管理自动化升级、改造

升级可能很棘手，尤其是在自动化系统中。它们有很多种类，每一种都有独特的挑战。在控制预算和进度的同时，处理过多的技术和运营问题是一个艰难的过程，但伟大的结果是完全有可能的。在进行升级时，请考虑以下指导方针。

形式与功能

不是所有的升级都是一样的。有些可以通过简单的交换来完成，对操作几乎没有影响。另一些则从根本上改变了系统的组成和行为，需要大量的安装、培训和监控才能完成。通常，升级需要对系统的物理或逻辑结构进行一些更改。新的应用程序功能经常被混杂在一起。首先，在探索管理每个方面的最佳方法之前，考虑自动化升级的不同方面。

最常见的迁移类型是对系统中的硬件或软件组件进行较小的版本/模型升级。这可能包括组件的物理替换、这些项目的固件更新或商用现货(COTS)软件的服务包更新。这类改造通常只需要很少甚至不需要应用软件返工。除了升级的项目之外，物理自动化基础设施的其余部分通常保持完整。

所有的系统都基于一定的硬件和软件技术平台。对这些平台的重大升级——即使是在同一个制造商那里——通常需要进行一些应用软件的返工。虽然这样的更改可能仅限于简单的配置和脚本更改，但它们可能需要应用程序软件的完整转换。翻译工具和指定的升级路径可能会使这更容易，但整个应用程序总是需要完全重新测试，以确保正常运行。

应用程序软件更改通常伴随着自动化迁移。这些变化可能与新的处理设备、与现有设备交互的新方式、操作的新分析以及分享和报告一切的新方式有关。虽然本文的重点是大型自动化升级上下文中的功能应用程序更改，但需要注意的是，此类更改通常在没有任何其他因素的情况下发生。

交换满足

仅仅因为一个小部件升级是最简单的改造类型并不一定意味着它是简单的。如果不小心，组件之间的细微差异可能会导致严重的头痛。在迁移组件时考虑这些指导原则。

升级控制器处理器和模块是一种常见的迁移类型(参见图1)。同一产品线内的升级通常不需要更改应用程序编程，或者在最坏的情况下，可能需要轻微的配置更改。需要注意的一个重要因素是可能影响某些功能行为的处理器固件更改。例如，改变比例积分导数(PID)控制算法可能需要重新配置PID整定参数。虽然这样的更改通常由制造商记录，但情况并非总是如此。在这种类型的升级之后，彻底测试和监视您的系统应该是您计划的一部分。

升级控制面板组件是您可能遇到的另一种常见迁移类型。传统的电气/气动元件交换相当简单。可能需要一些组装、安装和接线，但停机时间要求往往很小。特别值得关注的是向智能组件的迁移。这些设备可以远程操作、监控和配置，同时提供各种诊断和维护功能。在大多数情况下，您需要重新处理控制系统中的寻址方案以访问这些设备。需要对应用层软件进行进一步的更改，以解锁和使用其增强的功能。传统的控制布线(离散或模拟)通常被网络布线所取代，这对电子噪声、屏蔽和其他因素有不同的要求。记住，要考虑到这一点，才能可靠地运行。

与控制系统中的其他元素相比，计算机工作站和服务器的生命周期可能相对较短。对工作站和服务器上的硬件、操作系统、历史记录、数据库和大量COTS软件项进行更新是一个常见的主题。这里的诀窍是让所有东西都能很好地发挥作用。简单的杀毒软件升级可能会在系统的另一个关键部分引发意想不到的问题。首先研究COTS软件已批准的安装规范。接下来，脱机执行更新，并在将应用程序部署到生产系统之前彻底测试应用程序。这是管理这些升级和避免不愉快的意外的最好方法。

最终会有这样一个时刻，您必须考虑升级您的输入/输出(I/O)子系统(参见图2)。这个活动本身几乎就是一个类。虽然应用软件需求可能很轻，但物理安装问题可能很严重。

进而出

在计划I/O系统升级时，有几个因素需要考虑。问自己这些问题:

• 什么类型的停机窗口可用于转换?
• 在安装新系统时，旧I/O系统的一部分是否需要保持运行?
• 现场接线是否完好无损，是否需要更换?

停机时间窗口将决定一次可以替换多少I/O。如果你的转换时间很紧，不要灰心。有一些方法可以减少安装时间。

如果物理空间和线路允许，用一个新的外壳替换整个外壳通常是通过割接的最快路径。新外壳应放置在现有外壳旁边，并应在割接之前进行彻底组装和测试。在已有的机箱中，确保场边端子已正确标记和确认。当需要割接时，断开现有面板中端子的场侧，并将其终止到新面板中端子的场侧。

如果一个新的外壳不是一个选项，或只有一个外壳的一部分可以一次切割，新的面板底板可以预组装和预接线到新的端子条。当停机窗口出现时，断开旧接线板上端子的现场接线侧，完全拆除旧接线板，安装新接线板，并重新连接新接线板端子的现场接线侧。这种方法可能需要在现有的外壳上安装新的底板安装螺柱。

如果不能更换主板，可以将新的I/O系统安装在现有的主板上。在这种情况下，您将保持终端带的电场侧完好无损。如果在新的I/O模块上可用，预布线和标记模块摆动臂将节省时间。当必须更换现场接线时，可以在现场设备侧、控制面板侧或两者上预拉、标记和绕线，以便更快地插入。

变革的平台

硬件/软件平台更改可能很困难——即使没有对系统进行功能更改。至少，所有的应用软件都需要翻译，如果不是重写的话。对于任何类型的系统，停机时间要求通常都太大，无法在一次安装中完成。保持现有系统的部分完整，同时引入新系统的元素，这可能是您将遇到的最苛刻的情况之一。从与硬件平台更改相关的物理安装问题开始。

对于使用公共电源的雏菊链式设备，尽量在一个系统上保持整个回路的完整性;这会简化你的生活。在传感器和仪器输入信号必须在系统之间共享的情况下，有几个可用的选项。从布线的角度来看，系统之间的网络信号是最简单的解决方案，并且不会损失信号保真度。这种方法可能需要特殊的通信模块。对于某些关键或高速参数，这可能不够。在这种情况下，选择一个系统来控制和测量，并让另一个请求和/或监视这些结果。

对于需要从两个系统控制或监控的数字输出设备，有几个选项可以考虑。新旧系统之间的联网是一种常用的方法。一个系统将对设备进行物理控制;另一个将请求激活或停用设备。这是最安全的操作模式，如果在过渡过程中出现问题，也最容易排除故障。这适用于数字和模拟设备。

如果网络不是一个选项，插入继电器与双触点可以用来允许两个系统同时控制单个数字输出设备。使用这种方法必须非常小心。如果任何一个系统请求该设备，它将无条件激活，除非另有联锁。如果布线和设计得当，当割接完成时，旧系统可以与继电器断开连接，继电器线圈可以被移除(故障点)，继电器底座成为新系统中I/O模块和现场设备之间的端子排。

模拟输出设备更具挑战性，由于信号保真度的潜在损失，不容易适应这种方法。如果您必须从两个控制系统控制一个模拟设备，并且系统不能联网，如果所有其他方法都失败了，则将控制(以及相关的测量，如果必要的话)放在一个系统中，并在它们之间硬连接设定值或输出信号(以及任何相关的许可)。老派技术通常会在两端使用二进制编码的十进制模块来实现这一点，尽管也可以使用其他方法。

可视化和分析

可视化和制造智能是您在软件平台升级中可能遇到的两个主要领域。可视化软件描述了加工设备的状态，并允许人们以各种方式配置该设备并与之交互。设备描述通常是图形化的，尽管不一定是这样。它们还显示与最近车间活动相关的趋势、日志和状态数据。

制造智能来源于系统内部和系统之间移动的所有数据——本地的或整个企业的。历史记录、数据库和报告平台是这组中常见的项目。数据可以从其他系统推送到车间系统，以配置产品配方、调度、清洁概况等。从工厂现场提取的常见数据包括生产了什么、生产了多少、消耗了什么原材料等等。通常，一套报告与系统的每个操作区域相关联。

好消息是，安装这种类型的平台升级可以减少对操作的干扰或中断。坏消息是应用程序的返工可能是大量的。您可能需要从头重新构建可视化应用程序，包括新的符号集、标记、脚本和查询例程。在制造智能方面也是如此，包括返工以报告布局、模式、查询等等。

由于涉及的工作量很大，这种升级的动机通常基于新平台固有的功能需求，而在旧平台上很难或不可能实现。在开始使用新系统之前，必须确保现有系统的所有基本操作和信息方面都已移植到新系统。

发现过程包括采访所有相关的涉众，并对系统的所有方面进行详细的技术分析。仔细检查你找到的所有东西。某些不经常使用的屏幕、报告或查询可能不是涉众最关心的，但可能对系统的操作至关重要。

发现完成后，为现有操作和新操作制作详细的功能规范。该规范应该定义关于系统应该做什么以及完成工作需要哪些资产的所有功能细节。在设计会议上召集技术团队、操作人员和任何其他相关涉众来审查该规范——在任何其他开发工作之前这样做。这将使每个人都在同一页面上，并为迁移建立坚实的基础。该规范形成了项目进度随时间的测量和系统性能确认的基础。

当您的开发工作完成后，在安装之前进行一个经过严格审查的工厂验收测试，所有涉众都有机会与新系统进行交互。在工厂验收测试和系统安装之间留出足够的时间来解决测试过程中可能出现的问题。

当您准备好安装时，您可以完全替换旧系统，或者在一段时间内进行并行操作。可视化系统的并行操作将需要额外的电缆、接线和操作员工作站的临时索具。在制造智能方面，可能需要额外的布线、网络交换机和服务器基础设施。虽然并行操作的成本总是更高，但如果您的安装窗口很紧，并且要进行很多更改，则可能值得考虑。

网络的机会

从最简单的形式来看，工业网络的升级可以是对现有现代工业网络的扩展。首先使用众多网络流量分析COTS软件工具之一进行网络发现，以识别和记录所有当前连接的设备。根据升级的不同，您可能需要重新配置网络交换机或在适当的地方安装新的交换机。完成后，再次运行分析软件，以确保系统上没有碰撞或其他明显的问题。如果出现问题，数据包分析软件可以更深入地了解发生了什么。

升级旧的遗留网络更加复杂。您仍然需要从网络发现开始，但是可能需要更多的工作来识别连接到网络的所有内容，以及这些项目的逻辑网络地址和物理位置。遗留平台可能会有工具来帮助完成这个过程。记录旧网络上的物理电缆类型和布线配置也是一个好主意(参见图3)。请注意，有些旧网络对通过它们移动的信息量和连接到它们的设备数量非常敏感。在记录遗留网络之后，将如何迁移到新平台的详细计划放在一起。

在安装新网络时，请确保您拥有适合您的工业环境的电缆类型，特别注意电缆长度、屏蔽和连接最佳实践。除了布线问题，还要确保您有正确类型的网络设备。至少，您将需要网络交换机而不是集线器，如果网络上有多播流量，您将需要托管交换机。最后，首先考虑系统的访问和安全性，而不是事后才考虑。需要考虑物理访问、网络访问、操作系统层安全性和应用层安全性方面的问题。安全是一项持续的工作，由人员流程和技术工具共同工作来保护系统。

改变是生活的一部分

应该清楚的是，您的自动化系统可能会在其生命周期中经历许多变化。这些变化可以采取多种形式——从小的修改到大的大修。每一种升级都有其独特的挑战。不要低估手头的工作;即使是最简单的自动化升级可能也不简单。好的计划加上一点研究是成功的门票。记住这些指导原则，做好你的功课，每次你都可以期待一个好的结果。

大卫·麦卡锡的总裁兼首席执行官是TriCore Inc .)该公司是一家位于威斯康星州拉辛的全国性系统集成公司。在1991年创立TriCore之前，麦卡锡曾在阿法拉伐(Alfa Laval) /利乐(Tetra Pak)担任多个职位，包括该公司美国食品工程公司的工程经理。麦卡锡是罗切斯特理工学院的计算机科学家，在自动化领域有30多年的经验。

本文发表于应用自动化补充的控制工程
而且设备工程．

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