世界正在以前所未有的速度變化，過(guò)程控制技術(shù)通過(guò)精益項(xiàng)目執(zhí)行原理、軟件和網(wǎng)絡(luò)對(duì)此做出響應(yīng)，使控制應(yīng)用程序與物理設(shè)備分離，控制器與物理輸入/輸出(I/O)分離。模塊化設(shè)計(jì)允許多個(gè)控制器組成一個(gè)虛擬控制器。在互聯(lián)的全球經(jīng)濟(jì)中，此類技術(shù)可幫助業(yè)務(wù)決策變得更敏捷、更準(zhǔn)確。
工藝過(guò)程必須快速高效地執(zhí)行。項(xiàng)目必須在預(yù)算內(nèi)按時(shí)完成。工人必須根據(jù)可用的精確數(shù)據(jù)對(duì)變化環(huán)境做出可信的響應(yīng)。技術(shù)必須促進(jìn)成功，而不是阻礙成功。
很少有技術(shù)環(huán)境比工業(yè)控制系統(tǒng)(ICS)所需的技術(shù)環(huán)境復(fù)雜。這些環(huán)境必須包含關(guān)鍵功能、網(wǎng)絡(luò)安全、冗余、高速網(wǎng)絡(luò)和確定性操作等。這有助于客戶以最高的可靠性，控制對(duì)安全至關(guān)重要的過(guò)程制造設(shè)施。
雖然在過(guò)程工業(yè)領(lǐng)域，過(guò)程控制系統(tǒng)已服務(wù)了30多年，但是利用新技術(shù)的力量仍然還有很多改善收益的機(jī)會(huì)。通過(guò)從定制過(guò)渡到標(biāo)準(zhǔn)化，避免不必要的工作，過(guò)程制造行業(yè)仍有很多機(jī)會(huì)可以實(shí)現(xiàn)成本的降低。利用已安裝的系統(tǒng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信息，并將信息轉(zhuǎn)換為更精確的動(dòng)作來(lái)持續(xù)改進(jìn)操作。
這樣，過(guò)程制造企業(yè)將有更多機(jī)會(huì)在更短時(shí)間內(nèi)完成項(xiàng)目，同時(shí)還可以降低風(fēng)險(xiǎn)、提高產(chǎn)量、改善質(zhì)量、提高運(yùn)行的可靠性。數(shù)十年的工程實(shí)施以及與客戶合作的經(jīng)驗(yàn)，積累了大量的第一手資料：有關(guān)阻礙項(xiàng)目效率并限制客戶實(shí)現(xiàn)和維持最佳運(yùn)維的痛點(diǎn)。通過(guò)集成虛擬環(huán)境，幫助客戶克服這些障礙，形成一種用于部署和運(yùn)行工業(yè)控制系統(tǒng)的新方法。
通過(guò)對(duì)自動(dòng)化項(xiàng)目應(yīng)用精益執(zhí)行方法，可以有效地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。這種策略通過(guò)整合通用I/O設(shè)備、虛擬化、虛擬工程和自動(dòng)化調(diào)試，消除了用于強(qiáng)制項(xiàng)目流按順序進(jìn)行的傳統(tǒng)依賴關(guān)系。這樣做將物理設(shè)計(jì)與功能設(shè)計(jì)分開，打破任務(wù)的依賴關(guān)系，同時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，并使工程設(shè)計(jì)能夠從世界任何地方進(jìn)行，從而顯著降低風(fēng)險(xiǎn)和成本。
1、降低復(fù)雜性的模塊化設(shè)計(jì)
新一代的控制系統(tǒng)技術(shù)，利用精益項(xiàng)目執(zhí)行原理、軟件和網(wǎng)絡(luò)，從而可以將控制應(yīng)用程序與物理設(shè)備分離、控制器與物理I/O分離。這使控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施時(shí)間更短、成本和風(fēng)險(xiǎn)更低，并且具有更簡(jiǎn)單的模塊化構(gòu)造。這改變了控制系統(tǒng)的維護(hù)方式，將服務(wù)器的日常管理轉(zhuǎn)移到一個(gè)集中的數(shù)據(jù)中心，在那里專家和既定的協(xié)議可以降低網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)，使工廠工程師能夠更專注于控制系統(tǒng)的優(yōu)化。
降低復(fù)雜性、將控制與物理平臺(tái)分離并降低信息技術(shù)(IT)成本，從而可以消除阻礙簡(jiǎn)化項(xiàng)目操作的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)施和生命周期管理的障礙。
將I/O轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場(chǎng)，可以使過(guò)程控制系統(tǒng)更接近生產(chǎn)裝置?？刂浦行臄D滿了定制的系統(tǒng)機(jī)柜，以及大量的接線，幾乎沒(méi)有文件記錄。將控制系統(tǒng)分配到更靠近過(guò)程設(shè)備的位置，可以以更小的空間、更少的電纜和工程時(shí)間，來(lái)節(jié)省更多的項(xiàng)目成本。
◆采用新一代控制系統(tǒng)的項(xiàng)目執(zhí)行：霍尼韋爾Experion過(guò)程知識(shí)系統(tǒng)(PKS)高度集成虛擬化環(huán)境(HIVE)， 使用精益項(xiàng)目執(zhí)行原理，通過(guò)軟件和網(wǎng)絡(luò)將控制應(yīng)用程序與物理設(shè)備分離，并將控制器與物理輸入/輸出(I/O)設(shè)備分離。模塊化設(shè)計(jì)允許多個(gè)控制器組成一個(gè)虛擬控制器。
一些設(shè)施已經(jīng)應(yīng)用了遠(yuǎn)程I/O策略以降低項(xiàng)目成本，但是還可以通過(guò)模塊化等方式進(jìn)一步優(yōu)化。為受益于新代控制平臺(tái)，請(qǐng)考慮高速以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)I/O網(wǎng)絡(luò)，它可以將控制器連接到安裝在生產(chǎn)區(qū)域的通用I/O。此類通信應(yīng)通過(guò)內(nèi)置防火墻以及必要時(shí)通過(guò)加密技術(shù)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全性，同時(shí)還需提供技術(shù)以支持未來(lái)感測(cè)數(shù)據(jù)量不可避免的增加。
2、新一代控制系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)
采用新一代控制系統(tǒng)技術(shù)的架構(gòu)具有如下優(yōu)勢(shì)：
①通用I/O的發(fā)現(xiàn)功能允許控制器訪問(wèn)任何網(wǎng)絡(luò)I/O模塊和通道。傳統(tǒng)的控制器與I/O的通信方式要求控制器與I/O機(jī)柜之間直接一對(duì)一的物理連接。聯(lián)網(wǎng)后的I/O可以消除大量調(diào)度和手動(dòng)工作。系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)控制策略，并將其分配給控制器，控制器會(huì)找到與其相對(duì)應(yīng)的I/O。這會(huì)減少項(xiàng)目工程計(jì)劃和工程時(shí)間。
②整合后的控制功能可提供簡(jiǎn)單的軟件選項(xiàng)，并具有高速性能的冗余控制。作為過(guò)程控制器的子集，這些控制功能非常適合成套設(shè)備，并提供調(diào)節(jié)、順序和邏輯控制。這樣就不需要復(fù)雜的子系統(tǒng)集成。
③通用無(wú)線熱點(diǎn)為現(xiàn)場(chǎng)儀表提供有線或無(wú)線通信，并允許每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)I/O盒在需要時(shí)成為無(wú)線熱點(diǎn)。這使得現(xiàn)場(chǎng)工作人員能夠在調(diào)試和運(yùn)行期間，通過(guò)實(shí)時(shí)訪問(wèn)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行數(shù)字程序。
④模塊化調(diào)試可提供獨(dú)立于控制系統(tǒng)調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)I/O機(jī)柜的能力。借助此功能，控制器可以在便攜式計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，接入模塊場(chǎng)的遠(yuǎn)程機(jī)柜，并執(zhí)行一系列調(diào)試活動(dòng)，就像連接到控制系統(tǒng)的其余部分一樣。有了這種靈活性，跨區(qū)域模塊化構(gòu)建將變得簡(jiǎn)單。
這些組合功能提供了重要的工程技術(shù)，使項(xiàng)目可以在更短的時(shí)間內(nèi)完成且風(fēng)險(xiǎn)更低。例如，消除了后期變更所帶來(lái)的固有風(fēng)險(xiǎn)和返工，確保自動(dòng)化不會(huì)成為關(guān)鍵路徑的瓶頸。變更后如果添加新的I/O，可以擴(kuò)展控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，而無(wú)需對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜的變更。
在項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中，傳統(tǒng)的控制工程需要精心計(jì)劃，因?yàn)樗怯蓢?yán)格的分層方法驅(qū)動(dòng)的，該方法由控制器和I/O之間的緊密相連的物理關(guān)系所定義。在工程實(shí)施后期，變更不可避免，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新配置I/O或控件，這樣不僅效率低下，有時(shí)還需要重新返工，并帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)。
通過(guò)允許多個(gè)物理控制器顯示為一個(gè)虛擬控制器，控制體系結(jié)構(gòu)將成為一個(gè)控制器數(shù)據(jù)中心。在該數(shù)據(jù)中心中，過(guò)程控制可以在可用的控制器計(jì)算資源之間自動(dòng)進(jìn)行負(fù)載平衡。這樣的架構(gòu)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)非常明顯，特別是應(yīng)對(duì)后期變更時(shí)更是如此。它可以避免將控制策略手動(dòng)分配給特定控制器。
通過(guò)采用虛擬化技術(shù)消除多達(dá)80％的物理IT節(jié)點(diǎn)數(shù)量來(lái)降低IT成本。但是，即使付出了很大的努力，出于可靠性和損失范圍的原因，大型IT基礎(chǔ)架構(gòu)仍需保留在現(xiàn)場(chǎng)。使用虛擬化技術(shù)可降低生命周期成本，虛擬化可將虛擬機(jī)文件從非現(xiàn)場(chǎng)復(fù)制到現(xiàn)場(chǎng)。這種容錯(cuò)體系結(jié)構(gòu)允許從中央操作中心或區(qū)域數(shù)據(jù)中心進(jìn)行操作，它具有與關(guān)鍵過(guò)程控制相同的高可靠性。
文/Jason Urso
