不断发展的控制系统是提高性能的关键

组织投资于打算控制系统的控制系统，以至于许多年份将按预期运行。然而，控制系统的变化步伐正在加速，未来十年将带来巨大的进化。了解这些变化对于寻求获得最佳运营绩效和控制系统投资的组织至关重要。

几十年来，控制系统受到物理硬件的约束：硬连线输入/输出（I / O）布局，连接的控制器和结构化架构，包括专用网络和服务器配置。现在，处理电力和传感的成本较低，网络和无线基础设施的演变和分布式架构（包括云）是解锁控制系统中的新机遇。此外，用于插头和生产的新出现标准，如先进的物理层（APL）和模块化封装（MTP）接口，将在未来十年内推动工厂设计和使用控制系统的方式发生重大变化。

即使在不断变化的时代和技术下，成功的等式仍然是一样的:选择一个可靠的、易于设计的控制系统，同时提供新技术来改善作业性能。

控制系统的灵活性降低了退休风险

在过去十年中，行业观看了专家人员达到退休，并采取了措施减轻这种丧失专业知识的影响。最近的Covid-19操作条件加剧了这一趋势，导致一些行业限制现场人员。

与此同时，丰富的新传感技术和高带宽传输选项具有比以往更多的数据收集的植物，而且希望从数据中提取更多值以推动业务性能和差异化。这包括更灵活的产品递送能力，优化质量和吞吐量一致性，并推动更高水平的操作安全和环境遵从性。

作为回应，许多组织将扩展控制架构到一个更分布式的地理基础设施中，使小型、集中的专家团队为整个车队提供支持(图1)。这些内部专家可以得到原始设备制造商(OEM)供应商的专家的补充，通过授予他们安全访问该基础设施相关方面的权限。

这种分布式架构的元素之一是云、私有、公共或混合。随着时间的推移，将架构的非核心控制组件转移到云可以使组织更容易有效地操作并做出更好的决策。云用户通过与来自世界各地的专家合作，从数据中提取更多的价值，无论是在他们的企业中还是在许多服务提供商中。

此外，云中的集中数据提供了较低的生命周期成本和减少维护的优势，以及消除数据孤岛。

即使实际的核心控制没有从植物地板移动，转向集中操作将需要在控制系统策略中转换。该工具专家依靠系统配置，设备监控，报警管理，实时数据和事件历史学家，数字双胞胎，补丁管理系统等 - 是控制系统的所有元素。许多这些工具不会影响日常控制，但它们已与控制系统相关联，这些控制系统与工厂的物理位置相关联。前进，在云中托管这些组件会更有意义。

集中的数据和云架构也将使在短时间内部署新技术变得更容易。例如，在COVID-19大流行期间，许多组织使用云托管部署应用程序，以单向、安全的移动访问控制系统数据(图2)。

由于社会距离限制限制了工厂人员的数量，各机构通过定期监测系统的可靠性来维持业务连续性，即使关键贡献者不在工厂。

通过使用基于云的工程能力，控制系统项目也保持了进度。在其他人员意外有限的情况下，如在极端天气事件中，或在设施中出现全员出动的问题时，也可以利用同样的优势。

增加的计算能力使得能够更高级控制

虽然某些数据移动到基于企业级性能的分析的一些数据有意义，但需要更接近现场设备和资产来改进植物地板的操作和控制。具有高计算功率和边缘分析功能的控制集群将使这种偏移可能成为可能。

这种类型的边缘计算是灵活且适应的，为操作的不同部件提供可变控制，以使模块化制造能够用即插即用技术。分布式控制系统继续通过利用边缘计算机和控制集群的组合来协调整个工厂的控制。

在一个控制群集中，计算能力银行位于架构的不同地方。工厂人员可以按需将控制权分配给集群的任何部分。这为添加软件或执行升级或维护提供了灵活性。操作员和技术人员还可以将控制器移动到集群的不同部分，同时在部分基础设施上工作，确保过程控制仍在继续，即使工厂对控制哲学或操作设计进行了变化。

易于整合扩大了效率的收益

成功的关键是找到能够采用新技术的平台，同时最大限度地减少集成和工程的费用。最先进的控制器可以作为独立控制器运行，并具有本地集成到更大的控制系统中的能力，使组织能够与流程和产品一起发展控制架构及其功能。

行业领导者也在通过新的自动配置技术减少模块化制造实现的工作量。MTP技术——由流程工业自动化技术用户协会(NAMUR)开发——利用现有技术构建接口，以规范化的方式集成不同的系统，从而简化模块化系统的设计。

MTP标准化生产模块与控制系统之间的互操作性，允许植物混合和匹配组件。控制系统将继续在控制和优化这些不同，但更集成的模块化系统方面发挥重要作用，并利用这些集成效率标准是推动最佳结果的关键元素。

APL，高级控制和数字双胞胎增强操作性能

控制系统历史上用于监管控制。近年来，趋势已经转移，为运营商提供更广泛的控制核心运作的控制。控制系统现在包含更多的分析和决策支持，以帮助运营商在更广泛的责任领域做出更好的决策。

APL等技术使能现场设备具有成本效益的接口。APL通过以太网将I / O连接到现场设备，创建更快的通信堆栈。此外，APL通过部署可以应用多个协议的一个标准物理层来协调物理层，从而在控制系统与现场设备进行物理接口的情况下创造更多一致性。

与传统的数据相比，查看更广泛的数据子集的能力需要技术支持，以帮助作业者、工程师和技术人员理解数据。一项有望在未来几年得到广泛应用的关键技术是基于国家的控制(SBC)。

SBC将操作员发起的状态转换与自动控制逻辑组合，使运营商能够帮助处理在任何所需状态下实现最佳操作。使用SBC，自动化技术驱动基于当前运行状态的设备和单位。运营商仅作为流程管理员 - 在临时点提示时才能在此过程中进行干预。

SBC还通过捕捉用户可以利用的操作学科的形式捕获知识来最大化控制系统的投资。它提供了降低的培训成本，它通过以单位的安全状态的用途以及单位之间的沟通来优化对植物不安情景的响应来提高安全性和可操作性。

运营商将更多地关注流程的更大图像，监控关键过程指标并制定关键决策，以维护和提高性能，可用性和质量。数字双胞胎模拟等工具 - 植物环境的精确虚拟副本 - 将在帮助运营商在流程趋势错误的方式时发挥关键作用（图3）。

而不是做出决定，实现它，并希望它是正确的选择，运营商将使用模拟来测试脱机环境中的关键决策。

例如，工厂的操作人员可能会注意到某个工艺参数的趋势是错误的。操作员使用数字双胞胎尝试了一种新方案，却发现它太接近行程限制了。为了避免这种情况，作业人员转而使用数字双胞胎测试替代方案，并发现了一种安全将工艺参数恢复一致的方法。操作人员无需在现场过程和设备上进行任何测试，就能做出正确的决策。数字双胞胎将在本地和云中可用，并将成为大多数项目的标准部分。

实际价值仍然是优先权

现代控制系统和云计算将提供数据集中和背景化的方法，使一小群技术人员能够覆盖更广泛的地理区域，同时提供卓越的服务。为了从这些新解决方案中获得最佳价值，组织需要预先设计并易于部署的自动化平台，以帮助它们随着市场和业务条件的变化而发展。控制系统将永远是工厂运营背后的大脑，但对于接受即将到来的变化的组织来说，它也将成为整个企业运营成功的推动者。

Sean Sims.副总统是干什么的艾默生的Deltav平台。由Chris Vavra，Web Content Manager编辑，控制工程，CFE媒体和技术，cvavra@cfemedia.com。

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关键词：控制系统，数字双胞胎，边缘计算

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