升级二次控制系统

如今，如果没有看到或听说过重大控制系统升级和分布式控制系统(DCS)迁移项目，就很难阅读行业出版物、参加用户组会议或在Internet上花费时间。考虑到大多数运行过程工厂的控制平台的老化，许多确实需要升级或更换。但通常情况下，公司一想到要接手这样的项目就会不知所措。

更糟糕的是，石油和天然气行业市场的不确定性导致许多制造商在启动重大项目时采取观望态度。幸运的是，公司可以对二级过程控制系统进行许多小规模的改进，以帮助降低运营成本和提高过程性能。这些都不应被忽视，因为它们可以带来巨大的效益，而不会造成重大的资本支出或生产中断。系统二次升级的好处包括:

• 控制硬件达到现代标准
• 协调设计/编程/配置标准
• 改善相关设备之间的互联互通
• 易于运行和支持的一致设计
• 灵活的远程输入输出(I/O)解决方案
• 更智能的现场连接
• 连接器/配件和电线组，提高服务能力
• 安全的工作电压
• 变频驱动(VFD)升级，实现工艺性能和节能
• 用于性能跟踪、能源监控和主动维护的分析。

挑战在于认识到机会所在，并为解决特定项目提出适当的理由。

实现利益

小型项目可以改善能源效率、通信和功能。

• 能源效率:vfd和更高效的电机可以节省能源。然而，增加能源消耗跟踪也可以揭示减少电力和其他公用事业使用的方法。
• 交流:智能和HART现场设备能够生成大量的信息，这些信息可用于极大地改进诊断功能、配置和维护。
• 功能:PLC或PAC的功能比10或15年前要复杂得多。工厂里的旧控制器可能还能工作，但不能做现有控制器能做的事情，所以升级单个控制器确实是值得的。

每个潜在的项目都有自己的利益组合，可以根据具体目标进行调整。

选择项目

在任何设施中，主要过程及其控制系统受到最多的关注。工厂首先依赖他们来维持生产和创造收入。但是二级系统可以对工厂的运行产生重大影响，应该将其作为一个一个的改进机会来考虑。典型的例子包括:

• 热水
• 冷冻水
• 蒸汽
• 配电
• 通信
• 供水(软水、过滤水、反渗透水、注射水)
• Clean-in-place系统
• 暖通空调
• 废水
• 压缩空气
• 制冷
• 环境
• 应急电源。

这些子系统中的许多可能是主要的能源消耗者，因此首先要检查的事情之一是从能源效率的角度来看它们的表现如何。但与业绩相关的因素还有很多，它们比直接运营成本更为微妙。

选择一个或两个提到的系统，并执行一个简单的审计。也许它是按预期运行的，但试着忽略“如果它没有坏，就不要修复它”的心态。相反，考虑这些问题:

• 所使用的控制硬件仍然由原供应商制造和支持吗?备件是否容易以合理的价格快速可靠地交付?
• 如果我们被要求扩大工厂或以其他方式增加产量，这个控制系统是否允许扩大?
• 系统正在运行什么软件?操作系统是否支持它的最新版本?操作系统在工厂的其他地方使用吗?它是可升级的吗?
• 我们公司内部有合格的维修人员吗?这个系统是年轻员工想要学习的吗?如果在接下来的一个小时内发生故障，有没有应对计划?
• 这个系统上运行的硬件和软件是否与我们公司关于首选供应商的政策一致?
• 设备的物理状况如何?电气管道是否完好?管道?气动行吗?外壳是否无锈蚀?
• 这个子系统有没有检查过潜在的网络安全问题?有没有人检查过是否有已知的与硬件或软件相关的漏洞?它能防止外界的入侵吗?

如果这些问题的答案是“不”、“我不知道”或“我们真的没有想过”，那么可能是时候进行认真的检查，着眼于改进了。否则，新的座右铭可能是，“它坏了，我们无法修复它。”

黑盒问题

在大多数工厂中，可能会从机器制造商、原始设备制造商(OEM)或其他类型的集成商那里引入各种子系统(见图1)。许多这些子系统都有自己的控制系统，其中一些是独立的，一些是与主要的全厂控制系统相接口的。

为了讨论的目的，假设控制系统正在执行预期的功能。在某些方面，这样的设备就像一个员工:有些人只是做他们的工作，仅此而已。其他人则表现出主动性，在更深层次上加入公司大家庭，并证明他们的价值超出了他们当前的工作描述。子系统也是如此，因为有些子系统很容易与主控系统集成:

• 该子系统以易于理解的格式提供工厂监控性能和状况所需的所有信息。
• 控制器和人机界面软件简单易懂。
• 控制器来自首选供应商，是可扩展的，是可升级的。
• 当需要使用HMI时，它是清晰直观的。
• 使用与工厂其他部分相同的方法和协议，连接非常简单。

如果您不使用这些特征来描述您的工厂中的一些关键子系统，则可能需要进行一些升级。这样做的最佳方法是什么?

新与现有

对现有子系统的一些改进作为改造是非常值得的，特别是如果它们作为全面重建的一部分进行。在这些方面，应该包括或至少考虑哪些因素?

• 选择一个具有成本效益、可靠、模块化和可扩展的控制平台，通常是PLC(见图2)。
• 选择公司认可的PLC供应商，使用认可的产品系列。
• 确定操作界面的改进，包括从基本的按钮灯到更换现有的或添加新的HMI。
• 增强可能桥接相关实用程序的控件接口。
• 升级到标准化配置，因为它们更容易和更安全的运行和维护，因为它们是工厂人员熟悉的。
• 改进自动联锁，提高安全性，改善操作，减少浪费。
• 改进公用事业和主要过程之间的握手，以提高可用性。
• 改进报告以更好地监控生产成本。
• 改进诊断以更好地监控状态。
• 改进仪器，以更好地利用原材料和能源消耗。
• 计划能源使用以减少公用事业成本。
• 支持连接“自动化孤岛”。
• 操作控制柜时应使用低压(24v dc)设备，以提高安全性。

从概念到实施

前面列表中的一些项目是概念性的，不需要具体的硬件或软件升级。另一方面，产品升级本身通常可以提供许多优势，而不需要工程概念来支持它们。以下是一些硬件和软件升级建议，可以实现上述概念上的一些优点:

• 使用以太网/IP或基金会现场总线等总线系统将现场设备和远程I/O设备连接在一起。这些协议提供了更少的现场连线、更大的灵活性、高级诊断和冗余。
• 为现场设备添加HART连接这样简单的东西，可以通过最小的硬件升级应用更高级别的通信，特别是在许多现场设备已经启用HART的情况下。
• 将更大的通信网络进一步推进到现场，甚至深入到设备级别，为智能设备提供一种机制，以通信可以收集和使用的现场数据。
• 使用内置连接器和现场接线的I/O块，以避免由于电缆终端不良而产生的问题，并简化可维护性。
• 升级到vfd以节省能源，并通过智能网络提供更高级别的诊断和操作信息。

这些用于支持前面提到的概念的方法可以帮助实现目标，例如提高能源效率、通信和新系统和现有系统的功能。每个元素都支持这些目标中的一个或多个，具有提高工厂性能的总体目标。

不够吗?

建筑师丹尼尔·伯纳姆(Daniel Burnham)曾说过一句名言:“不要制定小计划;他们没有能激起人们热血的魔力，也许他们自己也不会被实现。”众所周知，建筑师与现实世界有点脱节，但这种说法有一定的道理。

对大多数公司来说，迄今为止的这些建议如果付诸实施，将是重大进步。但如果你的公司需要更多的东西来激发它的活力。当谈到二级系统的改进时，下一个层次是什么?

• 大数据:通过复杂的网络可以收集到的诊断和性能信息数量是巨大的。就其本身而言，它只是数据，但通过正确的分析能力，它可以帮助发现性能改进的机会，并指导复杂的基于状态的维护计划。
• 远程支持:主控制系统的某些部分可能已经可以通过Web从任何位置访问。在适当和有益的情况下，没有理由不能将相同的功能扩展到您的辅助系统。复杂的网络使得这种部署非常简单。
• 虚拟化:大多数工厂的电脑数量都比员工多。虚拟化和瘦客户端可以大大减少这个数字，使网络更高效、更容易维护，同时提高可用性和正常运行时间。
• 容错存储系统:配置在阵列中的PC硬盘可以保持历史数据的完整性，改进备份和恢复的方法。
• 网络安全:如果不能充分防范网络犯罪，所有这些先进技术都将成为一种负担。有许多使用防火墙和其他安全设备来保护网络和特定设备的技术，但这些技术需要仔细规划才能有效。

集成商可以提供帮助

作为一个纯粹的实际问题，许多公司可能没有内部资源来承担这类项目。企业工程团队通常人手不足，工厂人员经常被日常运营所消耗。

自动化系统集成商可以提供帮助，但他们需要某种程度的项目管理。当一个公司和集成商在多个项目上一起工作时，他们会建立一种工作关系，并相互理解，项目管理也会大大简化。

过程工厂人员必须与集成商清楚地了解项目目标、集成商的具体职责范围、工厂工作实践、对公司标准的遵守，以及其他因素。要定义范围，必须从以下几个基础开始:

• 系统设计概念
• 指定供应商名单
• 典型的PLC逻辑方法
• 具有一致外观和感觉的首选HMI配置。

这些类型的项目可以非常具有成本效益，并为公司创造长期持久的利益。但需要系统地、有明确目标地处理这些问题。集成商可以咨询您的团队，并帮助确定哪些项目具有最大的潜力和最快的回报。

Paul Darnbrough, PE, CAP，是特立独行的技术．他在自动化工业和过程控制系统的工程、文档编制和建设方面有超过20年的经验。Darnbrough的客户规模从小型的独资企业到财富500强企业和政府机构，涉及塑料、食品、乳制品、化工、材料处理、离散制造、水处理和制药行业。

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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Maverick科技是一家相2015年9月25日会员

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