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DCS系統升級管理

DCS系統升級管理

2016/4/22 13:40:43

  隨著分布式控制系統制造商的不斷發展,其原有的產品及解決方案由于知識產權屬性、成本和缺乏技術支持等方面的原因,變得不再像以前具有吸引力,于是用戶開始尋求更好的替代策略。很多“混合”式DCS平臺以及先進過程控制器開始在市場上發動攻勢,用易管理、更劃算的獨立設備來替換老式、整體的DCS系統。

  目前,可以選擇單獨升級I/O,也可以單獨升級處理器,或者單獨升級HMI,當然也可以升級上述幾項的組合,而不需要拆除全部老系統并新建一個新系統。也許,這可以降低DCS升級各個階段實際安裝所花費的時間和費用。

  合理規劃、清晰定義項目團隊的職責以及成功的測試,對于DCS遷移工程的順利進行十分關鍵。

 

  更易于管理

  I/O遷移,可以通過I/O結構和設備的升級來實現,這樣就可以充分利用現有的端子,不會影響、也不需要重新連接與現場的接線。很多廠家提供的I/O卡件和端子是簡單的“追加”式升級,通過背板或原有的通訊與原有處理器連接。無需或者只需要很少的軟件升級,現場接線盒的安裝需求也非常少。

  由于I/O模塊和設備都是從OEM廠商那里采購, 因此除非產品短缺或OEM廠商不復存在,一般情況下這種升級并不是最難解決的。

  盡管通常情況下,在進行I/O遷移的同時,會更換處理器單元,但這并不是必須的。有些廠家提供的處理器升級,可以與原有的I/O設備通訊,即使這些I/O由其它廠家提供也沒有問題。

  升級所需要的軟件服務,變化比較大,從自動控制程序的升級(通常需要一些人工驗證和調整)到完全重新編寫控制程序,一應俱全。經驗豐富的系統集成人員,可以確定完成升級任務的適當方法。

  處理器升級,也許需要同時進行HMI的升級,因為新處理器可能具有不同的通訊協議、標簽和HMI功能塊命名規則。典型的DCS通訊協議都是專有的和串口通訊(比如Modbus),但是一般不包括任何最近(過去20年)出現的諸如現場總線或各種各樣的以太網協議。

  大多數工廠都尋求對當前系統做某種程度的改進。從控制的角度來講,在處理控制回路和其它控制活動方面,DCS做的非常棒,但是原有的DCS工具,在其它方面并不十分出色,比如:先進的數據挖掘和生產智能化,以及獲取數據并進行分析等。做這些任務比較出色的工具,一般運行在開放的架構(比如Windows)上,并且要有很強的與SCADA/HMI、 I/O服務器或數據庫等的連接能力。

  最典型的DCS安裝包含新增控制器,如各種PLC和單回路設備,這些設備目前與DCS系統之間很少甚至根本沒有連接。這就產生一個問題:HMI將無法監視到工廠的某些區域,因此這些區域有可能成為盲區。這就需要其它HMI產品來查看這些數據。

  有些DCS廠家不復存在,或者它們的產品已經停產很多年了。在這種情況下,用戶往往依賴第三方的電氣維修商,甚至是eBay來采購需要更換的部件。軟件升級實際上并不需要,甚至都不是必須的采購項,但是對這些產品的支持確實參差不齊。

  大多數DCS遺留下來的HMI屏幕,都是基于二維向量的圖形。在高分辨率、實時動畫、視頻游戲大行其道的當今世界,這些古老的HMI系統實實在在地顯示了其古老以及落后的技術。盡管大多數操作人員已經習慣了這些平面式、黑白的界面,但是通過高分辨率的圖形系統,可以獲取更多的信息,提高操作人員的綜合分析能力,并且不會導致提供的信息過多。

  建立合理計劃

  首先,同任何其它遷移階段一樣,我們必須先定義并制定一個真正的遷移計劃。無論是對用戶還是對廠家來講,僅僅簡單的制定一個招標書或費用估計投標表,并不能完全的確定所需的工作范圍,還有可能產生不可預計的費用或風險。

  在利用這些新技術的過程中,比較常犯的錯誤就是去“拷貝”或“模仿”現有的HMI功能,而不是去考慮最先進的HMI/SCADA產品所帶來的技術進步。甄別這些需求并將其分類為:“必須有”、“最好有”和“以后考慮”等,不但可以定義升級真正需要的范圍,確定優先級,而且還可以使用戶發現其當前系統所做的事情中存在哪些浪費,有哪些功能是很少使用甚至從而沒有使用過。

  同時,用戶需要記錄下來,哪些需求是現有系統的HMI產品無法滿足的。了解已有的新產品,它們的技術以及數據庫結構,以完成期待的目標并獲得成功。與軟件廠家以及使用過這些產品的系統集成商緊密合作,有助于制定最好的開發和安裝策略。

  檢查工廠當前的網絡,評估是否有足夠的帶寬,滿足升級后SCADA系統的要求。應更換落后或速度較慢的硬件設備。系統需要配置足夠的連接能力,這樣可能需要額外增加交換機和路由器以及使用銅電纜或光纖來升級網絡布線,或者使用無線網。在可能的情況下,對使用以太網代替串行通訊做可行性研究。

  在整個設計過程中,要征求每天都要使用這些系統的工廠操作人員以及其它關鍵人員的意見。盡早地將新設計概念展現給操作人員,對于他們最終能夠接受設計非常關鍵。這樣就有充分的機會將他們的理念融入到設計中去,有助于他們將HMI視為可靠和用戶友好的系統,而如果將設計一次性全部提交給他們,則HMI被全部打回來的可能性比較大。改變總是困難的,但是如果設計中的一部分是由使用者參與和完成的,那可能就容易的多了。

 

  有很多產品能為這種遷移提供基本的HMI需求。先進應用和連接性需求,能夠將設備數量降低到更易于管理的程度。評估功能、連接性和未來可能的需求,可以進一步優化合作軟件廠商的數量。如果用戶已經安裝了基礎的SCADA/HMI產品,他們可能希望將其作為遷移的平臺。

 

  一般情況下,用戶有一個系統集成商的核心名單,將與之合作并能滿足他們工廠的典型需求的集成商列入其中。不過,并不是所有的系統集成商在HMI遷移方面都有經驗,或者具有這種類型的工程所需要的較先進的集成和通訊水平。與生產商仔細研究,制定一份具有相關經驗的系統集成商名單,可確保遷移項目的成功實施。

  清晰定義團隊角色

  在項目中,明確劃分由用戶團隊擔任的角色以及由系統集成商團隊擔任的角色——這對項目的成功十分關鍵。用戶需要成為現有系統設計和運行的專家。應清晰定義,哪些任務由內部完成,哪些任務必須承包出去。

  系統集成商必須清楚,HMI完全升級,所包含的不僅僅是用新的硬件和軟件更換老舊的HMI控制臺。此外,如果需要更換目前使用的網絡設施,系統集成商還必須提供這些網絡服務。這樣,除了HMI工程設施外,還需要其它的資源。

  用戶可能還希望簡化與其它控制器,比如PLC或單回路控制器之間的通訊和連接。這可能會改變網絡結構,需要PLC工程師的介入,以便為這些控制器增加新功能。范圍的變更可能不可避免,因此需要定義一個變更流程,以滿足最終的工程要求。

  確保成功的測試

  一旦已經部分開發并安裝了新HMI,就需要通過將新安裝的HMI與現有正在工作的DCS屏幕做比較測試。這可以確保新系統的操作能夠與原有系統完全一致,并給與操作人員以信心,因為他們可以同時使用兩個系統,直到測試完成。這使從舊系統到新系統的過渡更容易一些。

  非常重要的一點是,觀察新系統中I/O的響應時間。觀察按鈕(離散量點和握手信號等)和屏幕更新(模擬量數值點)等項目的響應時間。觀察從按下按鈕到期望的動作發生所需要的時間有多長?屏幕上模擬量更新接近實時更新的程度?新系統應達到或超過被更換系統的性能。如果不是,必須采取措施,確保響應時間滿足用戶規范書的要求。

  影響I/O響應時間的因素包括網絡速度/可用性,服務器處理器負荷和內存的使用情況以及代碼模塊引擎速度和I/O服務器的掃描時間等。調整這些項目可以幫助實現所期望的結果。

  一旦系統已經運行并經測試,最終用戶就有信心將操作完全切換到新HMI上,這時就可以逐工作區地將DCS系統下線了。正在解列的DCS區域的每個部分,都應給予足夠的時間,允許最終用戶適應新HMI,必要時恢復原有系統。

  我們建議,至少要有一個DCS操作員站保留完整的功能,以防出現意外,直到所有系統操作人員都獲得培訓,并且對他們進行控制時所提供的系統支持水平滿意為止。系統集成商和用戶之間可以就支持和維護進行進一步的協商。

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