一家树脂精炼厂成功实施了“灯塔项目”，通过部署一套包含100个控制器与1000个I/O点的开放流程自动化（OPA）系统，实现了可靠的无故障互操作性。

　　位于美国路易斯安那州巴吞鲁日的埃克森美孚（ExxonMobil）树脂精炼厂已全面运行基于O-PAS标准的开放流程自动化（OPA）系统，该系统配备逾100台控制器及1000个输入/输出（I/O）点。在“2025年ARC行业领导力论坛”上，埃克森美孚研发团队负责人David DeBari表示，该基于开放架构的标准化系统及其软硬件组件具备“可替换、可互换与可互操作”特性。该项目构想始于16年前，首个OPA原型及测试平台于5年前落地。

　　除互操作性外，O-PAS实现了硬件与软件的分离——这意味着它可像IT系统一样，随着时间的推移进行增量升级，而非每隔20至30年就对DCS进行大规模升级改造。据悉，与传统DCS相比，OPA系统在软硬件成本上可节省52%。

　　埃克森美孚灯塔项目树脂工厂的架构（图1），包含以下核心组件：控制室操作员控制台、先进计算平台（包含基础设施服务、历史数据库、先进控制与优化模块、工程工具、IEC 61499 runtime应用程序及HMI服务器），以及多台搭载IEC 61499 runtime应用程序的分布式控制节点（DCN）计算资源，所有组件均连接至OPA连接框架。其中，配备本地I/O设备的DCN，会连接到OPA连接框架及用于现场设备的信号分配装置；其它网络I/O同样连接至OPA连接框架，并与信号分配装置及现场设备对接。在工艺区域，DCN本地I/O设备与网络I/O不再通过信号分配装置，而是各自通过接线盒直接连接现场设备。

▲图1：该图显示了埃克森美孚灯塔项目树脂工厂提供的OPA架构（高级计算、分布式控制节点、网络、I/O 和现场设备连接）图片来源：CE。

　　OPA技术的实现，包括为分布式控制系统（DCS）和可编程逻辑控制器（PLC）自动化系统部署虚拟化控制器。ARC顾问集团研究总监Harry Forbes探讨了2024年开放自动化调查结果，数据显示约半数受访者预计到2030年将广泛部署虚拟化PLC和DCS控制器。Forbes高度评价OPA项目的成果，并呼吁更多终端用户在提案请求书（RFP）中明确要求采用开放流程自动化技术。

　　DeBari表示，采用O-PAS的灯塔项目为更多的商业应用铺平了道路。他强调，这一成果并非由埃克森美孚独自完成，而是多方协作的结晶——开放流程自动化论坛（OPAF）的多家企业（包括壳牌、杜邦、横河和中控等）均参与其中。项目实施的时间线与成果虽严格可控，但并非完美无缺。2024年8月28日，在一场全面的工厂验收测试中，运行人员仅用6分钟便发现了首个问题。

　　之后，项目持续推进，并于11月18日（提前于计划时间）实现首次成品生产。2025年2月12日至今，系统始终保持稳定运行，运行人员反馈良好。埃克森美孚操作员Toriano Tito Jackson表示，在巴吞鲁日工厂使用OPA系统后，他终于有信心离开工厂出城休假。此前多年，他因担心现场 DCS 系统出现故障需紧急处理，始终不敢远行。

　　埃克森美孚技术与工程部门的Dave Hedge，曾主导21次过程控制系统转换项目。他指出，采用O-PAS v2.1标准的OPA项目包括准备、工程实施与生产运营经验积累等阶段。迁移传统DCS系统与迁移到OPA之间的区别就像使用纸笔和平板电脑之间的区别一样。OPA的主要优势包括：

　　内部及生态系统的技能提升；

　　●网络安全，符合IEC/ISA 62442标准，基于角色的访问控制（RBAC）；

　　●自动化系统的自主化；

　　●基于OPC UA的控制层通信；

　　●高级计算平台和运营技术（OT）数据中心，支持从小到超大型部署，提供“良好-更优-最佳”的容器化软件方案；

　　●IT技术在OT领域的融合，集成Linux系统、网状网络、防火墙规则、虚拟局域网（VLAN）等IT技术；

　　●快速部署能力，控制器安装与运行可在20分钟内完成；

　　●真正的即插即用。

　　当被问及实施规模时，DeBari表示，埃克森美孚灯塔项目树脂工厂是一个拥有1000个I/O和100个控制器的商业级装置，该项目专注于开放流程自动化系统，而不是针对所有周围设备和系统。灯塔项目标志着OPA研发阶段的结束，因为有许多商业产品可用。现在每个项目都可以决定是否使用 OPA。

　　关于培训和支持，DeBari透露，埃克森美孚在工厂验收测试前及测试期间将人员集中至德克萨斯州伍德兰工厂进行培训。通过保持HMI屏幕一致性，培训周期缩短至一周。该系统具备业界领先的网络安全防护能力，并通过与系统集成商签订软硬件支持合同（而非直接与DCS供应商签约）实现保障。虽然系统和操作员仍需部分支持，但操作技能具有通用性，无需特殊的操作员知识储备。

　　埃克森美孚创新和战略数字经理、数字孪生工作组负责人Michael Hotaling表示，有一点至关重要：要设想这样一个场景——自动化用户不再购买 “非智能设备”，转而要求开放且通用的设备。“我们何时才能停止购买不支持开放标准通信的设备？目前太多此类问题都被搁置，未得到优先考虑。”

　　在谈到过程自动化向开放架构转变的历史演变和未来趋势时，Hedge表示，自动化架构从封闭向开放转变已成为必然趋势（图2）。以OPA灯塔项目软件定义架构为例，当具备更强功能的新组件问世时，完全可以在现有设施中直接升级系统。

▲图2：图中阐述了过程自动化向开放架构演进的历史脉络、现状及未来趋势。

　　埃克森美孚商业主管Kelly Li在公司工作了19年，她表示，埃克森美孚正在致力于开放、安全和基于标准的系统的更多商业部署。该公司正在寻求将市售产品用于OPA愿景，预计接下来是PLC和监控和数据采集（SCADA）项目。

　　OPA已形成成熟生态系统，通过互操作选项、内置网络安全、可扩展性、可移植性及可转移性支持OPA部署。Li预计，今年将扩展多个基石项目，为更多SCADA/DCS系统实施创造机遇。OPA项目中游终端PLC类项目的招标书已收到多份商用解决方案提案。今年下半年，某化工企业将启动工程采购施工（EPC）项目，实施中型DCS绿地工程；相关招标书预计年内发布。

　　OPAF推出了v2.1版的O-PAS认证计划，将助力自动化供应商、组件供应商及系统集成商基于开放标准开发更多商业化产品与解决方案，实现安全互操作。

　　“互操作性、可互换性、模块化和灵活性是重新探索过程自动化应用的关键驱动力。”

　　OPA-S工作组企业架构联合主席、横河电机的Dave Emerson表示，来自世界各地的最终用户都对灯塔项目的效益表现出浓厚兴趣，因其设施存在诸多共性需求，包括：

　　· 棕地项目：现有设施老化问题和设备寿命终止问题，获取新技术价值。

　　· 绿地项目：新设施与新工艺需要全新架构。众多企业正寻求为人工智能（AI）应用注入更多数据内容。借助O-PAS平台，应用程序能创造新价值并更快获得关注。

　　· 最低总拥有成本：企业普遍关注如何在更长周期内获取价值。

　　· 互操作性、可互换性、模块化与灵活性是重新构思过程自动化应用的关键驱动力。

　　Emerson说，过程自动化硬件固然重要，但在开放流程自动化系统中，硬件只是软件部署的载体（图3）。OPA具备迁移和协调软件部署位置与时机的功能。其软件功能分为两大类：运行过程与应用程序的环境，以及如何为操作员管理HMI。

▲图3：过程自动化硬件固然重要，但在开放流程自动化系统中，硬件只是软件部署的载体。

　　虽然组件之间像IT世界一样具有互操作性，但安装的系统看起来像是OT世界熟悉的 DCS：这正是操作员习惯的。历史化功能为数据历史库提供高质量的数据，以更有效地收集数据并根据需要更快地移动数据，而无需进行完整的系统升级。他强调，升级至更开放的系统无需彻底替换现有设备。某客户安装了至少 50 个符合 OPA 标准的套件，用于连接和构建系统。虚拟化与容器化技术有助于管理控制器的工作负载；系统内置网络安全管理功能，且部署流程更简便；分布式控制节点能将功能按需部署到所需位置。

　　横河电机全球客户经理Mark Hammer指出，要实现通过AI增强系统自主性，关键在于构建丰富的数据模型，实现一致的集成和通用数据集，这比当前许多系统采用的数据转换和网关方案更为有效。

　　协作系统集成公司总裁Don Bartusiak表示，传感器及其应用必须具备可靠性与准确采样能力。仅靠AI算法无法弥补仪表设备的缺陷，同时还需要进行专业培训。

　　针对AI能否解决温度控制回路调谐难题，Bartusiak表示AI短期内不会取代控制技术，未来将是多种技术的融合应用。若设备存在无法立即修复的粘滞阀门问题，AI或可提供辅助，强化学习技术可作为过渡方案。开放平台将使公司能够比以前更快地进行创新。

　　将传统的DCS迁移与OPA升级进行比较，Bartusiak 表示，一个可能会造成巨大的干扰，另一个就像更换笔记本电脑一样容易。“你可以逐步升级。相比回溯改造，OPA方式成本更低且干扰更小。”对于日常运营，可由工厂自主完成，但少数罕见状况仍需人工干预。这如同飞机的自动驾驶系统——计算机无法处理低频事件，此时需训练有素的飞行员接管。

　　埃克森美孚自动化和过程控制总工程师Whit McConnell表示，OPA项目的启动源于向管理层阐明现代化改造整套DCS系统所需的巨额成本与漫长时间。“这些数字实在惊人，引发了我们不愿看到的反应。管理层要求我们重新思考问题。OPA避免了每15至20年就需升级DCS系统的困境。”

　　在工业领域，系统的更新换代是常态。工厂中至今仍在使用的操作系统可能追溯至几十年前。那么，改造升级能否采用更加开放的方式？答案是肯定的。

　　■ 理解OPA灯塔项目的架构设计，并掌握其与DCS迁移的差异。

　　■ 了解OPA技术的扩展信息、实施时间线及与AI的集成潜力。

　　未来，您是否会建议工厂采用OPA技术？