过程自动化系统中的嵌入式虚拟化

虽然已经写了很多关于服务器虚拟化的好处的文章，但本文将讨论虚拟化技术对进程控制器、I/O系统和进程域设备(作为嵌入式系统实现的自动化系统的一部分)的影响。

嵌入式系统传统上被定义为包含电子硬件、微处理器和专用软件的专用功能设备。过程控制器中相对复杂的嵌入式系统使用微控制器或成熟的微处理器。他们是联网的，可以通过网络服务下载操作系统和应用软件。

随着多核微处理器的发展，半导体供应商现在可以支持单个微处理器内的虚拟化技术。实际上，服务器的软件栈现在可以在嵌入式系统中复制。过程自动化，具有非常长的产品生命周期，都将从其他行业，如汽车，航空航天和医疗设备的广泛采用嵌入式虚拟化中受益。过程自动化供应商正计划将使用这种技术的产品。

ARC咨询集团认为，嵌入式虚拟化将对我们不断发展的协作过程自动化系统(CPAS)的愿景产生重大影响。

过程控制器也许任何过程自动化系统中最复杂的，多官能组分。为了满足可靠性要求极高，它们包括硬件容错复杂的和专有的手段。过程控制软件一直对各种实时操作系统（RTOS）上运行。下一代过程控制器将能够利用多核处理器和嵌入式虚拟化。ARC认为，这些因素将在嵌入式虚拟化未来的CPAS控制器的发展显著因素：

更高的性能。使用虚拟化的多核处理器的额外计算能力可以简单地用于提高流程控制器的容量和/或性能指标。

更大的应用集成。同时运行RTOS和富操作系统的控制器将能够托管CPAS应用程序，目前只能托管在服务器上。高级过程控制和优化当然是适合这种配置的应用程序。数据历史学家和本地分析可能也适合。

系统管理。过程自动化系统传统上提供了它们自己的(专有的)系统管理能力。如果有了额外的处理能力和丰富的操作系统，就可以将它们合并到基于标准的管理协议中，这将有助于在企业中提供更广泛的自动化系统状态。

高级网络。一些过程自动化供应商必须在控制器（对等网络）级开发的高可用性以太网网络。在下一代控制器，这些网络可延伸到I / O系统，甚至到现场设备。网络也可以是虚拟的，和硅供应商开发的技术在嵌入式系统层面做到这一点。这种虚拟化的网络接口可配置的，同时支持实时和丰富的操作系统的网络流量。

新控制器模块化选项。过程控制器代表了高复杂性和低单位体积的组合。系统设计者不仅要优化性能，还要优化产品生命周期长度、总拥有成本、系统材料成本清单、系统硬件的通用性和系统软件的通用性。我们预计，从长远来看，通用性和组件寿命将在这个等式中占据更重要的地位。这将有利于集成更高性能处理器和更通用软件的新系统。

流程自动化I/O系统可以共享虚拟化带来的一些相同的好处，但程度不同于控制器。I/O系统的行业趋势是向可配置(通过软件或硬件适配器)的“智能”I/O模块发展，以接受多种类型的信号。通过将细节工程从其他项目活动中分离出来，这种能力在压缩自动化项目进度方面被证明是非常有价值的。扩展智能I/O功能本质上是一种“智能模拟”技术的发展，虚拟化不会增强这种技术。

过程现场设备（发射，阀门，驱动器，分析仪，等）仍然从虚拟化的好处很大程度上不受。这主要是因为服务过程中的现场设备（HART，FF总线，PROFIBUS PA）的网络技术的年龄和能力有限。通过过程现场设备通过以太网网络将开辟设备通信的改进和更深入地整合所有的方式，而是通过将是渐进的。组成的现场网络交换以太网基础架构可以消除很多的障碍和困难，结束与管理上千种（数千或数万）现场设备的用户体验。

由于很长的设备产品的开发和运营生命周期，以太网现场网络将在这个过程中出现的行业非常缓慢。

>>哈利福布斯的高级分析师ARC咨询集团，分布式控制系统的导线覆盖和电力行业。他拥有30年的自动化优化经验，发电，能源管理，建模与仿真，先进控制和。在加入ARC，他在各种市场营销，销售和工程职位，包括担任底特律爱迪生在化石能源和核能发电性能和自动化工程师的服务。他有一个学士学位在塔夫茨大学的电气工程，并从业务的罗斯商学院在密歇根大学的M.B.A.。