如果你是一個在流程工業工作的自動化專業人士，也許你會熟悉縮寫CPAS 。但即使你不知道CPAS代表協同過程自動化系統--一個于2002年由馬薩諸塞州Dedham 市的ARC咨詢集團公司創造的術語，即使不了解全部，你也很可能熟悉它的一些規則。

　　事實上，雖然CPAS并不是描述一個特定的商用系統，在過去十年的大部分時間里，它卻為技術的應用提供了一個模板或遠景，并對過程控制系統架構的方向有重大的影響 。例如，包括陶氏化學和杜邦公司在內的工程師承認，他們在起草建議請求書（RFPs）時使用直接從CPAS文件中抄來的語言。并且控制系統供應商們聲稱他們的產品設計結構遵守CPAS的原則。

　　基準測試工具

　　CAPS概念是應一些油氣加工行業大型終端用戶的要求在本世紀初不久誕生的， 這些用戶聘請ARC幫助他們更好得了解最新的過程自動化系統。"ARC對當前自動化如何發展的觀點成為業內標準，當用戶研究系統時可以把它作為一個基準，" ARC咨詢服務副總裁及CAPS報告的主要作者Dave Woll宣稱。雖然一些應用已經圍繞它發展很多年了，CPAS的"核心原則和核心技術仍然是完全一樣的，"他說。

　　CPAS是一個大題目，涵蓋了從工廠層面的傳感器和執行器一直向上到企業資源規劃（ERP）系統連接界面的每一樣東西。 最近對這一概念的研究來自一本名為《協同過程自動化系統》的書。它由ABB集團研究中心的首席科學家Martin Hollender和其他人共同撰寫，由國際自動化學會（ISA）在2009年出版。

　　按Hollender的說法，CPAS基于的一個事實是， DCS控制系統現在的發展已經超越了簡單過程控制的范圍，通過基于標準化的編程，集成和連接，今天的控制系統能夠促進豐富的更進一步的自動化功能，讓自動化工廠安全，可靠和有效率地運作，并為所有者和操作者提供了顯著的益處。

　　"CPAS的一個關鍵方面是它能夠從系統中的任何一點在合適的時間向合適的人選展現相關的信息，通過一個簡單而統一的環境向操作者提供信息，" Hollender在他書的前言中這樣寫道。"除此之外，CPAS的一個關鍵優勢是它能夠延伸到DCS系統的傳統能力范圍以外，這包括諸如生產管理，安全生產關鍵控制，高級控制，信息管理，智能儀表，智能馬達和馬達控制中心，資產管理，以及文檔管理的能力。"

　　除了控制之外

　　上述說法與密歇根州，Midland的陶氏化學公司關于自動化的觀點一致。陶氏工程方案的信息技術（IT）顧問，CPAS的早期追隨者Eric Cosman說"在陶氏用語里，我們使用自動化來指比控制更為廣泛的術語"，Cosman指出"控制是基本的監管控制、閉環控制那一類的事情。 但是當你開始注意工廠自動化的各個方面時，從啟動到關機，運行，以及所有其它的東西，我們使用更廣泛的術語。 而在我們的專用語中，自動化包括業界所稱的MES（制造執行系統）層。"

　　"我認為CPAS真的闡述了一個真正的具有廣泛能力的控制系統所能實現的基本原則和一些突出特點，"Cosman評論道。因此，他說，CPAS可以提供一種策略文件，在追求一個全面的，最先進的自動化策略時，制造商可以用它來決定他們想要走多遠以及有條件走多遠。

　　就Woll而言，他不同意MES作為一個獨立子系統的概念，而寧愿將CPAS看作一個具有不同應用的單一自動化系統。流程工廠中僅有的兩個系統是商務系統和自動化系統，他宣稱。"首先，CPAS應當被看作是一種實現應用的環境，這包括過程控制，高級過程控制，運營管理以及增強人力的應用程序，例如決策支持和高級分析，" Woll在為Hollender的書所寫的一段文字中這樣說。

　　各種技術和標準逐步發展并組合在一起，使CPAS成為可能。 包括ISA88和ISA95在內的標準為CPAS提供一個共同的參考模型，而國際電工委員會的IEC 61131-3標準則成為編程和配置的基礎。互聯網和標準網絡技術例如以太網和TCP/IP（傳輸控制協議/互聯網協議）的發展是關鍵，它使基于標準的信息交換成為可能。雖然CPAS只包括工廠的自動化系統，由以太網和TCP/IP所提供的共同邏輯骨干以及其它共同信息結構的要素，使其能夠與工廠的業務系統自然地交換信息。

　　對陶氏化學的Cosman來說后一個特點是關鍵。"在我頭腦里，區分普通老式過程控制系統和一個更全面的自動化系統的標準之一就是后者整合到業務流程的程度，"他說。實現這個整合是最基本的，Cosman指出，它可以讓商業決策無縫地流動到制造運作水平，同時運營結果可以一直被送回到業務層面。

　　自動化之本

　　對于一些經驗豐富的自動化專業人士來說，CPAS原則是顯而易見的目標，或許這與宣稱母愛是善良的有點類似，Woll并不反對這一觀點。"這不是火箭科學，"他說。 所有實現CAPS遠景所需的技術現在都有，他指出。 但是直到現在，他補充說，"還有很多東西沒有完成。"

　　讓我們考慮Woll認為是CPAS基礎的這個概念---全球數據訪問（GDA）。GNA使得Woll所提到的"五個任何"成為可能----即，能夠訪問"任何資料，在任何時間，從任何地點到任何地點，為了任何有效的目的。"這是一個過程自動化用戶的普遍愿望。"每當我做一個講座并問聽眾，'你需要的是什么？'每個人都說，'我要在任何時候得到我需要的任何信息，'這就是五個任何，" ，Woll指出。

　　盡管這說出了用戶的愿望，----為了最有效地做好本職工作，所有的員工應該能夠訪問他們所需的信息----但是在大多數系統中，這種能力還沒有完全實現，Woll指出。 他說，其中一個原因是一些過程自動化供應商還沒有提供真正的基于對象的系統，這樣的系統是GDA所必需的。

　　一些供應商提供的所謂"早期綁定"系統需要在訪問的數據源和數據用戶之間寫入路徑，Woll說。 "這些路徑不能改變，所以你不能滿足五個任何，" 相比之下，一些供應商提供的在基于對象系統中使用的"后期綁定"技術可以滿足五個任何，Woll解釋說，這是因為在每一個過程循環中，數據源動態地與數據用戶相連。

　　漫漫長路

　　供應商的缺點并不是實地使用中的CPAS系統通常還不完整的唯一原因。另一個原因涉及到資產業主所面對的挑戰。Wilmington，特拉華州的化工，材料公司---杜邦有限公司的資深企業架構師Ray Walker注意到，杜邦自2000年初以來已建立了它自己的以CPAS原則為基礎的自動化信息系統。但該公司在全球有數百座工廠，因此"這不是一夜之間發生的事，"最近退休的Walker說，他在杜邦公司服務了37年現為半退休員工。

　　一般情況下，過程控制的供應商越來越多地提供包括CPAS框架屬性的解決方案，Walker說。"我們的大部分供應商提供基于對象的解決方案，基于國際標準的配置語言，建立在ISA標準上的表達層面以及基于國際標準和現存標準的基于網絡的接口，"他指出。"所以總的來說，（現有系統）與那些基本的屬性已有相當程度的匯聚。"

　　但是Walker也注意到，用戶并不總是創建能充分利用CPAS能力的系統。例如，一些供應商現在提供即插即用的可擴展的設備層級系列，這使得可以達到五個任何的系統更容易構建，Walker說。"但是如果你不設置這些系統以利用這個優勢，你就不會受惠，"他說。

　　同樣，為了充分利用CPAS的優勢，用戶需要為他們的數據源使用一致的命名約定，如國際標準化組織（ISO）設備分類定義，Walker補充道。"但是當你創建解決方案時必須有紀律性，而這需要付出努力，"他指出。所以我要說滿足五個任何的能力正在增加，但業主/經營者的采用（率）仍然滯后。"

　　協作決定

　　杜邦公司的資深員工指出，作為企業結構的一個模板或準則，向上直到ISA95參考模型3級，CPAS的表現非常不錯，通過制造運行和控制覆蓋工廠生產區。"對于CPAS不涉及的第4級的企業系統，我們使用其他模式和框架，" Walker說。

　　但是當話題轉到自動化系統與業務系統的整合時，Walker很快就稱贊CPAS模型對"協作"的關注。在企業中協助各種角色間合作的能力是關鍵，他說。"它使你能夠向你所有最好的籌劃人提供信息，這樣他們能夠作出協力的決定，這比你的競爭對手更有效和更高效。" Walker指出。

　　對協作的一貫關注使得杜邦的全球互操作分布式控制系統成為現實，他說，這樣"一個人可以坐在公司總部,在同一塊屏幕上查看這些信息以及企業信息。"而在未來，Walker補充說，與CPAS的前瞻性一致，增添更多的分析，將使得信息更有價值。

　　Woll同樣強調了CPAS的關注底線。"我們可以談論技術，五個任何，共同的可執行信息和所有其他的東西，"他說。"但CPAS的首要目標是促進應用程序的交付并幫助終端用戶賺錢。"

　　他列舉了終端用戶采納CPAS概念所帶來的主要益處：減輕了手工任務負擔而更具權力的工廠工作人員，作出更多正確的決策，由于更少的不定期減速和停機而帶來的更高資產利用率，以及從未有的（信息）享用能力所帶來的更高性能。

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　　接下來是什么？

　　近來Woll把注意力轉向擴大CPAS的視野，ARC計劃在今年7月發布一個由Woll撰寫的包括了"CPAS2.0"的新市場報告。

　　Woll說，過去20年來，進程自動化的發展是漸進的而沒有"全新的創新發生，"終端用戶最近一直在問ARC，他們在下一代過程自動化中將會看到什么。CPAS2.0報告就是為了回答這個問題。這需要對一些預計中的進展進行詳細的研究，"我們認為是革命性的那些進展，" Woll說。他同意為這篇文章簡單討論一下這些議題。

　　一個議題涉及到智能現場設備。"我們不認為智能現場設備足夠聰明，為了讓它們變得更聰明我們已經等待20年了，"Woll宣稱。照Woll的說法，如今，由于用戶認為來自裝置的信號不可靠而造成的現場設備停機時間約占百分之75。目前的智能現場設備能報告什么時候沒毛病，以及什么時候出故障了。"但是這還不夠好，"Woll說。"我們認為，智能現場設備應當能夠定量地告訴你它們是多么的健康，并對多長能夠信賴它們的輸出作出預測。"

　　現今，有幾個可用的產品能夠滿足這一要求，它們使用基于英國標準協會BS - 7986標準的SEVA,即自我評評估技術，Woll說。用戶應留意未來出現更多這樣的智能設備。

　　對CPAS2.0的另一主題，Woll問了這個問題："分布式控制系統什么時候才能成為真正的分布式？"當前領先的DCS和原始CPAS都不提供真正的分布式控制，Woll說。按照IEC 61131-3配置標準，現今主要的過程控制系統使用分布式處理與共享服務的單一模式。該架構僅限于在單一域的所有資源一起運轉，資源不能自主行動。

　　下一代CPAS將基于IEC 61499配置和編程標準，不需要共享服務。這將為自動化系統的開發提供一個規范的基礎，這些系統將是具有分布式過程和獨立服務的單一模式，沃爾說。這些真正的分布式處理系統將為不同的系統資源提供自主權， 并將支持新的智能物理主體基金會（Foundation for Intelligent Physical Agents FIPA）技術標準。

　　有了這項技術，如果自動化系統中發生異常，它將能實時地自主重新配置自己以彌補異常，以便它能繼續運行。"這意味著我們將有自動化系統零停機時間的潛力，" Woll指出。同樣，這些系統將能重新配置以適應它們控制的資源中探測到的異常，它們為生產資源本身提供了更高的穩定性，他補充道。

　　三個步驟

　　Woll與我們在這里共享的第三個，也是最后一個CPAS2.0主題涉及一些用戶所面臨的挑戰，這些用戶需要在工廠或流程未關閉的情況下對系統進行修改或更新。今天這一程序通常是一個兩步的過程，它涉及將新的軟件版本加載到一個冗余或備份控制器，然后將該軟件投入流程。照Woll的說法，這種方式可能是非常危險的，并且"不很合理。"

　　"我們認為它應該是一個三步過程，你將（軟件程序）加載到冗余控制器，你練習這個程序以確保其不出意外地運行，當你對它的可預測運行感到滿意時，你將該軟件投入流程，" Woll說。

　　事實上，據Cosman所說，陶氏化學早在80年代中期就建立了自己的具有這種能力的專有控制系統。Cosman證實，當陶氏與ABB在2001年建立合作關系以開發商業解決方案時，這種能力是列在陶氏所堅持的功能清單上的。其結果是，這種被稱為加載-評估-運行的功能成為現今ABB系統800xA生產線的一部分。

　　結果，正如 Woll指出的那樣，這類技術的工作已經完成。"現在市面上可以得到，所以它不是一個技術挑戰，"他斷言。"我們相信，所有的自動化公司都應該有這個能力。"

　　CPAS的指導原則

　　• 自動化的價值主張必須基于其控制下資產收益的可衡量改進。

　　• 自動化必須能夠推進一種持續進步的文化。

　　• 強化完美執行自動化策略。

　　• 一切應當自動化的都將會實現自動化。

　　• 實現最低的購置成本。

　　• 基于標準的通用架構。

　　• 沒有諸如網關或連接裝置的人為信息障礙。