就过程装置升级而言，工程师们都知道他们必须在现有设备的物理约束范围内开展工作。管道、泵和阀门能够处理的流体量均有限。电气开关柜和电线具备最大的载流量。如果有必要超出这些限制，则有必要升级或更换造成瓶颈的项目。
　　同样的情况也适用于自动化系统。PLC或其它控制器包含最大数量的输入/输出连接，这一点是很明显的，但其它限制则不是很明显。升级过程中，管道内的压降可能表示流体过量，但过载控制网络的迹象是什么？早期迹象更为细微，可能不会被发现。
　　在设计新装置时，工程师通常会在所有系统内构建多余容量水平，以涵盖系统自身，并确保所有者不会由于一些意料之外的阻塞点而感到失望。上述内容在整个设施内部适用，通常涵盖数字网络（有助于现场设备之间的通信）、控制器、HMI以及其它过程相关计算系统。
　　这些网络（例如：过程管道和电线）专用于处理预计流量及一些额外流量。问题在于设计人员在20年、10年甚至是5年前并未预料到用户添加到其装置容量中的新项目。时间退回到2009年，谁会想到他们会将iPad用于过程装置远程访问？
　　最初的额外网络流量会被逐渐用完，虽然您可能并未注意到这一点。如果您的网络可以处理现有流量，您可能不知道网络容量已经接近极限控制工程网版权所有，直到新的项目开始使系统停滞不前。造成系统停滞的原因可能是重大升级（例如：新HMI），但即使是小项目的添加（例如：软件应用程序）也会产生一定的影响。大多数公司的问题是他们不知道网络容量极限的接近程度。

图1 过于复杂的图形和过快的刷新率会显著降低网络性能。图片来源：Maverick Technologies

　　装置缘何出现故障
　　虽然您可以从图表中知道管道的预期液体处理量或给定径号电线的载流量，但网络负载并不明确。网络性能的测定并不简单，几乎没有提供实际流量的指南。
　　我们常常讨论自动化系统控制器“过载”的问题，但与不充足的蛮力计算效率相比，上述问题与控制器之间的数据传送有很大的关系。超出处理器能力来进行回路计算的情况很少见，但控制器在被要求持续进行大量数据通信时减慢通信速度的情况则很常见。
　　因此，一些不存在现有网络问题的客户只是简单地启动自动化系统升级，并假设这些系统不会出现问题。更为敏感的个体公司可能会意识到他们需要在启动项目之前进行一些网络流量分析，但这通常是事后补救的办法。
　　作为自动化解决方案提供者，我们经常看到客户们发现可用于测定现有和预计新网络流量的工具很少。控制系统供应商会在现有系统上配备诊断软件，但这些软件没有能力预测经过系统改造后的网络负载。“如果我们实现这一升级，我们的网络是否能够处理新负载？”我们似乎很难获得这一问题的简单答案。
　　问题项目
　　当一些遗留系统达到报废年限时，通常会倾向于更换HMI和前端组件，但适当地保留控制器。供应商们为了争夺市场份额，使出浑身解数。例如，供应商A使用户确信其HMI可以实现与供应商B的自动化系统的无缝集成。也许真的可以，或者至少在供应商A的测试台上确实成功实现过无缝运行。可能确实有大量使用上述组合的成功项目存在，并且销售人员引用这些实例，作为用户无需担忧的原因。
　　就一些跨平台组合运行良好这一点而言，销售人员可能是完全正确的，但最重要的问题在于现场特定情况中存在很多变量，这一组合是否能够在这种特定情况下良好运行仍是未知数。
　　如果负责项目的销售人员真正了解跨平台组合在各种情况下运行所涉及到的问题，并给予客户正确的指导，则成功的概率较大。但是，作为独立的自动化解决方案提供者，我们看到的更多情况是在未经过充分研究的情况下做出选择并认可这种选择。发出采购订单后，问题开始出现，我们的服务部被客户要求解决兼容性问题。
　　所幸到目前为止并未出现由于此类跨平台DCS升级而导致整个系统在首次打开时崩溃的恶劣史例，但确实有很多项目在后期不得不突然延迟数周，以解决一些网络负载问题。与其它项目问题一样，在早期解决此类问题能够节省成本和时间。

图2  2003年的网络架构可能没有预料到当前无线设备的快速普及。向远程用户提供当前信息是非常重要的，但并不总是需要实时传输数据。

　　工具和指南
　　虽然有很多工具可以评估办公室和商业IT系统的网络健康度，而可用于查看过程自动化系统网络的工具很少，但选择仍然存在。虽然可以使用常见的IT工具，但在使用时需做出判断，以判读评估结果。
　　研究和碰撞次数的具体检测通常会显示出来回传输的数据包数量以及传输的便利程度。大多数自动化系统均配有某种类型的内部诊断实用程序，这类实用程序可监测网络负载相关询问得到回应的速度。HIM需要获取信息来刷新操作员屏幕时，第一次尝试时就会获得成功？还是会延迟？HMI是否必须经常重试？大多数系统均可计算需要保存信息的情况次数。知道这一点是有好处的，但在尝试弄清楚可用带宽量时，它并不能起到多大的帮助作用。
　　大多数系统还可提供控制器负载相关信息，并且如上所述，与计算量相比，控制器负载与信息传输的关系更大。上述信息有助于您确定任务在系统周围的分散方式。您可能发现某些控制器承载的负载部分不成比例，而通过重新将一些任务分配到自动化系统承载负载量较少的部分www.cechina.cn，可改善通信。
　　这些工具在无故障情况下是肯定有用的，但如果您考虑将新项目添加到网络中，则这些工具不太可能会获得成功。如果您发现您的网络必须烧录带宽，您并不需要担心，而这种情况并不经常发生。
　　带宽的成本较高，但大多数装置在建成时，很可能获得更多的回报。过去几年间，所开发出来的能够降低带宽需求的技术极少，并且其中很多技术都取得了相反的效果，因此，大多数公司比他们所意识到的更为接近极限。

图3 使控制设备更为接近过程装置可大大降低网络流量，对于需要快速响应的回路而言尤其如此。
图片来源：霍尼韦尔过程控制

　　升级是否会发生作用？
　　让我们回到之前所讨论的跨平台迁移项目。为了讨论的方便，假设供应商A的客户经理具备相关知识，并且曾经参与过类似应用程序的项目。您有充分的理由相信该项目会取得成功，但那个令人困扰的问题仍然存在：“以上这些在我们所处的情况中是否会发挥作用？”这是一个有效问题，您应当提出这一问题，并在启动项目之前确定答案。由于实际应用过程中存在很多变量，这些变量可能比您意识到的要多，因此，千万不要认为一切都会顺利。
　　大量变量的存在会阻碍供应商确保自动化系统的性能。每家公司以及每种情况都是不同的，因此，您应确保自己了解您正在购买的产品。您可以与实施过类似项目的类似公司的工作人员进行讨论，以获取最有用的信息，但很难对不同的情况进行对比。即使您的装置是其它装置的翻版，您可能会决定使用更为复杂的HMI图形（需要获取更多信息），也可能会提高刷新率。这两种情况均会增加网络需求，并加大直接对比装置的难度。
　　因此，这一决定与您可接受的风险水平有关。如果您确定您的网络运行容量为80%，那么是否可以添加使流量增加17%的新HIM？您的容量占用率有多精确？您能够接受的极限接近度是多少？了解到不存在精确标准后，这一决定成为一项需要完成的风险评估实践。
　　解决网络问题
　　不久之前，我公司曾参与过一个项目，在这个项目中，客户尝试回答我们当时正在讨论的网络负载问题。我们的客户委托自动化系统供应商执行一项重大网络研究，以预测迁移项目。这是极为罕见的事件，因此我们饶有兴趣地查看了结果。
　　这项研究提供了一系列建议，其中包括观察消耗20%网络带宽总量的报警管理平台。该研究还发现特定的HMI图形功能会以极高的频率轮询大量点，从而导致大量流量的产生。
　　此类研究的成本较高，因此不会经常执行，但在这种特殊情况下，由于早期研究可以发现一些问题，这些问题可得到快速解决控制工程网版权所有，不会发展到需要采取成本更为昂贵的解决方案，因此，此类研究很容易收回成本。当然，不是每种情况都有此类机会，并且供应商有时不愿意执行此类网络研究，因为研究结果可能不像客户预期的那样明确，并且可能不存在明确且简单的解决方案。
　　任何一台装置均不可能为所有设备添加最佳配置，从而使所达到的性能水平仅需消耗最少的网络资源。如果一切顺利，则无需消耗资源在所有设备设置中四处检索。
　　任何情况下均可进行微调，但微调并不足以对所出现问题的解决产生足够大的影响。如果您正处于容量极限，微调可能会起到一定的帮助作用，但如果控制器或HMI由于升级而严重过载，则不可避免地需要执行重大步骤来提高网络利用率。
　　转移需求并增加容量
　　通过为新需求增加容量，可以缓解网络问题。比如重新定向流量，增加控制器数量，以及通过增加交换机、路由器和电缆布线等来提升网络通讯能力。根据现有自动化系统的已使用年限，控制器的添加可能相当简单，现代化系统更适用于此类添加。
　　实际实施过程中，项目会改变方向，因此，一定的灵活性非常重要。常见场景为：“原计划购买3台新控制器，并保留现有10台遗留控制器，但现在我们意识到我们必须购买5台新控制器，并需要将遗留控制器的一些功能转移到新控制器上。因此，除向新设备添加新输入/输出之外控制工程网版权所有，我们还需要分散已有输入/输出。”升级项目经常发生此类情况，并且如果项目实施之前的计划不周密www.cechina.cn，此类情况会导致项目延迟。
　　处理“带宽贪婪者”
　　一些设备或软件会消耗大量带宽。某些情况下，带宽的消耗是合理的，但另外一些情况则不是。高带宽消耗者的共同特点是需要从大量资源中频繁拉取大量信息。
　　上述所述客户研究表明报警管理程序会导致过度网络负载。我们经常看到的另一个问题是回路诊断实用程序需要大量数据才能正确运行，而这会占用大量网络资源。但在很多情况下，这些诊断程序无需持续运行，因此，其利用率有限。
　　如果您正在尝试找出潜伏在系统中的“带宽贪婪者”，您可从以下几处着手：
　　过度负载控制器——这是一个常见问题，需要装置在升级过程中清理控制器的负载。这通常表明需要添加其它控制器，以缓解会在正常迁移之外增加大量任务的问题。
　　跨平台控制器或网络通信——如果有大量跨平台控制器通信致使网络停滞，则可通过改变控制器中的控制策略来缓解问题。需要进行较好的设计，以评估控制策略增加控制网络负载的方式以及重新对这些策略进行定位，以便改善现有情况的方法。
　　HMI——您的操作员屏幕需多久更新一次？过程性质以及一些项目的变更速度可提供这一答案，但大多数公司设置的刷新率均过高。如果HMI的初始配置刷新率极快，则此配置会减慢HMI的运行速度，尤其是静态信息（例如：描述符和单位）的传输速度。

　　移动设备——管理员喜欢远程访问装置性能数据，但是否必须每10秒更新一次数据？是否可以每隔1分钟或2分钟进行一次更新？降低移动设备更新率是一种简单的解决办法，可显著减少网络流量。
　　第三方程序——资产管理、回路调整、历史信息处理工具、报警管理、APC及其它软件程序通常需要大量的自动化系统数据来执行其功能。研究每个程序，并考虑变更配置设置，以减少通信需求的可能性。例如：每分钟（而非每秒）检查一次操作参数，APC程序即可正常运行。
　　硬件/软件问题——不正确固件、软件修订版本或其它配置问题会导致通信错误并大大降低网络性能。这类问题通常易于识别和解决。
　　快速控制回路——若在更靠近实际设备且远离中央控制器的位置进行传输控制，则可减少总流量。这一点对需要快速控制的回路至关重要。分布式控制可通过安装智能仪器和阀门（能够在本地运行回路）从而针对流量和压力回路做出更快速的响应。
　　大多数长期解决方案均通过解决“带宽贪婪者”问题、更加有效地引导流量并增加容量来减少网络流量。如果要构建并维护没有问题的自动化系统网络，首先应了解哪些项目需要相互通信，它们之间需要传输多少数据以及数据的刷新率。掌握上述信息将更易于确定如何进行自动化系统升级。（作者：Chad Harper）