在控制系统技术、设计上的转变

世界正在以前所未有的速度变化，过程控制技术通过调整精益项目执行原则、软件和网络来响应，以将控制应用程序与物理设备分离，并将控制器与物理输入/输出(I/O)分离。模块化设计允许多个控制器组成一个虚拟控制器。在互联的全球经济中使用的这些技术有助于业务决策的敏捷和准确。

流程必须快速高效地执行。项目必须在预算内按时完成。员工必须有能力根据现有和精确的数据自信地对不断变化的环境做出反应。技术必须促进成功，而不是阻碍成功。

很少有技术环境比工业控制系统(ics)所需的技术环境更复杂。这些环境必须包含关键功能，包括网络安全、冗余、高速网络和确定性操作。这有助于客户以最高水平的可靠性控制安全关键工艺制造设施。

过程控制系统(pcs)已经为过程工业服务了30多年。利用新技术的力量并使效益发生飞跃变化的机会仍然存在。例如，流程工业继续有机会通过从定制转向标准化和消除大量无附加值的工作来降低资本成本。此外，通过安装系统，改进的操作将继续将数据转化为知识，并将知识转化为更精确的行动。

最终，流程工业有更多机会在更短的时间内以更低的风险执行项目，同时提高吞吐量、质量和运行可靠性。几十年的实施和客户合作提供了阻碍项目效率和限制客户实现和维持最佳运营的痛点的第一手知识。通过集成虚拟环境，帮助客户克服这些障碍，形成了部署和操作ics的新方法。

精益自动化项目

通过将精益执行方法应用于自动化项目，可以有效地实现自动化。这种策略通过结合通用I/O设备、虚拟化、虚拟工程和自动化调试，消除了传统的依赖关系，从而迫使项目流程按顺序进行。

这样做将物理设计与功能设计分离，打破了任务依赖关系，使用标准化设计，并使工程可以在世界任何地方完成，从而大大降低了风险和成本。

低复杂度，模块化设计

新一代控制系统技术使用精益项目执行原则、软件和网络，将控制应用程序从物理设备中解放出来，将控制器从物理I/O中解放出来。这使得控制系统能够在更短的时间内以更低的成本和风险进行设计和实施，并具有更简单的模块化构建。

这改变了控制系统在其生命周期内的维护方式，将服务器的日常管理转移到集中式数据中心，专家和已建立的协议降低了网络安全风险，使工厂工程师能够更主动地专注于控制系统优化。

消除复杂性，将控制与物理平台分离，降低信息技术(IT)成本，可以消除阻碍简化控制系统设计、实施和项目运营生命周期管理的障碍。

体系结构的差异

将I/O移到现场可以使过程控制系统更接近生产单元。控制中心塞满了定制的系统柜，还有大量的线路，但几乎没有文件。将控制系统分布在更靠近工艺设备的地方，可以在更小的空间内减少电线和工程时间，从而实现更大的项目节省。

一些设施已经实现了远程I/O策略，以降低项目成本，但其他机会是固有的，如模块化和并行项目执行。

为了实现下一代的好处，可以考虑将控制器连接到安装在生产区域的通用I/O的高速以太网现场I/O网络。这种通信应具有内置防火墙的网络安全，并在需要时使用加密技术进行增强，同时提供技术以适应不可避免的传感数据量的增加。

四个架构优势

这种架构的好处包括以下四个方面:

1.通用I/O发现能力允许控制器访问任何联网I/O模块和通道。传统的控制器I/O通信方法需要控制器和I/O柜之间直接一对一的物理连接。网络化I/O消除了大量的规划和手工工作。系统设计者设计控制策略并将其分配给控制器，控制器将找到相关的I/O。这减少了项目的工程规划和工程。

2.打包控制功能提供了一个简单的软件选项，以提供具有高速性能的冗余控制。作为一个过程控制器子集，这些控制功能是包装设备的理想选择，并提供调节、顺序和逻辑控制。这样就不需要进行复杂的子系统集成。

3.通用无线热点为现场仪器提供有线或无线通信，并允许每个现场I/O箱在需要时成为无线热点。这使得现场工作人员能够在调试和操作期间实时访问控制系统数据，从而执行数字程序。

4.模块化调试提供了独立于控制系统的现场I/O柜的调试能力。有了这种功能，控制器可以在笔记本电脑上运行，插入模块场的远程机柜，并执行一组调试活动，就像连接到控制系统的其余部分一样。有了这种灵活性，跨越多个庭院的模块化建筑变得简单。

这些组合功能提供了重要的工程设计，使项目能够在更短的时间内以更低的风险执行。例如，消除后期变更固有的风险和返工确保自动化不会成为关键路径[完成的瓶颈]。由于更改而添加新的I/O可以扩展控制系统网络，而不需要对控制系统进行复杂的更改。

1个虚拟控制器

项目中的传统控制工程需要细致的计划，因为它是由严格的层次结构方法驱动的，该方法由控制器和I/O之间紧密绑定的物理关系定义。在I/O或需要对系统进行物理重新配置的控制进行看似不可避免的后期更改时，效率低下、重复工作和风险就会出现。

通过允许多个物理控制器作为一个虚拟控制器出现，控制体系结构成为一个控制器数据中心，在该中心中，过程控制可以在可用的控制器计算资源之间自动实现负载平衡。其优点是强大的，特别是应用于后期更改的处理时。这样就避免了需要手动将控制策略分配给特定的物理控制器。

考虑以下结果:

• 消除对特定物理控制器的控制分配;控制策略分配给控制器数据中心。
• 自动分配和负载平衡控制可用的控制器资源，节省时间和提高效率，因为物理配置不再是障碍。任何控制器都可以与任何I/O通信。

降低过程控制IT成本

所描述的虚拟化技术通过减少多达80%的物理IT节点数量来降低IT成本。然而，即使做了这些努力，仍然有一个大型IT基础设施用于可靠性和损失原因范围。使用虚拟化降低了生命周期成本，虚拟化将虚拟机文件从异地复制到现场位置。

这种容错架构支持从中央操作中心或区域数据中心进行操作。通过转移过程控制IT基础设施的大部分，集中操作成为可能，消除了与部署在每个工业设施的控制系统IT基础设施相关的成本。该体系结构包括关键过程控制所需的相同级别的高可靠性。

这种多站点整合的方法实现了对维护过程控制IT基础设施的高效基础至关重要的标准化，这在部署企业规模的控制平台时是非常重要的。例如，考虑在确保Microsoft Windows补丁、防病毒更新和进程控制系统发布的一致部署方面的简化。

结果呢?过程控制工程师可以专注于优化，而不是执行管理任务。

更快的调试

分布式虚拟架构改变了设备分配给I/O模块、控制策略分配给控制器、计算资源分配给服务器的关系。例如，与从中央控制室物理运行光纤电缆到添加现场机柜相比，可以将机柜添加到新架构中，并受益于通用I/O发现。

增加控制器以增加空闲容量?传统流程需要重新平衡控制或移动控制策略，以及相关的I/O模块和设备重新调试。将这三个后期更改场景与更新平台的流程进行对比:

1. 为建筑添加机柜。
2. 向体系结构中添加另一个控制器。
3. 加载新的控制策略。

通过将I/O模块的分配和控制策略与特定控制器分离，减少工作量可以提高项目的速度和效率。知识工作者可以专注于控制者群体。这种设计和维护ics的现代方法提供了下一代的好处。

杰森Urso是副总裁兼首席技术官，霍尼韦尔过程解决方案。由内容经理马克·霍斯克编辑，控制工程，《媒体，mhoske@cfemedia.com。

关键词:虚拟过程控制器，模块化I/O

精益项目执行帮助控制系统设计。

高速以太网现场I/O网络实现更智能的设计，网络安全。

设计控制，分配给一个控制器，它会找到相关的I/O。

考虑一下这个

流线型的控制设计将更快地实现效益。

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