon合作开发了首个MTP原型，以探索如何便捷地升级现有模块，从而为 MTP 做好准备。
在这个原型机中，新的ÄKTA ready™ 450色谱系统配备了使用zenon MTP网关的MTP功能，其目标如下：
– 维护本地配置验证。
– 避免需要替换或修改现有开发的代码或软件的。
– 将 MTP 网关连接到 Cytiva Unicorn 软件的本地 OPC UA 服务器。
– 通过 POL 启动本地方法（配方）。
– 在 POL 中显示服务和变量值的状态信息。
通过使用 MTP，让一台 像 ÄKTA ready™这样的复杂设备仅靠单击鼠标即可将其导入POL中。在自动生成后，所有状态信息和P&ID均可使用，见图3。
现场演示
在zenonize23大会上，Cytiva 的首席自动化工程师 Mikael Björling，以及高级产品经理UNICORN和 Olivier Friker 展示了如何使用zenon MTP网关来让zenon和MTP 在此设备上实时集成。您可以向我们的业务经理索要观看这个演示的链接。
ISPE HACKATHON研发实验设备
作为新兴技术领先者,zenon参与了ISPE Pharma 4.0的实践社区活动，Hackathon的目标是“通过集成研发实验室设备来创建MTP标准”。
Hackathon设置
这个原型项目的目标是使用指定的设备来制作一杯完美的咖啡。完美意味着要现场对这杯咖啡进行质量、温度以及咖啡和牛奶浓度的实时测评。每杯咖啡都是现点现做的。且对制作过程进行了全面监测；所有数据均需记录并按时间校正。所有的PEA都是使用 zenon MTP Studio 编排的。所有模块都连接到中控POL，见图4。
以下是此设备使用zenon MTP网关连接的设备：
– 蠕动泵，Watson-Marlow 323 （RS232）
– 温度控制器， Julabo MAGIO MS-1000F （RS232）
– 温度传感器（OPC UA）
使用zenon生成的MTP POL应用程序的步骤如下：
– 导入PEA MTP文件，包括 PEA实例生成
– 工艺流程编排
– 生成POL应用程序
– ISA-88批处理配方生成和执行
MERCK的MTP成功案例
默克公司也在为其实验室引入模块化自动化技术，这在化工行业尚属首创。当前化学和制药行业的产品生命周期越来越短。Merck KGaA 正在寻找一种新的解决方案，该解决方案可以轻松创建和更新其设备的系统配置，快速实施从实验室升级到工厂的生产。借助 zenon，这家技术公司现已成功在更高层级的流程编排（POL）中根据 MTP 标准推出模块化服务。这种模块化灵活应用正在加快产品上市时间。实现该项目的关键推动因素之一是 zenon MTP 网关，因为该项目可以连接当前尚未准备好使用 MTP 的现有设备。
在 zenonIZE23 活动中，与会者有机会了解到默克公司执行董事 Andreas Bamberg博士的战略。他使用这种模块化的工程方法，在位于Darmstadt的默克工厂通过zenon开发了共计60种不同的POL。该项目始于2019年，目前已经取得了令人瞩目的成果。要了解更多信息 ，请向我们的业务人员索取此成功案例的链接。
未来ZENON软件平台的MTP
有了上述项目中积累的经验，坚定了zenon在中期计划中扩大对方向的支持。我们可以在使用zenon 12时感受到这一切，这个最新版本让用户更容易实现符合MTP标准的模块化项目。
生物技术中的模块化工程只是一个梦想还是现实？随着MTP在zenon软件平台中的集成，开放和可互动的新型DCS系统的实现已得到验证。
生命科学与过程工业总监