在过去的几年中，流程工业中的不同部门（例如制药、精细化学品以及食品和饮料部门）遇到了一系列共同且可比较的新兴挑战。这些挑战包括：
- 新产品的需求迅速接连不断，
- 更快交货和更低价格的压力，
- 更多定制产品，
- 更小的批量大小 - 批量大小降至 1。
总的来说，这些因素需要改变传统的工厂设计方法。
模块化自动化、即插即用、工业 4.0
传统方法（工厂专门针对单一工艺/产品（或产品系列）而设计）虽然对于大规模生产非常有效，因此在流程工业中占据主导地位数十年，但人们发现它不太适合这些现代挑战。对持续适应、快速定制和灵活性的需求催生了一种新的范式——模块化自动化。
通过模块化自动化，工厂制造过程被分为更小的部分，可以通过单独的模块来实现，每个模块都配备有自己的控制逻辑。这些模块连接到工厂控制系统，工厂所有者可以在其中协调模块并管理整个流程。这些模块可以像乐高积木一样添加、重新分配或删除，具体取决于当前的生产需求，最好无需重新编程。工厂控制系统可以识别新配置（包括新模块及其功能），并轻松地将新模块集成到工厂流程中，因为可以使用模块公开的功能以拖放方式组成制造配方。这种过程自动化模块化的愿景被称为“即插即用”，类似的概念是工业 4.0的核心。
需要共同语言
“即插即用”是一个很有前途的概念，但它提出了新的要求——具体来说：
- 工厂控制系统必须：
- 能够以即插即用的方式识别新模块及其功能，
- 允许轻松地将新模块集成到工厂流程中。
- 流程模块必须：
- 向工厂控制系统公开有关其自身的必要信息。
如下所示，工厂控制系统和过程模块必须“使用相同的语言”。这种语言必须是标准的、独立于供应商的，并且涵盖将模块集成到工厂中所需的所有信息。这种标准的广泛认可的候选者是模块类型包（MTP）。
模块化的驱动力
NAMUR是推进即插即用技术的团体之一
，过程工业自动化技术用户协会。这个总部位于德国的国际集团代表自动化技术的用户，包括过程控制技术专家。
NAMUR 及其成员在全球拥有 150 多家会员公司，了解即插即用模块的价值，特别是可以更轻松地用另一种功能替换特定功能的撬块。他们还了解工厂操作员希望如何工作：带有标准数据的标准接口。
该小组正在帮助创建称为模块化类型包 (MTP) 的模块化特定标准 ( VDI/VDE/NAMUR 2658），其中包括涵盖从数据方面到人机界面（HMI）等各个方面的各个部分。该标准使用 OPC 统一架构 (UA) 描述功能，例如通信、警报、安全等。
MTP 标准的编写目的是与其他 NAMUR 建议兼容：NE148 和工业参考架构模型 (RAMI) 4.0。MTP 已达到有关设施组件生命周期的 IEC 标准。它基本上说一切都应该模块化，以便随时轻松升级或更换部件。在熟悉VDI 2776 第 1 部分中的一些关键术语后，我们将探讨其功能
- 工艺设备组件 (PEA) — 一种自动化且从安全角度来看几乎自主的模块化工艺单元，由一个或多个功能设备组件组成，代表一个处理步骤或在模块化工厂内提供基础设施
- 流程编排层（POL）——跨越自动化和信息技术级别的设备组件，用于模块化系统的操作
- MTP — 模块化过程单元自动化技术的接口和功能的正式描述
MTP 的工作原理
撬装/设备供应商提供的 MTP 文件是 MTP 标准的核心，代表 PEA 的接口。该文件包含 POL 设置其通信、标签、服务和 HMI 所需的所有信息，以便监视/控制 PEA。
MTP 文件使用国际标准化 ( IEC 62714）自动化特定的 XML 数据格式，称为自动化标记语言 (AML)，用于定义每台设备。例如，具有自己的控制和可视化系统的生物反应器将提供一个 MTP 文件，该文件定义了可从中获取的各种内容，包括：
- 服务 — 加热、搅拌、pH 控制
- 数据——温度、压力、流量
- 可视化 — 与 POL 操作相关的操作员图形
- 警报
- 事件/条件
- 用于获取上述项目的 OPC UA 连接和标签信息
符合 MTP 的 POL 从其系统内的各个撬装设备导入 MTP 文件，并使用这些信息开发工厂级可视化和批处理系统来监视和控制这些撬装设备。现在，POL 允许工厂级操作员使用统一的图形和对象来监视和控制撬装。POL 还允许批处理系统使用标准配方来监视和控制服务，而不管撬装功能或供应商如何。
模块型封装
模块类型包 (MTP) 是由 VDI/VDE（测量与自动工程学会）与 NAMUR（过程工业自动化技术用户协会）和 ZVEI（德国电气电子制造商协会）共同制定的一系列标准。
背景
MTP 的原始概念于 2013 年提出，第一个 MTP 标准文档于 2017 年发布。此后，这些标准不断发展和成熟，拥有来自不同领域的许多积极支持者.
基本概念
MTP标准定义了以下基本概念：
- 符合 MTP 的工艺模块称为工艺设备组件 (PEA)，
- 符合 MTP 的工厂控制系统称为流程编排层 (POL)，
- 每个PEA：
- 必须提供MTP 文件- 清单，涵盖通过POL 集成PEA所需的所有信息： HMI 定义、模块元素和功能的描述、警报、维护、安全和保障。
- 通过支持的协议（最常见的是 OPC UA ）公开MTP 接口，该协议必须符合提供的MTP 文件。
- POL系统：
- 必须能够将MTP 文件“加载”到PEA上，
- 根据MTP 文件中提供的信息，POL可以可视化和控制PEA。
- 必须提供MTP 文件- 清单，涵盖通过POL 集成PEA所需的所有信息： HMI 定义、模块元素和功能的描述、警报、维护、安全和保障。
- 通过支持的协议（最常见的是 OPC UA ）公开MTP 接口，该协议必须符合提供的MTP 文件。
POL系统：
- 必须能够将MTP 文件“加载”到PEA上，
- 根据MTP 文件中提供的信息，POL可以可视化和控制PEA。
PEA 整合
新的 PEA 必须首先安装在工厂中并连接到网络。
POL系统消化PEA MTP文件后，POL用户可以立即：
- 查看 POL 从 MTP 文件自动生成的 PEA HMI，
- 将此 PEA HMI 链接到复合工厂 HMI，
- 连接/断开 PEA，
- 从 HMI 手动控制 PEA，
- 使用 PEA 公开的服务定义并执行 POL 配方，
- 实时观察植物：
- 观察并确认警报、查看趋势、查看 HMI 上的值.
物理系统架构
MTP 对应了一个工艺设备组件（PEA），它包括了控制器（PLC），本地HMI和传感器，执行部件等。下面是一个典型的工艺设备组件（PEA）。
集成通常涉及多种功能：
• 将过程和监控数据从 ID 传送到 DCS；
• 从DCS 向ID 发送命令（例如，启动/停止、更改设定点等）；以及
• 将诊断数据从ID 上传到DCS。
智能设备（成套设备和其他子系统）位于 PEA 层上，并通过通用架构网络与 POL 层上的分布式控制系统 (DCS) 进行通信。
MTP 是在PEA 中的，PEA的物理设备可以是一台PLC 或者DCS 设备。PLC 或者DCS 进一步连接传感器和执行机构。
作为过渡方式，我觉得也可以在原有工艺装置基础上增加一个PEA 控制器。实现MTP和OPCUA
小结
笔者看来， MTP和工业4.0 的管理壳有异曲同工之妙。MTP面向过程控制领域，AAS 面向离散制造行业。它们都是为了实现 “plug and production”。在笔者看来，MTP 要真正实现与厂商解构是不容易的。过程控制毕竟设备性能，原材料，环境有很多 的相关性。MTP要真正成为“模块” 是一件困难的事情。由工艺装置的制造厂商来构建相关的MTP 可能更加合适。
理想很丰满，现实很骨感。
