容器化技术在工业自动化软件开发中的成效显著

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容器化技术在工业自动化软件开发中的成效显著

1工业软件与工业标准的关系

在许多工业领域为他们服务的工业软件通常依赖于该领域的行业标准。 工业软件平台往往是多种工业标准综合应用的结果。 近年来有影响力的过程工业自动化标准活动包括美国推动的一系列开放式过程自动化标准OPAS、德国NAMUR推动的NAMUR开放自动化NOA以及NAMUR发起的模块化类型包MTP（MTP）。 综上所述，OPAS是一个完全开放的架构，重新定义了DCS和PLC，采用市场领先的软件和硬件组件，致力于互操作性、互换性和信息安全能力； NOA是基于现有的DCS系统。 利用IT技术实现成本可控优化和信息安全，力争用供应商独立的技术实现流程工业4.0的各类案例； MTP利用现有的DCS和PL组件无缝集成到过程设备的自动化单元中。 ，强调*大限度减少项目体量，同时优化性价比，加快项目交付进度。 这三个标准虽然侧重点不同，但也有很多相同点和相似之处。 对于*终用户来说，太多的标准并不是一件好事，因此OPAF和NAMUR考虑将这三个标准统一为一个架构，并提出了如图1所示的架构。在未来流程工业自动化技术的发展过程中，特别是利用成熟的标准以及IT技术的*新成果，相应的工业软件将向虚拟化方向发展。 遵循综合利用多年来积累的有效基础工业标准和IT标准制定的下一代流程工业自动化系列标准，参与并深化全开放自动化架构。 同时，要从*终用户的利益和需求出发，考虑新旧更替过程中的平滑过渡，这也是开发工业软件时必须遵循的原则。

2 容器化技术在工业自动化软件开发中取得显著成果

当前，我们正处于工业数字化转型之中。 “软件正在吞噬世界”的说法意味着软件在系统中扮演着“基础设施”的角色，云计算软件开发方式已经成为软件开发的主要方向。 经过几年的探索，云计算开发方法在工业自动化软件开发应用虚拟化方向取得了长足的进步。 实际应用的结果验证了容器化在工业自动化软件开发中的优越性。 它也是一种虚拟化技术。 与虚拟机相比，容器化有以下明显优势：一是APP的粒度更细自动化软件开发，有利于轻量级容器的形成； 其次，所需的硬件开销要小得多； 第三，应用程序代码及其相关软件环境被打包并安排在操作系统基础设施上由容器引擎执行，无需任何其他支持； 第四，容器中的各个应用程序相互隔离，这种隔离保证了信息安全； 第五，应用程序代码的更新和升级可以远程部署。 总之，容器是独立的，可以通过特定平台根据需要进行选择和部署，给用户很大的灵活性； 同时，独立且封闭的容器提供了本机信息安全。 过程自动化行业对软件容器有特殊需求。 它们需要能够容纳广泛的应用软件，例如高级过程控制（APC）、过程优化和资产管理等容器化技术在工业自动化软件开发中的成效显著，并同时通过标准化接口（例如OPCUA）交换数据。 此外，过程自动化容器需要在不同的物理位置和不同的主机硬件之间移动。

对于大型操作，可以使用这样的编排工具来维护、组织和管理容器库，根据资源可用性自动平衡计算负载。 以虚拟化的使用为例，它不仅用于HMI和服务器级别的应用程序，而且开始扩展到过程自动化的其他方面，例如I/O的软配置。 正在考虑软件和硬件解耦的可能性，不仅在服务器中使用容器化技术，而且在控制器和 I/O 级别也使用容器化技术。 开发（ELCN）有效地模拟此类遗留系统，使公司现有客户能够“无限延长其知识产权投资的寿命”。 它与旧系统 100% 二进制兼容并可互操作。 2018年6月，在用户组织会议上向公众宣布，相同的代码无需修改即可在虚拟环境中运行，大大降低了可能存在的技术风险。 虚拟化 TDC 环境带来了许多额外的好处，包括使工程师能够应用基于云的虚拟工程平台 () 来交付 TDC 解决方案。 此后，它继续推出虚拟化版本，并在 2019 年用户大会上宣传其用于高度集成的虚拟环境。

总之，在应用层、控制器层和I/O层都实现了具有虚拟化特性和软硬件解耦的解决方案。 流程工业（MTP）中集装箱化的另一个例子正在开发中。 MTP本质上是利用容器技术来创建易于集成的过程设备，并使用预定义的自动化模块单元来实现模块化。 这种预定义的自动化模块化单元很容易根据生产需要添加、布置和调整。 每个MTP都符合标准化方法和框架，包括将其集成到模块化设备中的所有必要信息（例如通信服务、HMI描述、维护信息等）。 例如，ABB的MTP供应清单包括用于系统800xA操作流程和编排的智能模块。 开放架构的骨干网络通过OPCUA通信连接编排层和模块层。 在未来五年甚至更长时间内，与其他形式的软件开发相比，云软件开发技术显然将成为主导形式。 而且，企业软件、嵌入式软件和云软件这三类软件开发将得到极大的融合。 有理由预期，面向云计算业务的开源软件技术将得到快速发展和推广，所有软件开发都将采用云软件开发方式。 值得注意的是，这种融合将由开源软件开发的快速步伐推动，而不是工业自动化行业目前采用的软件开发方法的缓慢步伐。

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