集成多个控制系统

在考虑运行流程单元或整个工厂的控制系统时，它很容易将其作为单一的东西，一个分布式控制系统（DCS），控制一切。尽管可能有DC或大规模可编程逻辑控制器（PLC）/可编程自动化控制器（PAC）控制过程，但还有额外的控制系统在设施，过程单元和辅助系统内运行较小的操作。

这种方法已经使用了很长时间。毕竟，DCS中的“D”代表分布式，这表明控制功能以高度的自主分开，但捆绑在一起，中央地。事实上，可以存在相当多的自主控制功能，具体取决于过程本身的性质和整体复杂性。例如，这里有一些过程和系统，每个进程和系统可能由DCS监视，但具有独立的控制机制：

• 热水
• 冷冻水
• 蒸汽
• 解雇加热器
• 电力调配
• 分析程序
• 火灾和天然气检测系统
• 滑雪设备（化学注塑，焚烧炉等）
• 通信
• 供水(软、过滤、反渗透、注射用水)
• Clean-in-place系统
• HVAC.
• 废水
• 压缩的空气
• 冷藏
• 环境的
• 应急电源。

理论上，一个DC可以控制其中的任何一个，并且可以从中心点控制植物的每个方面。然而，在大多数植物中，它并不实用并且会导致不必要的复杂性。安全仪表系统（SISS）将是列表中的第一件事，因为它们独立运行。类似的功能考虑也会影响其他决定。

功能

何时违反DCS的一些决定是基于功能。DCS在其心脏，模拟系统。它旨在支持具有标量，模拟输出和控制标量，模拟驱动设备的传感器驱动的控制环。它可以使用离散设备和功能，但它们不是其最佳应用。出于本讨论的目的，离散装置是具有简单开/关功能的装置，例如电机启动器，压力开关或四分之一匝阀。

过程单元有许多离散的控制功能。水泵必须打开和关闭，警报可能需要被激活，等等。DCS可以处理这些，但当有许多相关的东西必须一起工作时，最好将它们分离开来，用一个或多个plc或其他更适合这些操作的控制器来控制它们。它还可能更便宜，因为DCS平台通常根据标签的数量定价。增加离散标签的数量会增加成本，而没有任何有意义的好处。与PLC相比，DCS的输入/输出(I/O)也更昂贵。辅助plc在控制这些局部功能时可以与DCS通信。

控制室的操作人员将需要知道次级系统在做什么，因此该功能将被纳入正常的控制图形，但DCS将只传递信息和命令，而不执行任何实时控制本身。

安全和监管选择

如前所述，安全功能和系统与DCS分开。这些属于各种规定，但共同的分母是需要独立功能。如果系统需要关闭单位的某个部分并移动到安全状态，例如当反应堆中的压力超过设定限制时，无论DCS在做什么，都没有人为干预，它必须能够执行函数．

在某些情况下，安全功能可能依赖于一些基本的东西，如压力开关向控制安全阀的逻辑解算器发送信号。逻辑解算器可以在没有DCS或操作人员的任何帮助下打开阀门。它可能会向DCS发送一个信号，说它已经完成了它的任务，并触发警报，但通信严格来说是单向的。

作为一个更复杂的例子，造纸厂具有回收锅炉系统，以支持造纸工艺和供应用于产生电力的涡轮机的蒸汽，将废气送到热纸干燥辊。锅炉有两个主要功能系统：燃烧控制，以确定它放出的蒸汽，以及燃烧器管理系统（BMS），以确保其与稳定的火焰和剩余的未燃烧燃料正确运行。在这种情况下，主要燃料是由燃料油或气体负载的黑液。由于蒸汽输出是一种基于造纸机的需要的过程变量，并且发电机生产的电量量，因此它由DC控制。它告诉锅炉将蒸汽排出多少蒸汽，并通过控制燃料流量（黑液）和燃烧空气来控制必要量的烧制热量，以及给水以跟上蒸汽输出。

另一方面，BMS是一个更加离散的函数。它可以打开和关闭燃料。如果出现问题，它就会关闭。它需要能够执行这样的关闭，即使DCS正在调用蒸汽。BMS受各种安全法规的管理，包括国家消防协会(NFPA)的法规，这些法规定义了BMS的功能。控制室的操作员可能没有意识到这一点，但他们正在使用这两个系统。他们告诉燃烧控制他们需要多少蒸汽。它表示出了多少热量，在蒸汽输出线上有两个仪器(压力和流量)来表示蒸汽的产量。BMS会检查锅炉是否开启以及火焰是否稳定，但仅此而已。操作人员可以通过DCS关闭锅炉，但不能干扰BMS的安全功能。

适合目的的沟通方式

所有的子系统必须捆绑在一起，这样操作员就可以从一个地方监视和控制所有的元素。即使化学注入橇完全能够独立工作，作业人员也希望能够打开和关闭它，并知道它的设置，而不需要走到它所在的任何地方。没有什么是完全孤立存在的。

系统间连接的性质取决于功能和速度(参见图1)。如果有很强的安全因素，子系统可能是硬连接的，即I/O到I/O。不那么重要的东西可以通过Modbus或其他串行网络进行通信，或者越来越多地通过以太网协议进行通信。随着IT实践进入工厂，直接串行链路正被更传统的以太网网络战略所取代。

在子系统必须连接到多个DCS平台的情况下，较大的网络尤其有用，例如工厂实用程序可能需要多个处理单元的位置。子系统必须复杂，以平衡这些需求并相应地调整。用于两种连续过程单元的蒸汽锅炉可以找到其输出相当恒定，而同时操作的多个批处理过程可以在通过生产阶段移动时呼叫急剧不同的卷。

网络安全

随着网络规模和复杂性的增长，黑客入侵的攻击面也在增长。添加一个橇装泵有自己的小型控制系统不需要创建另一个入口点,但是它当然可以这样做,经常有很好的理由(见图2)。说,橇装泵builder实现可能需要访问打滑在未来的某个点收集诊断信息或解决一个问题。工程师在控制柜上增加一个蜂窝网络调制解调器或Wi-Fi路由器，以便技术人员接入设备。这种连接不是由客户指定的——构建器这样做是为了自己的方便。如果黑客可以访问这个设备，它就可以作为进入更大系统的入口。客户需要非常明确哪些沟通能力是允许的，哪些绝对是不允许的。

当多个系统通过网络连接时，应观察到适当的隔离和分段。例如，公司内部的某人决定以任何原因监控Skidded子系统的性能非常重要。个人可能要求通过DCS访问所需的数据。如果这样的方法太慢或者可能无法满足，另一个策略可能涉及将企业网络直接扩展到SPLID。可以建立连接，但如果没有充分保护，它将成为另一个可能的漏洞。

随着用户对网络安全和安全的网络方法有了更深入的了解，由这类情况引起的漏洞越来越少。为了解决一些迫在眉睫的问题而增加的沟通渠道不再被允许，许多公司已经禁止了它们。作为网络安全评估项目执行的网络清单应该能在不受欢迎的入侵者之前发现这些潜在的危险。

远程访问

远程访问的增长扩展了各种控制系统的范围。在大多数情况下，主要的DCS是远程用户对的;然而，子系统也可能是感兴趣的。可能有个人对能源消耗的个人有关，希望看到多单位蒸汽锅炉正在做什么，因为它是设施中最大的能量用户。

这些系统通常不会扩展控制平台，因为它们不添加新的控制功能，并且通常仅用于监视。有些平台提供植物内部遥控功能的能力。使用平板电脑的步行HMI是用于内部用途的用于帮助操作员进行故障排除或使他们能够观看在控制室外部发生的事情，但到目前为止对长途控制选项似乎很少兴趣。此类能力携带有趣，坦率，令人不安的可能性。控制室监控房间观看设定点的想法改变，由一些不同区域的一个看不见的个体移动，肯定会提出问题。

随着控制策略的不断发展，将较小的功能区域从较大的总体系统中分离出来以创建真正的分布式控制系统的做法将继续下去。随着联网变得越来越容易，以更加模块化的方式连接这些分布式系统的机制也变得越来越容易。这与设备层面的更高智能相一致，允许更多组件自己思考和行动，而不需要大型中央处理器来执行计算。集中控制系统将继续用于收集数据，并作为一种机制来显示和设置过程变量，但在中央处理器中将发生更少的实时控制。

典型的多系统集成策略

Maverick Technologies目前正在设计在石化工厂的安装，使其火灾和天然气检测系统进入DCS。该项目特别有趣，因为它适用于许多不同类型的系统，具有不同程度的受规范功能。

由于火灾和气体检测系统具有安全功能并且由NFPA调节，因此它们的操作必须完全独立。然而，对经营者情境意识的关注推动了公司在一个屏幕上从中央控制室的那些系统中收集信息。如果工厂中有火，则此屏幕将立即指示其位置而不会干扰其他HMI屏幕。所有的消防舱都在部署下NFPA 70:国家电气规范和NFPA 72:国家火灾警报和信号规范将数据通过Modbus发送到DCS，在新屏幕上显示。

新系统还将从紧急淋浴、洗眼站、消防站甚至气象站等低级安全功能收集信息。操作人员现在能够立即知道是否有气体泄漏或火灾，或是否有人在设施的任何地方使用了洗眼站。

蒂姆的假面是Maverick Technologies，CFE媒体内容合作伙伴的高级顾问。emily guenther编辑，CFE媒体，CFE媒体，控制工程，eguenther@cfemedia.com.．

更多的建议

关键概念

• 学习何时集成多个控制系统。
• 安全功能和系统从DCS独立工作。
• 小的函数可独立于集中控制系统工作。

考虑一下这个

当多个控制系统的使用，这对能源效率意味着什么?

在线额外

请看下面链接的相关故事。