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控制系统(DCS)现代化的新途径——与I/O无关的解决方案

作者:Aaron Crews2024.07.05阅读 1745


图片来源:Emerson 
  选择与I/O无关(I/O-agnostic)的接口,可以在不更换现有I/O的情况下,升级到最新控制技术。
  现在的生产制造企业承受着巨大的压力。这些工厂使用的通常是20到40年前的控制技术。在很多情况下,控制系统已经到了技术支持的末期,这可能会导致诸多问题。
  供应链问题使得为老化的控制系统寻找替代部件更困难,从而导致交付周期长、停机时间长。可用的零部件供应商提供的支持往往是有限的,而且缺乏有老旧系统经验的人员,这意味着等待支持的时间很长。自动化技术提供的许多安全和效率提升功能要么难以连接,要么无法适用于旧有的控制系统。
  由于公司管理层要求更好的性能、更高的效率和更可持续的运营,所有这些问题都会因之而更加复杂,如果没有合适的自动化技术将很难实现这些目标。因此CONTROL ENGINEERING China版权所有,越来越多的制造企业在寻求实现控制系统的现代化。很多工厂发现,一些新技术可以在不影响预算或造成长期运营中断的情况下,提供了更多的选择(图1)。

▲图1:现代自动化系统比传统的系统带来了更多的优势,帮助最终用户获得快速的投资回报。
  01  升级控制系统的原因
  与10年前相比,现在的工厂大不相同。如今的工厂不再拥有一批经验丰富、能够直观诊断和管理运营与维护问题的人员,而新加入工厂的年轻员工还需要很长时间才能具备这种经验和直觉。
  因此CONTROL ENGINEERING China版权所有,成功的工厂依赖于自动化系统中内置的决策支持技术。现代控制系统旨在通过直观地集成自动化解决方案,使工厂更安全、更可靠。如今,无处不在的传感组件可监控工厂中的每一项资产,以确保其能达到最佳性能。这些组件将收集到的数据发送给控制室的操作员,并提供可操作的建议,以保持工艺处于最佳运行状态。报警管理软件可消除报警泛滥,使工厂人员更安全,同时帮助他们避免环境事故。先进过程控制(APC)有助于将最佳实践锁定到系统中,这样无论操作员的经验水平如何,工厂和设施都能以最佳状态运行(图2)。

▲图2:现代控制系统更易于利用自动化技术,这些技术帮助制造企业以最佳状态运行。
  这些先进的技术有助于工厂以最高效率运行,从而创造竞争优势。但它们也都很难(有时甚至不可能)用传统的控制系统来实现。出于这个原因,许多工厂都在寻求实现控制系统的现代化,以更好地利用其所带来的易于集成的特性,但要做到这一点,通常必须超越传统的现代化方法,寻找更实惠、更高效的解决方案。
  02  实现控制系统现代化的更好方法
  虽然运营团队清楚控制系统现代化有助于解决工厂面临的诸多问题CONTROL ENGINEERING China版权所有,但许多团队面临着一个难题:具有他们想要和所需功能的控制系统通常来自不同的自动化供应商,而不是他们现有的传统控制系统。
  更换控制系统通常意味着重新布线和更换I/O,这将是一个耗时、昂贵且容易出错的过程,有时还会延长停机时间。面对紧张的资本支出预算和对长期生产中断的有限容忍度,项目团队经常难以为他们所需的现代化建立商业案例。
  由于需要重新端接成千上万根电线和更换数十个系统机柜,因此更换现有I/O可能是成本高昂、耗时且有风险的。每个正专注于手动将I/O转换到新控制系统的员工,都无法专注于工厂中其它有价值的任务。负责这项任务的人越少,转换所需的时间就越长,从而导致生产损失的增加。
  在过去,该问题的唯一解决方案是由同一控制系统的制造商进行渐进式升级控制工程网版权所有,尽管这仍然很耗时,但并没有那么离谱。但这样的策略不太可能提供团队所需的所有最佳实践技术,而且以后工厂想要升级都只能选择该供应商,无论该供应商是否能够提供所需的技术和支持。
  当今的I/O技术为制造企业提供了控制系统的新选择和更多的灵活性,而不管他们之前使用的是哪种传统技术。现在,项目团队可以选择与I/O无关(I/O-agnostic)的接口,将新的控制系统直接连接到传统的I/O,而无需拆卸和更换旧的接线和终端。与I/O无关的接口可以减少停机时间,降低升级项目的复杂性,同时还可以降低资本支出成本。
  03  大幅缩短项目升级的时间
  传统的项目升级通常需要人数众多的大型项目团队,在新的控制系统上线之前,将旧I/O转换为新I/O。通常,转换数万个端子可能需要数周或数月的人工劳动(一般取决于迁移团队的规模和技能)。
  使用与I/O无关的接口,项目团队无需在启动新的控制系统之前转换老旧I/O。相反CONTROL ENGINEERING China版权所有,与I/O无关的接口是旧组件和新控制系统之间的桥梁。该团队只需更换现有控制器和操作员接口组件,通过连接到I/O无关接口的通信电缆来连接新控制器。使用这种策略,团队可以选择其项目升级的规模和进度:逐个控制器、逐个控制台或按照设施区域进行(图3)。

▲图3:与I/O无关的解决方案为过程制造商提供了一个新途径,
可以在不更换现有I/O的情况下,采用其所选供应商提供的最新控制技术。
  例如控制工程网版权所有,对于由50个控制器节点控制2万个I/O的工厂,要实现自动化系统的现代化可能需要数月或数年的时间。这一过程以往可能需要数十名技术人员,在数小时内追踪、更换和重新端接电线。
  采用与I/O无关的新解决方案可以显著缩短项目升级的时间。而且,项目团队可以单独更换控制器,保留传统的I/O,以获得现代控制系统所带来的好处,而无需进行全面拆卸和更换,也就没有相应的成本和麻烦。
  04  缓解企业现有的成本压力
  任何一个项目团队的预算都不是无限的,但由于工厂在提高产量、效率和可持续性方面面临着越来越大的压力,现在的项目资源往往比过去更加有限。团队的其它关键项目资金来源相同,在现代化项目每多花一元,其它项目就会减少一元。
  许多项目团队正在寻找与I/O无关的解决方案,这些解决方案为他们提供了实现系统现代化所需的财政灵活性,而不会影响其它关键任务。该团队无需花费大量的资本支出来拆除和更换旧的I/O,因此可以将该项成本从项目预算中剔除。
  由于I/O无关接口使团队能够按照自己的时间表切换I/O,因此他们可以选择在切换完成后的工厂运行期间更换传统I/O。此策略将I/O费用更换转移到运营预算中。
  控制系统现代化通常本身就是一个省钱的选择。支持老旧系统的成本通常很高。很少有公司拥有一批具有几十年前的控制技术经验的人员,即使有这方面的专家往往也很昂贵,而且需要等待很长的时间。如果一个机组或车间因为由于需要等待技术人员而停机,那么这将是一个昂贵的提议。
  升级到现代控制系统后,工厂可以获得更多可用的支持人员。无论工厂是聘用接受过最新控制技术培训的新技术人员,还是依靠可信赖的自动化供应商提供的顾问支持,现代系统的支持通常都更加方便、高效和经济。
  考虑一家拥有数十万个I/O点的制造企业。整个控制系统的现代化将是一项艰巨的任务,即使有必要也不太可能启动这样的项目。在这种情况下,实施与I/O无关的解决方案,可以让企业将所有工厂转移到新的、高效的控制技术上,同时保留更换成本最高的I/O部分。
  将其作为运营预算的一部分,企业不仅可以在未来5到10年内逐步实现 I/O 过渡,从而获得经济效益,而且还能利用新控制技术的优势,获得更好的性能和更高的产量,从而更容易达到更高的基准,并快速获得投资回报。
  05  消除控制系统升级的障碍
  在一个预算紧张、人员短缺、持续制造需求不断增加的世界里,控制系统的项目升级似乎遥不可及。有时,让老旧系统继续运行或稍作更新,似乎是唯一的解决方案。
  事实上,与I/O无关的接口正在改变实现控制系统现代化的范式。如今的工厂可以在保留现有I/O的同时,从最佳实践技术中获益,如报警管理、先进的过程控制、预测性维护等。这有助于消除与实现系统现代化相关的很大一部分成本、时间和风险。
  关键概念:
  ■ 学习如何借助数字孪生来运行虚拟的安全场景。
  ■ 了解如何使用审计和智能传感器来提高安全性和电气系统性能。
  思考一下:
  您的工厂采用哪些方法提升电气系统的安全性?
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