升级控制:迁移还是进化?
在最近的一个自动化供应商用户小组中，一位演讲者引用了一个有趣的统计数据。他说，目前50%的流程工厂DCS(分布式控制系统)平台至少有20年的历史。知道了这一点，就不难理解为什么当公司面临不断增长的成本和竞争压力时，控制系统的升级是许多人的想法。
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在最近的一个自动化供应商用户小组中，一位演讲者引用了一个有趣的统计数据。他说，目前50%的流程工厂DCS(分布式控制系统)平台至少有20年的历史。知道了这一点，就不难理解为什么当公司面临不断增长的成本和竞争压力时，控制系统的升级是许多人的想法。
你是否应该考虑更换你的控制系统，仅仅因为它是在超过20年的一半?不一定，就像你可能不会考虑把1987年的车卖掉一样。您的老DCS可以很好地调节您的过程，但就像一辆旧汽车一样，它可能变得需要大量维护，并且肯定缺乏一些新设计的功能。即使您认为这些新功能并不那么重要，最终也会变得难以找到部件，并且维持系统运行的成本也会很高。
虽然与年龄相关的问题肯定是升级系统的一个令人信服的理由，但功能问题也可以进入讨论。即使是较新的系统也可能没有一些可以为您的业务创造价值的功能。
控制系统升级主要有两个驱动因素:过时和功能需求。
推动变革的第一个也是最强大的驱动力是过时。当一个平台出现故障，而原来的提供商不再支持它时，保留它的风险就变得太高了。获得替换硬件最终会成为问题，用户只能依赖零部件回收商和eBay。如果系统的一部分出现故障，而又没有替代装置，整个处理单元就会陷入停顿。
尽管如此，一些工厂的经理还是不得不吸取教训。Rockwell Automation遗留DCS迁移项目经理Mike Vernak说:“仅仅基于过时性来构建业务案例是非常困难的。“工厂经理总是告诉他们的工厂工程师，‘如果你的系统在工作，我们没有任何停机时间，我不能根据过时来证明资本支出是合理的。当然，如果你正处于停工期，投资回报率很容易计算。但很难根据没有停机时间来计算。”
虽然性能不可靠是最明显的问题，但走向淘汰可能会产生更微妙的影响，包括知识侵蚀。Vernak补充道:“公司发现很难维持这些20年或25年的遗留系统的技术专长。“oem尤其缺乏专业知识，要么是因为人员减员，要么是因为退休。现在大学毕业的22或24岁的孩子对这种技术完全不了解。我听到这样的话，‘那个系统比我还老。大学里没教过我这个。“他们完全不知道该怎么做。它的维护和培训也很昂贵。我见过在一个工厂里有多个完全不同的DCS和PLC系统的公司。我无法想象工厂经理每年要花多少钱来维护多个控制系统的人员。”
推动变化的第二个驱动力是功能。一个平台不需要那么老，就会缺少可能非常有用的特定功能。例如，一个不具备处理HART诊断的I/O能力的系统可能无法支持资产管理程序。其他公司可能没有连接能力来支持与企业级系统日益增长的集成。
ABB控制系统演进全球业务发展经理John Murray表示，他的团队做了一项关于企业升级控制平台的动机的调查。“让我们感到惊讶的是，超过50%的人表示，改善运营商性能或维护实践是他们考虑升级的原因。我们今天看到很多这样的情况，因为人们认识到他们必须在业务上取得进步。这个词被过度使用了，但它实际上是关于卓越运营的。资产管理、信息管理和数据挖掘等解决方案如果使用得当，确实可以为您带来竞争优势。我们所谓的传统控制系统必须通过这些功能得到增强。”
Vernak同意这一评估，并补充道:“大多数客户迁移不是因为过时，而是因为他们的系统缺乏性能。这并不意味着它没有控制整个过程。这意味着他们无法从系统中获得他们需要的数据，从而做出更好的决策。
“由于该系统的专有性质，很难获取数据，也很难有选择性地获取数据。这些系统不能很好地与现代IT系统、现代历史学家等进行交互。许多公司无法连接到专家系统，使他们能够轻松或有效地进行高级过程控制。它缺乏功能性。”
旧的系统被设计成在更大的隔离下运行，因此网络安全通常是初级的或根本不存在的。“许多人错误地认为，遗留系统是安全的，因为它们是遗留系统，”西门子迁移营销经理肯•凯泽(Ken Keiser)表示。“当它第一次安装时，该系统可能是完全隔离的。但随着时间的推移，也许有人在某个地方放了一条调制解调器线路，或者连接到一个中间历史学家，而那个历史学家恰好在互联网上，他们没有考虑到中间连接。经过20年的时间，你永远不知道一件事是如何联系在一起的。”
证明你的需求
任何升级项目的第一步都是弄清楚你需要什么，尽可能具体。有些答案可能非常明显，但其他同样重要的答案可能需要一些探究。继续使用旧系统的缺点之一是你没有意识到技术是如何进步的。结果是，您可能不会考虑请求某些类型的函数，因为您甚至不知道它们是否可用。
“每个人都想提高利润，”默里说。“但你必须与客户合作，确定他们希望如何实现这一目标。客户越了解他想要解决的问题，我们就会提出更好的解决方案。无论是新特性、新功能，还是只是添加控制器以提供更好的可用性，一旦他们理解了这些，他们就会真正了解这些改进将会是什么。然后他们可以从财务上量化他们将获得的利益或降低的成本，这有助于成本论证过程。
“如果你有一些宏伟的目标或计划，那么你就会绞尽脑汁想‘我如何证明这些支出是合理的?’为了每个人的利益，深入到细节中去理解问题并得到最佳解决方案是很重要的。”
没有财务理由的计划是不完整的。有些情况会非常清楚和直接。更换一个等待故障且无法修复的旧系统应该不难卖给管理层，特别是如果它的故障将停止生产。
困难的部分可能是让那些负有责任的人相信，失败可能即将到来。更细微的变化可能具有挑战性。你对增加了一些新功能的升级的重视程度可能取决于你个人的确信程度。
霍尼韦尔过程解决方案的DCS平台迁移高级产品经理Marjorie Ochsner提供了一些有用的问题，可以在过程早期问自己:
什么都不做的成本是什么，进行迁移的预期收益是什么?
那次计划外的停工让你损失了多少?
这个旧系统的实际维护费用是多少?
你在零件回收商或易趣上花多少钱买这些替换的硬件?
应对不力的代价是什么?
还有积极的一面:新系统的额外好处是什么?更新运营商效率的价值是什么?你是否可以引入先进的控制策略?从现场引入HART信号的价值是什么?奥克斯纳说:“我们会研究这些问题的答案，并进行非常详细的分析，帮助我们的客户。”
变化有多剧烈?
控制平台升级的范围可以从小的增量更改到完全的拆除和替换项目。通常情况下，系统越老，变化就越剧烈。旧的平台更加集成，没有采用开放架构设计，这使得更改系统的一部分更加困难。更现代的方法往往是模块化的，允许渐进的改进。
通常情况下，公司从HMI开始，而不仅仅是图形。HMI是数据管道的主要连接点，为更高级别的系统提供接口，并为更高级的控制策略提供机制。
西门子的Keiser说:“HMI是DCS中首先被淘汰的组件，由于内部或外部的力量。“当客户来找我们时，他们来是因为控制系统有特定的问题。这可能是控制器的问题，但更有可能是在控制器中查看数据的问题，所以这实际上是一个HMI问题。”
Keiser表示，更换HMI并不那么困难或昂贵，所以它是相对容易的第一步迁移。“你有了一个新的外观和感觉，但下面的设备完全相同。就工艺而言，它没有改变，工艺控制也没有改变，所以所有的设备、知识和技术都是一样的。”
在某些情况下，迁移可能涉及来自同一供应商的更新系统，假设该公司仍然以可识别的形式存在。其他时候可能是一个更剧烈的变化，移动到一个完全不同的平台。
ABB控制系统演进全球业务发展经理Mark Bitto表示:“当你的系统无法满足你的业务需求时，更激进的解决方案可能是唯一的答案。”“但即使在那里，你仍然应该考虑可以保护什么样的投资。我能把电线留在原处吗?我能把端子留在原处吗?通过我现有的解决方案，我能最好地消除哪些成本?”
全面改变在很多方面都是痛苦的，企业不应掉以轻心。
“一定有一个非常关键的原因，为什么客户不想继续沿着增量迁移的路径，”凯瑟说。“他们在说，‘我们和这个供应商玩完了。我们得看看外面有什么。在我能想到的一个案例中，客户正在考虑逐步迁移，但他们看得越多，就意识到他们必须迈出一大步。较小的公司更有可能这样做。一些大型化工公司可能不会这样做，他们更喜欢风险较低的方法。”
没时间关机
不过，变化的程度可能会受到工厂生产要求的限制。完全的拆除和替换项目总是涉及一些停机时间，无论是否计划。更渐进的更改可以降低这种风险。
霍尼韦尔的Ochsner建议:“在你进行升级时，关闭一个进程通常比保持它运行更昂贵。”“所以大多数时候，业主是在一个单元一个单元或一个控制器一个控制器的基础上渐进地进行的，为网络和其他一切奠定基础，这样他们就可以相当顺利地进行切换。
她补充说:“这有助于从架构的顶部向下做事情，首先替换HMI，然后是网络，然后是控制器。”
计划、执行变更
一旦你决定沿着一条特定的道路前进，是时候列出细节了。“第一步总是计划，”Oschsner建议道。“你必须事先知道自己拥有什么。”
霍尼韦尔首先关注的是文档的状态，“遗憾的是，文档通常不是最佳状态，”Oschsner说。“我们希望在一开始就有准确而完整的文档，甚至知道现场的控制器和I/O的型号。”
英维思过程系统的迁移顾问Graham Bennett参与了许多项目，并提出了与客户分担责任的建议。
贝内特说:“我们将工作活动分类作为标准程序。它列出了迁移前、迁移和迁移后的项目。我们有行动项目，要想尽一切办法。每个人都有自己的计划，我们严格遵守。其中之一就是确认任何第三方协议的功能。”
一个经过深思熟虑和执行良好的升级项目的最终好处是巨大的。控制能力、数据挖掘、操作界面、原料利用、产品质量和许多其他领域的改进都是可能的。但所有这些都依赖于对流程的深入了解，并结合有效的分析和计划。
| 作者信息 |
| 彼得·韦兰德是过程工业编辑。联络他的地址是PWelander@cfemedia.com． |
采矿/化工案例历史:统一不同的系统
Teck Cominco是一家大型采矿、金属和化学公司，总部位于加拿大温哥华。该公司位于不列颠哥伦比亚省中部的Trail工厂是世界上最大的综合锌和铅冶炼和精炼设施之一，包括Waneta水电站和输电系统。Trail的冶金业务生产精制锌和铅以及各种特种金属、化学品和化肥产品。瓦内塔大坝为该设施、当地客户和美国提供电力
Rob Zwick是过程控制负责人，他一直致力于将整个设施转移到一个公共平台上。正如他所描述的，“我们有五大工厂。我们最终得到了五个平台:ABB、Fisher Provox、Honeywell TDC 2000、Foxboro和PLC/Wonderware。我们一直在努力的一件事是尽我们所能将Foxboro(英维思过程系统的I/A系列控制系统)整合为一个通用平台。
“我们已经离开了霍尼韦尔。我们正在从Fisher Provox迁移，到今年年底，Foxboro系统将处理大约75%的I/O，”Zwick说。“我们所有的工厂都将采用Foxboro硬件和软件的相同平台。”
维护和培训问题是趋同的主要驱动因素。最老的平台的部件供应一直在推动变革，因为该公司不能冒计划外停机的风险。当然，保持不间断生产的压力并没有使迁移工作变得更容易。
“我们现在正在进行第四次迁徙，”兹威克指出。“我们的运营当然是全天候的，所有工厂都是紧密相连的，所以我们必须非常小心地协调工厂之间的关闭。我们每个月都会在这里或那里进行几个小时的定期停机维护，我们希望这些设备能够进行迁移。”
做决定
在评估阶段，Zwick和他的同事们考虑了许多可能性，得出了一些有趣的结论。他反思道:“想想我接触过的平台，它们的功能真的变得难以区分。“因此，要证明一种DCS的技术优势比另一种DCS的选择实际上是相当困难的。”
兹威克说，所有公司都在努力改进和现代化他们的硬件和软件。“Foxboro在加拿大拥有良好的采矿和金属基础，而其他公司则没有。其他公司在石油和天然气领域表现更好。我发现，在一个特定的行业领域，差异比任何优势更具有历史意义，”他表示。
遗留的连接
帮助促进转换的事情之一是特殊的Foxboro I/O卡，它提供了新旧系统之间的接口。英维思过程系统的迁移顾问Graham Bennett描述了这种方法:
“我们保留了包括编组柜在内的所有现场布线，以及编组柜和传统供应商实际I/O之间的接口布线。我们取下连接，用传统厂商生产的新卡进行一对一的更换。”
Bennett补充道:“有了一对一的阵容，就不需要任何配置更改，并且I/O上的每个点都与原始的卡布局一致。”
兹威克正在准备他的下一个大动作。“这是个大问题，”他说。“我们将有12个小时的窗口期，但它有4000个I/O点，所以我们需要所有的I/O点。这家工厂的停机时间是每小时10万美元，”他说。
公用事业案例历史:选择正确的工具
科罗拉多斯普林斯公用事业公司是一家市政公用事业集团，为住宅和企业提供电力、天然气、水和废水服务。电力部门经营着一个小型燃煤机组，几个水力发电厂，并且是一个燃气联合循环涡轮机厂的共同所有人。此外，该公司还运营54兆瓦的George Birdsall电厂，配有一个燃气常规锅炉，可用于12小时的应急和峰值容量。
伯德索尔电厂建于20世纪50年代中期，至今仍保留着原有的锅炉和涡轮机。因此，它缺乏新电厂的效率，由于成本原因，它不再作为基本负荷容量运行。然而，随着该地区电力需求的增长，其运行时间每年都在增加。布伦特理查森是工厂经理，最近通过控制系统迁移带来了设施。
自1991年以来，该工厂一直使用罗斯蒙特RS3 DCS，但理查森报告说，当他收到消息，该平台已进入OEM支持的最后十年时，他们决定寻找替代方案。考虑到Birdsall不是一个非常大的工厂，只有不到150个I/O点和简单的控制策略，理查森和他的同事们决定探索各种选择。
理查森说:“由于DCS的强大和快速，我们对它非常熟悉和熟悉。“我们首先考虑的是DCS平台，包括Delta v。我们的Ray Nixon发电厂有ABB系统，所以我们考虑了这一点。我们还考察了我们的水务部门。它用Allen-Bradley ControLogix plc进行所有的过程控制。一旦我们研究了基于PLC的新系统的功率和速度，我们发现它实际上比我们现在控制单元的速度快10倍左右。”
与水利部门共享同一系统的想法具有相当大的吸引力，并作为未来四年内预计在水力发电厂进行改造的原型。
理查森补充说:“有很多系统可以完成这项工作。“我们想要一个可以控制我们整个车队的系统，包括水力发电厂。PLC系统能满足我们的需要，并能与我们的其他设备相结合。一旦我把我的系统，我就在ControLogix平台上有了整个水务部门的情报，因为他们是标准化的。我可以利用他们的资源，包括五六名训练有素的I&C技术人员，甚至还有备件。我不再局限于一个独立平台。拥有这些资源给我们带来了巨大的价值。”
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