显著提升油气行业过程装置的可靠性

过程自动化控制系统

倍福依靠全面的模块化组件和深厚的跨行业专业知识，通过基于 PC 的控制技术打造开放式自动化系统。诸如 PLC、可视化、云连接、安全技术和测量技术等所有控制功能都集成在同一个平台上。倍福可为油气行业提供全系列的模块化产品，用于实现从防爆区 0/20 区到云端的无隔离栅通信的集成式解决方案。

基于 PC 的控制技术可为油气生产带来的优势：

• 适用于所有过程技术和装置自动化的通用平台
• 将所有控制功能集成在同一个系统中
• 开放的硬件和软件接口，实现了高水平的互操作性
• 控制器和电缆冗余可提高过程装置的可靠性
• 基于 PC 的控制技术已在全球所有行业中得到广泛应用

油气行业的理想选择：开放式 EtherCAT 现场总线

EtherCAT 是一种通用、开放的高速现场总线，适用于 PLC、运动控制、传感器、测量技术和安全技术以及防爆等所有应用领域。有了 EtherCAT，仅需一种通信技术即可满足整台装置的通信需求，并能够从无所不包的 EtherCAT 架构的安全性和高性能中获益。基于 EtherCAT 的控制技术也可以用于集成第三方 EtherCAT 设备及其它现场总线系统。

EtherCAT 可为油气生产带来的优势：

• 市场上有大量支持 EtherCAT 技术的传感器和执行器
• 通过诊断功能快速排除故障
• 扩展距离技术实现了广阔区域的数据采集
• 电缆冗余可提高过程装置的可靠性
• 远程 I/O 助力实现精益化系统接线

TwinCAT：针对油气行业的控制平台

倍福通过其 TwinCAT 自动化软件提供了一个可用于控制油气生产装置的中央平台。除了 PLC 程序中传统的过程控制之外，用 C++、MATLAB^® 和 Simulink^® 编写的算法也可以在实时核中执行。基于 PC 的控制技术在过程自动化应用领域随着特定的过程技术协议和接口的广泛整合进一步得到了扩展。TwinCAT 支持 NAMUR、HART 和 FDT/DTM 等常用协议，可以涵盖流程行业的各个领域。

TwinCAT 针对油气生产的产品亮点：

• 控制系统集成工业 4.0 及物联网应用
• TwinCAT MTP 助力实现模块化过程装置的自动化
• TwinCAT Controller Redundancy 可以提高过程装置的可靠性
• 通过分析功能实现全面的数据评估
• 支持 NAMUR、HART 和 FDT/DTM 等常用协议

外观优雅的防爆面板：采用坚固耐用的铝质外壳的 CPX 系列

倍福利用成熟的多点触控技术打造出了更加坚固耐用的 CPX 系列防爆控制面板，它们符合防爆区 2/22 区的应用要求。即使在恶劣的环境条件下，高功能性和高品质做工也可确保 CPX 面板的耐用性。全面的 CPX 产品系列提供多种屏幕格式、尺寸、安装选项以及功能供用户选择。无风扇面板型 PC 还可实现可靠的过程装置控制。

多点触控面板在油气行业的应用：

• 电容式触控技术优化操作
• 高品质设计
• 坚固耐用
• 安装位置灵活
• 有了 CP-Link 4 之后，防爆面板和工业 PC 之间的距离最远可达 100 米

将 Ethernet-APL 现场设备连接至模块化 I/O 系统

当前，数字化浪潮正以席卷之势重塑油气行业，尤其是在过程装置诊断和监测领域。一般来说，过程装置的应用范围非常广泛，并具有一些特殊要求，而专门开发的 Ethernet-APL 协议可以通过长达 1000 米的电缆进行通信，传输速率最高可达 10 Mbit/s，可以很好地满足这些要求。

倍福将 Ethernet-APL 技术集成到端子模块产品系列中。ELX6233 结构紧凑，可与其它 EtherCAT 端子模块一起安装在控制柜中。每个 ELX6233 端子模块可连接 2 台 Ethernet-APL 现场设备。与 ELX 系列的所有 EtherCAT 端子模块一样，ELX6233 可以直接连接防爆区 0 区的本安型现场设备。

实现低至从传感器，高至云端的集成通信

联网控制系统在油气生产中至关重要，可保障分布式过程装置组件之间实现无缝通信。基于 PC 的控制技术还凭借其开放性成为工业 4.0 和物联网方案提供了理想基础：软硬件层面的灵活接口可实现横向与纵向集成，例如对接更高层级的控制系统。

TwinCAT IoT 软件库可确保过程装置控制系统与云服务之间的安全通信。它支持 OPC UA、AMQP 及 MQTT 等标准化协议，用于与 Microsoft Azure™ 和 Amazon Web Services 等常用的公有云系统以及公司内网的私有云系统通信。

集成的控制器冗余提高了过程装置的可靠性

过程装置的可靠性在油气生产中占据着举足轻重的地位。用户可以使用冗余架构防止单个控制组件出现故障，以进一步提高过程装置的可靠性。TwinCAT Controller Redundancy 可以用于实现冗余的控制器操作。

系统集成的软件解决方案能够将两台运行相同 PLC 程序的标准工业 PC 设置成为冗余控制器运行。两台控制器之间实时网络通信实现了所需的同步，由于使用的是标准以太网，因此无需使用专用的硬件组件。这样可以轻松确保，在任何时候两台工业 PC 中只有一台控制现场总线模块，并且两台配备相同数据库的工业 PC 同步执行控制程序。当某台控制器出现故障时，另一台控制器将接管操作，以防止过程装置停机和数据丢失。

TwinCAT 助力简化现场设备的调试工作

在 I/O 系统及 TwinCAT 开发环境中完全集成 HART 功能可以确保轻松实现项目规划和调试。集成 HART 协议让用户能够将 HART 现场设备直接集成到控制器中。TwinCAT FDT 能够将现场设备的 DTM 直接集成到 TwinCAT 开发环境中，因此能够在同一个环境中编写和配置现场设备。

倍福 ComDTM 能够将 TwinCAT 控制系统无缝集成到现有的过程控制系统中。借助 CommDTM，可以将具有 HART 功能的 EtherCAT 端子模块所连接的现场设备的 DTM 集成到上一级系统内的任意 FDT 容器中。这样就可以在 FDT 中远程配置和参数化现场设备，而无需访问 PLC。

偏远或海上过程装置采用高性能边缘控制器（工业PC）与本地控制逻辑实现监测与控制，即便远程连接中断，也能保障所有流程持续自主运行。数据以加密形式传输（例如通过 OPC UA 协议），在连接不稳定或高延迟场景下可实现临时存储。基于这些数据，可远程完成诊断、参数调整，快速排除故障。为此，倍福提供搭载 TwinCAT Runtime（内置 OPC UA 服务器）的工业 PC、EtherCAT I/O 以及状态监测和安全远程维护功能，支撑这类架构落地。

通过预防性维护、基于设备状态的维护、冗余系统架构以及快速互锁机构提高过程装置的可靠性。快速响应、远程诊断以及明确规范的测试流程可助力过程装置快速恢复运行。TwinCAT 3 Condition Monitoring 与倍福可扩展的工业 PC 平台相结合，为基于设备状态的维护与高效远程维护提供了数据支撑。冗余系统解决方案可进一步提升过程装置的可靠性。

为尽可能减少停机时间，我们提供了多种冗余方案，涵盖从数据采集到与上级系统通信的所有环节。油气行业典型的冗余选项包括控制器冗余、网络冗余、冗余电源、I/O 与现场设备冗余，以及冗余数据存储和日志记录。

在现场层，可以通过 EtherCAT 冗余实现远程 I/O 的冗余集成。同时还会采用冗余电源，以及基于并行冗余协议（PRP）的网络通信。网络冗余可通过 EtherCAT 环型或并行拓扑结构、长距离光纤链路，以及通往 SCADA/DCS 系统和远程站点的双通信路径实现。

控制器冗余中支持两台控制器并行运行，一旦主控制器发生故障，系统可自动切换至备用装置接管运行。倍福解决方案通过 TwinCAT 集成控制器冗余，搭配前文所述的 EtherCAT 冗余方案、冗余工业 PC 以及电源，以及 FailSafe/热备用 I/O 相结合，可保障海上与陆上过程装置实现快速、确定性的故障转移。此外，方案还配置 UPS 与电源冗余、用于历史日志数据的 RAID 镜像，以及向中央系统同步的数据复制机制，全方位防范数据丢失风险。实施过程需明确 RTO 与可用性指标、SIL/PL 要求以及爆炸危险区域分类，开展 HAZOP 测试，并定期安排故障转移演练。

过程数据通过边缘设备实时采集，完成预处理并给本地报警信息添加标签后，通过 OPC UA/MQTT 等标准接口传输至历史数据库系统或云平台。在该环节中，数学分析与机器学习模型可实现异常工况识别和磨损指标判定，同时完成设备剩余使用寿命的估算。高质量数据采集、具有参考价值的运行状态数据与规范化原始数据处理是实现可靠预测的核心支撑。倍福的 TwinCAT Analytics、可扩展的边缘控制器等解决方案，可提供集成式数据采集、预处理能力，实现与云端分析的无缝对接。

通过 Ethernet-APL 实现的现场设备通信，不仅可完成过程数据传输，还能提供集成式现场设备配置 Web 服务器、高级诊断数据接口等功能。这类远程访问能力可大幅简化设备调试与运维流程，尤其适配油气行业内布局分散、地理位置偏远的装置场景。