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霍尼韦尔亮相新一代过程控制技术:持续创新引领流程工业自动化的演进

作者:www.cechina.cn2020.01.02阅读 4296

  工业自动化是20世纪以来现代制造领域中最重要的技术之一,自动化技术的不断演进推动着每个产业的迭代升级。无论是生产工艺、效率、质量或是生产安全,无不会随着自动化技术的革新而发生跳跃式的发展。
  在石油、化工等流程工业领域,有一家企业一直引领着自动化技术的演进。1975年,它推出了全球首款DCS系统TDC2000,使得集散控制的理念在流程工业得到普及,开启了流程工业3.0的序幕。2002年,它又发布Experion过程知识系统,将工厂的商业信息系统与生产过程控制系统集成到了一个平台上。它,就是在流程工业自动化领域几乎人人皆知的霍尼韦尔。
  如今,随着云计算、物联网、人工智能等新技术的兴起,工业自动化正走向智能化为特征的工业4.0时代。那作为一直引领技术演进的领导者,霍尼韦尔这次还能继续引领流程工业自动化的发展吗?
  近日,2019霍尼韦尔科技峰会在西安举行,笔者带着探究的心理参加了这次会议。让笔者惊奇的是,近几年在智能制造领域很少发声的霍尼韦尔,其实已经做好了用持续的技术创新再一次引领流程工业自动化发展的准备。
  Experion PKS HIVE:下一代过程控制技术
  在本次科技峰会上,技术创新最大的亮点就是由霍尼韦尔特性材料和技术集团过程控制部全球副总裁兼首席技术官Jason Urso带来的Experion PKS HIVE。这个HIVE是基于霍尼韦尔的Experion系统,由五年前开始的LEAP虚拟化工程项目演化而来,目的是改变自动化项目的执行方式,从过去大量的定制化工程,转换成大量的标准化的工程实施,从而大幅提高项目实施的速度和效率,同时风险更小。
  那么Experion PKS HIVE是如何实现这些的呢?Jason Urso对此进行了详细阐述。HIVE包括三个部分:IO HIVE、Control HIVE和IT HIVE。

  IO HIVE和传统IO系统的区别

  IO HIVE先是将IO做成通用IO,IO的每个道都完全一样CONTROL ENGINEERING China版权所有,把非标准的机柜转化为标准机柜,只需要用软件就可以来设置每个通道。然后将IO更加前移到现场,靠近生产设备,将IO变成现场设备的一部分,这样可以极大减少电缆、工程量以及安装空间,这一点和传统的远程IO非常相似。在此基础上,再将这些通用IO通过一个高速、容错的以太网组成一个IO网络。最核心的是,在这些IO之中,霍尼韦尔采用了一个自动查询通用IO技术。有了这个技术之后,任何一个控制器都能够跟任意一个IO的通道进行通讯,只要这个IO通道是连接到IO网络上面,而不是像以前,控制器只能和它物理上相连的IO进行通讯。这样的话,只需通过软件进行逻辑配置,就可以自动查到它使用的IO信号,从而极大减少工程组态和配置的时间。而且,这样既可以和传统方式一样把控制设备放在控制中心,也可以把控制设备放在生产现场IO这一侧,把控制策略移至现场,十分灵活。甚至可以将IO机位变成一个无线接入热点,来连接无线仪表或者其他无线设备,现场人员可以通过无线热点接收生产的实时数据,用数字化的工作流程来提高工作效率。

  有了IO HIVE之后,霍尼韦尔对控制策略也进行了一个技术上的创新,提出了Control HIVE。传统的控制系统有非常多的物理上的连接,根据物理连接来固定搭配,分层控制,定义控制器数量,连接相应IO卡件,分配IO通道,定义对应的控制器,这样的工作非常繁琐而且工作量很大,更改设计需要重新组态www.cechina.cn,并手动平衡各控制器负荷。而Control HIVE独特地采用了控制容器技术,将多个物理控制器组成单个虚拟HIVE控制器。当控制策略发给Control HIVE容器时,HIVE容器自动将控制策略平均分配到可用的控制器,控制器自动连接通用IO,而且自动平衡各物理控制器的负荷。这和数据中心、云平台的虚拟技术一样,物理上有多台服务器,但用户使用时就像操作一台服务器一样。这样的话,用户不需要考虑控制策略应该放在哪个物理控制器里面,只需要配置控制策略放在HIVE容器里面,大大减少配置和编程等人工操作,而且设计修改也更加容易。

  IT HIVE的目标是在通过虚拟化技术减少控制系统IT设施的同时,保证控制系统的更高的可靠性和安全性,从而保证虚拟化技术的高可用性。霍尼韦尔五年前引进的虚拟化技术,将控制系统的IT设备集中到远程的数据中心,在本地就需要保留瘦客户端的IT设备,通过虚拟化技术可以减少百分之八十左右物理上的IT设备。虚拟化技术为设施分散的一些应用场景,比如油井、管道、以及采矿等是非常完美的解决方案。而IT HIVE技术是让虚拟化技术进一步扩大应用范围,在把IT设备集中到数据中心的同时,在本地仍然保留一些比较关键的服务器。在正常运行时,可以在远程的数据中心或者本地的控制中心做控制操作,而当发生通讯故障时,IT HIVE冗余技术就会就地启动虚拟机镜像,所有的功能都能够在就地进行操作。对于一个企业有多个地点的控制场景,或者一个地点有多个控制中心的场景,IT HIVE就尤其适用。比如在油库灌区自动化中,IT HIVE已经得到应用,把罐区的IT设施集中到数据中心,而把每个罐区IT设备极大的减少,但保留一些关键服务器,以便遇到故障时无缝替代数据中心进行控制操作,这已经带来实实在在的效益。
  IO HIVE、Control HIVE和IT HIVE虽然是Experion PKS HIVE的三个组成部分,但是这三个部分是相互独立的,用户可以根据需要分布来实施。目前IT HIVE和IO HIVE已经上市,而Control HIVE将于2020年下半年上市。
  互联工厂:让工厂运行在最佳状态
  Experion PKS HIVE是为了工厂自动化项目实施更高效、风险更小,而在工厂日常运行阶段,霍尼韦尔在三年前就提出了互联工厂的概念。经过三年的探索和实践,霍尼韦尔对互联工厂已经有清晰的实施路径和明确的目的。

  Jason Urso表示www.cechina.cn,霍尼韦尔互联工厂的目的是通过互联,将数据转换成知识,再将知识转化为行动控制工程网版权所有,让工厂运行在最佳状态CONTROL ENGINEERING China版权所有,每一天的生产都是最佳的生产,每一位员工都是世界领先的专家。
  霍尼韦尔的互联工厂包括三个核心:过程互联、资产互联和人员互联。过程互联是指通过生产执行系统、互联运营服务、先进控制、实时优化、互联燃烧器等来实现与云端的互联。资产互联是指通过将工厂核心设备、智能仪表接入云端,实时采集数据与分析。而人员互联指,通过生产现场的报警管理、人员实时定位、互联的智能可穿戴设备以及AR/VR沉浸式仿真技能培训等。
  霍尼韦尔使用这样一个互联工厂的方案,可以帮助用户始终如一的、不折不扣的运用知识来提高工厂的运行效率。知识通常以数据的形似存在于不同的系统当中、表格之中,以及存在于各人员经验当中,需要将这些数据和经验互联化、数字化,转化成知识,形成模型及规程,从而指导行动。
  霍尼韦尔互联工厂不仅仅是可视化的一个技术,而是把可视化的技术和数据分析的技术结合在了一起,而数据分析的基础,就是霍尼韦尔几十多年来积累的工艺知识、机理模型和过程模型等,这也是霍尼韦尔能够利用互联工厂提升运行效率的核心原因。
  Jason Urso接受专访时表示,霍尼韦尔互联工厂所有技术都已经就绪,并且已经在全球很多地方都已经实际安装和实施了,这其中包含霍尼韦尔自己的工厂。在企业绩效管理、设备预测性维护管理、提升工艺过程和设备的性能和风险控制管理等方面,霍尼韦尔互联工厂正发挥不可替代的作用。
  无缝升级:无限延长控制系统的寿命
  流程工业的自动化控制系统已经有四十多年的历史了,从最早1975年的TDC2000到1985年的TDC3000,再到1995年的PlantScape和现在的Experion PKS,无论是硬件还是软件都发生了很大的变化。然而由于流程工业的产业特点决定了其控制系统不能像IT的硬件和软件一样,更新换代如此频繁而且可以逐渐被淘汰而停止使用。至今,仍有不少用户还在使用TDC2000和TDC3000这些几十年前的控制系统,比如中石化有些工厂还在使用TDC2000,而在使用中的TDC3000更是众多。
  那么,作为一个引领流程工业自动化演进的厂商,霍尼韦尔能否对这些老旧系统负责到底呢?特别是在Windows NT、Windows Server 2003、Windows Server 2008以及Windows 7之前各版本的操作系统软件停止支持的今天,基于这些操作系统的各版本控制系统亟需进行升级迭代,但又不能对工厂的正常生产造成大的影响。

  霍尼韦尔其实已经利用一些独特的创新技术,做好了为这些老旧系统无缝升级准备。对于TDC2000,会一直有备品备件的支持,对于TDC3000及以上的系统,可以升级到现在的Experion系统。Jason Urso表示www.cechina.cn,老旧系统的升级操作十分简单。
  第一步是将老的运行界面,换成新的Experion的工作站,Experion工作站拥有所有Experion的能力,也可以运行以前的老的操作界面,同时也保留以前相应的知识产权。
  第二步是把HPM控制器,升级成EHPM控制器(增强型高性能过程管理器)。EHPM是一款新的Experion控制器,但是它能够完全运行以前的和现在的控制策略。这是一个非常简单的电子硬件的更换操作,只需要把HPM拔出来,插入EHPM卡件,这样还能完全保留原先的控制逻辑以及IO。
  第三步就是把剩下的其他所有的特殊硬件进行升级。用软件模拟器的方式,把这些硬件转化成软件,这就意味着以前所有的控制器的硬件都完全由软件来代替,并保留原来的所有知识产权。
  当所有的步骤都完成后,TDC3000这些老的系统就升级到了新的Experion系统。这些操作都是可以在线完成,同时完全保留原来的知识体系。这样的话,不但无缝升级而且可以升级成一个几乎具有无限生命周期的Experion系统。
  编后语
  从Experion PKS HIVE到互联工厂,再到控制系统的无缝升级,霍尼韦尔今年的科技峰会再一次证明了其持续用技术创新来引领流程工业自动化发展的能力。从中我们也不难看出,尽管霍尼韦尔并没有像一些自动化巨擘那样高调推广数字化、智能化制造的一些理念和愿景,但它这几年一直在厚积薄发,积极利用数字化、虚拟化、云计算等新技术,来推动自动化技术的演进。
  正如Jason Urso所说,“霍尼韦尔是在用世界领先的创新技术,解决世界上最难的一些挑战,用自动化技术不断演进帮助客户到达最小全生命周期的成本。”确实,可以这么说,在流程工业领域,所幸有霍尼韦尔这样的一直创新一路引领的企业。

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