有效的过程控制系统迁移，第2部分:开放标准的帮助

系统集成商经常有助于有效的过程控制系统迁移和开放系统使过程更容易。这控制工程网络直播。”有效的过程控制迁移，提供了建议，因为许多分布式控制系统(DCS)和监控控制和数据采集(SCADA)系统已经达到了使用寿命的终点。更换过程控制系统需要安全、可靠和安全。不受支持的或过时的系统需要迁移到更新的、受支持的、更有能力的过程控制系统技术。现代过程控制系统的优点和特点是什么?与几年前相比，迁移项目有什么不同?在开始从DCS迁移到PCS之前，请检查这些经验教训。

实时人工智能，线性和非线性模型预测控制和实时优化

Don Bartusiak是协作系统集成的总裁和开放过程自动化论坛的联合主席。2020年10月，他退休，担任埃克森美孚研究和工程的过程控制总工程师，拥有33年的经验。之前，他是伯利恒钢铁公司的研究工程师。在埃克森美孚，他实现了实时人工智能、线性和非线性模型预测控制和实时优化应用。Bartusiak曾担任仪器仪表、过程分析仪、控制系统和控制应用的监督或高级技术职位。从2000年到2002年，他是莱斯大学的兼职教授。Bartusiak获得宾夕法尼亚大学理学学士学位，利哈伊大学理学硕士和博士学位。他是五项专利的共同发明人。

DCS迁移的透视视图

从工程和操作的角度来看，Bartusiak提供了“关于在DCS迁移过程中发生的事情的第一手资料”。他的评论和建议涵盖了DCS和迁移的当前状态，以及未来DCS和过程控制系统的可能。也就是说，“现在迁移是什么样子的?”以及“是什么激励我们做得比现在更好?”

DCS迁移通常是由过时驱动的必要行为。我们总是试图从投资回报(ROI)的角度来证明DCS迁移项目的合理性。当使用实物替代品时，通常很难做到这一点，因为实物替代品无法实现自上一个DCS设计以来开发的创新。

实物替代DCS基本上意味着采用当前可用的技术状态，要么坚持使用同一供应商并升级到该供应商的产品的新版本，或者，在某些情况下，从一个供应商切换到另一个供应商。这种情况的典型描述是竞争性替代。

公司采购策略可以决定公司是继续使用现有供应商还是转向其他供应商。有关各方可能有偏好，需要一份优先供应商名单，或要求竞争性投标，或同一供应商单一来源。采购策略会影响DCS迁移的策略。考虑可靠性工程的原则，“我是更换实物，还是进行改进?”DCS迁移中的改进包括开放体系结构。

DCS迁移:在过程中还是在关闭期间冷切换?

DCS迁移可以发生在操作过程中，也可以在关闭过程中进行切换，也称为冷切换。行业类型通常决定了最常用的方法。

如果一个制造单位，不管出于什么原因，不时地关闭，那么就有一个冷切换的机会。一些公司，尤其是日本公司，每年都要停工进行例行安全检查，即使是炼油厂和大型石化工厂也不例外。

对于连续多年没有计划停机的生产作业，更有可能采用热切换策略。

典型的论点是，通过热插拔方案，风险分为较小的碎片。具有较小部分，误差较小，例如突出的循环传输，或新的控制策略中的初始错误。与必须在转变过程中大规模更换项目后初创企业延迟时，这些风险与必须延长停机时间或冒着大型计划生育损失的风险相比。

今天的DCS设计是可靠的，紧密集成的

目前可用的工业控制系统已经经过了几十年的磨练，是可靠的。他们向客户提供高可用性。今天的dcs也非常紧密地集成在一起，其中一个好处是系统的使用相对容易。当工程师构建一个标签时，无论他们想要在控制策略中使用该标签，还是将数据放入人机界面(HMI)或历史化数据，这都是相对容易做到的。这些都是紧密整合的好处。

今天DCS设计的负面属性

今天的DCS设计确实有一些缺点。

其中包括巨大的成本。DCS通常具有专有的接口和通信机制，来自不同供应商的系统之间的互操作性有限。DCS的设计限制阻碍了最终用户获取的业务价值。在硬件或软件领域，第三方供应商的创新存在进入壁垒。DCS设计使得在DCS设计范围内实现、集成和更新这些解决方案变得困难。

当一个组件部分过时时，紧密集成的缺点通常意味着整个系统[或大部分]必须被替换。在计算节点的情况下，摩尔定律的优势就不复存在了，因为如果没有供应商的参与，新的计算技术就无法轻松地集成到DCS的边界内。紧密DCS集成的另一个意想不到的后果是，由于供应商之间的DCS平台不同，在一个供应商的产品中，任何升级都可能需要最终用户重写控制策略，重新编程和重新配置，这仅仅是因为专有语言在供应商之间发生了变化，甚至从一个供应商的产品到另一个供应商的产品。

当前技术状态的另一个特点是，当今大多数设计都是在网络安全成为今天的威胁之前诞生的。必须弥合网络安全风险鸿沟，要求提高将网络安全技术引入工业控制系统的能力。

了解DCS迁移项目的实际情况

DCS迁移需要具有DCS迁移的规划和项目管理技术。许多沟通经历展示了DCS迁移如何偏离商定的项目管理计划。在DCS迁移期间留意这些区域。

1. 迁移网关细节:在热切换场景中，旧系统和新系统将在很长一段时间内共存，可以做的一件事是引入临时迁移网关设备。临时迁移网关设备可以使旧系统和新系统在一段时间内相互操作，从而使控制从旧系统分阶段地移动到新系统。许多棘手的问题是关于这些临时迁移网关类型设备的细节，包括知识产权所有者的合作。
2. 花时间提前计划创新:在设计目标系统中的应用程序时，请注意，如果将项目管理人才引入到这里的项目中，参考框架很可能是最小化变更并控制变更(考虑到时间和成本)。现在的趋势是采用一种风险哲学，即新的应用程序将与旧的应用程序看起来完全一样。这样做的缺点是，仅使用以前DCS的功能可能会放弃很多价值，从而通过利用目标系统的功能更好、更快或更便宜地完成工作。我见过一些项目，面对面的，苹果对苹果的比较，这些项目都采用了我所说的“翻译方法”。这就是风险投资的理念所在，新应用应该与旧应用完全相同，而不是利用新系统功能的翻译方法。注意这个陷阱，根据移植团队的人员和资源，它可能会变得更糟。
3. 现代HMI设计：HMI图形需要在目标系统中进行设计。运营商对人机界面原理图有很大的所有权，所以在规划阶段提出新的原理图时，让他们参与进来是很重要的。高性能的人机界面具有帮助所有相关人员的优点。人性化管理也是管理层所看到的。管理人员可能并不总是理解控制系统专家所能理解的所有神秘细节，但图形吸引了管理人员的注意力，以便做出快速反应。一个干净的现代人机界面是控制系统设计中看不到的数学、计算机科学和其他魔法的外在表现。运营商对人机界面的设计拥有极大的自主权，因此这是一个重要的问题。
4. 操作员控制台迁移：还设计了操作员控制台迁移的物流。现在在运营商控制台是不锈钢制造的杰作和一项非常大的交易时，这可能不太重要。新款操作员控制台往往是几乎是一个独立的站立系统，与过去的旧时光相比，声音窗帘和更广泛的可视性。
5. 输入/输出(I/O)系统切断物流:DCS迁移的I/O系统部分可能是迁移项目中最困难、成本最高的部分。通常，制约因素是设备室内空间的可用性。我曾经参与过一些项目，这些项目需要建造新的设备室来实现转换。幸运的是，在设备室中有足够的空间为新的I/O建立一个初始的足迹，因为多年来I/O密度已经变得更高，在安装新的I/O的过程中，旧的I/O套件的切割和逐步拆除可能会增加占地面积。I/O转换可能是项目中成本最高的部分。[大多数I/O连接没有更新文档。]
6. 迁移执行资源计划:DCS迁移将有仪表团队和系统团队来做计算机工作。应用工程师可能在做大部分的工作，而且操作员控制台很有可能在热切换期间需要双倍的人员配备。作为计划练习的一部分，执行讨论可以非常快，但是需要关于安装新的操作员控制台和日常工作的详细信息，如构建新的标签、构建应用程序、目标系统中的新的HMI图形，以及热切换场景的一个接一个的计划。将I/O从旧系统转移到新系统，并将I/O连接到目标系统中内置的标记和应用程序。
7. 调试和测试:调试新应用程序，经常包括调优和审查，以确保它们正常工作。
8. 退役:在切换和一段时间的可靠运行后，旧系统需要退役。

DCS迁移可能需要4年或更长时间，花费数千万美元

根据系统大小的不同，DCS热切可能需要数年时间。在图1中，饼图显示了热切换DCS迁移的成本分布的精确但不精确的半定量分解。大约20%的成本将用于新的硬件和软件许可。约40%将用于工程和建筑服务，约40%将用于项目管理。

一个公司的政策和实践可以改变所谓的项目管理和所谓的工程之间的界限。最基本的结论是，DCS迁移的大部分成本将取决于运营公司的工作时间或承包商的工作时间。

根据我在许多I/O从1000到10000的热切换项目中的个人经验，从计划和项目论证阶段到退役阶段，DCS迁移可能需要2到4年左右的时间。DCS迁移的成本可能高达数百万到数千万美元。硬件和软件成本只占很小的一部分。仪表系统和应用程序工程成本是I/O计数和应用程序重写所需数量的函数。项目管理成本很大程度上是项目持续时间的函数。

将来的DCS迁移可能会非常容易

重新设想DCS迁移需要移动过去的实物替换的增量更改。步骤更改的DCS迁移将带来更多显著的好处走向开放过程自动化这是一项历时四年多的倡议，将开放架构原则引入工业控制市场。与我们使用的反映当今DCS设计的参考体系结构或设计原则的普渡模型相反，第二幅图描述了开放过程自动化的参考体系结构。

三个基本要素将开放式过程自动化系统与传统DCS区分开来。

1. 边缘设备,它们被称为分布式控制节点，或dcn是存在的I/O连接。这是在DCS迁移中进行计算的第一步，以便将其映射到普渡模型。这些设备用于普渡模型级别1和级别2类型的应用。
2. 开放过程自动化论坛的OPA连接框架与目前可用的产品相比，为节点和企业其他部分提供了一种行业标准网络技术。
3. 高级计算平台是开放过程自动化参考体系结构的第三个方面。可以将其视为普渡模型2级和3级应用程序的平台，使用信息技术和数据中心技术开发的创新类型，缩小到本地位置控制系统的低延迟、高可用性要求。

开放式控制设计要解决疼痛点，降低成本，地址网络安全

开放过程自动化架构解决了疼痛点，并为新的业务价值生成提供激励。通过开放式架构，更容易引入软件或硬件技术的创新，而不是传统的DCS设计。开放式架构中的接口将以行业标准方式定义，以便更频繁地介绍新的价值添加技术，而不是与当今的DCS设计。

开放过程自动化架构可降低总体拥有成本，因为开放系统更容易允许在组件级别升级或更换，而不是整个系统级别。这将在根本上改变迁移和升级完成的方式。

开放过程自动化架构构建在要添加的适应性网络安全的机制中，并纳入包括基于OPA标准的系统的组件产品。

澄清一下，这些评论和努力并不是在攻击DCS领域的供应商。自20世纪80年代以来，控制系统逐渐变得更好。有一个创新的步骤变化，标志着从20世纪70年代的单回路电子控制过渡到20世纪80年代的DCS设计。从那时起，它基本上是渐进式的进步。

在过去的三、四十年中，DCS迁移并没有实质性的改变。运营公司通过使用普渡模型3级的应用程序创造了最多的新价值，实际上高于控制系统。将科技行业的价值创造和成本降低速度与我们作为消费者和消费电子产品的用户所经历的情况进行比较，反差相当明显。

使用工业自动化和控制的人不能一遍又一遍地做同样的事情并期待不同的结果。要更改控制系统升级的游戏，时间已经退回并采取了不同的方法来允许大量加紧。

开放过程自动化不仅存在于幻灯片中。多年来，许多智能人员和公司一直在开放的过程自动化标准。现在展示了开放过程自动化。很快，运营公司开始向和使用OPA类型的技术开始撰写竞标规范。

有关OPAS标准的更多信息

OPAS标准2.1版初步标准于2021年5月17日发布，“一旦完全定义，将允许建设安全、可靠、安全的过程自动化系统，从很小到很大，不需要关闭系统执行更新和扩展，可以应用于现有系统和新的建设。开放小组开放过程自动化论坛．

唐巴鲁西亚克是总统协作系统集成也是开放过程自动化论坛．由内容经理马克·t·霍斯克编辑，控制工程，CFE媒体与技术，mhoske@cfemedia.com.．

关键词:过程控制系统迁移，开放过程自动化

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RCEP/PDH网络直播，截止到2022年3月23日:有效的过程控制系统迁移//www.globalelove.com/webcasts/effective-process-control-system-migration/

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