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DCS系统升级管理

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供稿:中国工控网 2016/4/22 13:40:43

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  • 关键词: DCS系统
  • 摘要:很多“混合”式DCS平台以及先进过程控制器开始在市场上发动攻势,用易管理、更划算的独立设备来替换老式、整体的DCS系统。本文介绍了DCS系统升级管理。


  随着分布式控制系统制造商的不断发展,其原有的产品及解决方案由于知识产权属性、成本和缺乏技术支持等方面的原因,变得不再像以前具有吸引力,于是用户开始寻求更好的替代策略。很多“混合”式DCS平台以及先进过程控制器开始在市场上发动攻势,用易管理、更划算的独立设备来替换老式、整体的DCS系统

  目前,可以选择单独升级I/O,也可以单独升级处理器,或者单独升级HMI,当然也可以升级上述几项的组合,而不需要拆除全部老系统并新建一个新系统。也许,这可以降低DCS升级各个阶段实际安装所花费的时间和费用。

  合理规划、清晰定义项目团队的职责以及成功的测试,对于DCS迁移工程的顺利进行十分关键。

 

  更易于管理

  I/O迁移,可以通过I/O结构和设备的升级来实现,这样就可以充分利用现有的端子,不会影响、也不需要重新连接与现场的接线。很多厂家提供的I/O卡件和端子是简单的“追加”式升级,通过背板或原有的通讯与原有处理器连接。无需或者只需要很少的软件升级,现场接线盒的安装需求也非常少。

  由于I/O模块和设备都是从OEM厂商那里采购, 因此除非产品短缺或OEM厂商不复存在,一般情况下这种升级并不是最难解决的。

  尽管通常情况下,在进行I/O迁移的同时,会更换处理器单元,但这并不是必须的。有些厂家提供的处理器升级,可以与原有的I/O设备通讯,即使这些I/O由其它厂家提供也没有问题。

  升级所需要的软件服务,变化比较大,从自动控制程序的升级(通常需要一些人工验证和调整)到完全重新编写控制程序,一应俱全。经验丰富的系统集成人员,可以确定完成升级任务的适当方法。

  处理器升级,也许需要同时进行HMI的升级,因为新处理器可能具有不同的通讯协议、标签和HMI功能块命名规则。典型的DCS通讯协议都是专有的和串口通讯(比如Modbus),但是一般不包括任何最近(过去20年)出现的诸如现场总线或各种各样的以太网协议。

  大多数工厂都寻求对当前系统做某种程度的改进。从控制的角度来讲,在处理控制回路和其它控制活动方面,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:先进的数据挖掘和生产智能化,以及获取数据并进行分析等。做这些任务比较出色的工具,一般运行在开放的架构(比如Windows)上,并且要有很强的与SCADA/HMI、 I/O服务器或数据库等的连接能力。

  最典型的DCS安装包含新增控制器,如各种PLC和单回路设备,这些设备目前与DCS系统之间很少甚至根本没有连接。这就产生一个问题:HMI将无法监视到工厂的某些区域,因此这些区域有可能成为盲区。这就需要其它HMI产品来查看这些数据。

  有些DCS厂家不复存在,或者它们的产品已经停产很多年了。在这种情况下,用户往往依赖第三方的电气维修商,甚至是eBay来采购需要更换的部件。软件升级实际上并不需要,甚至都不是必须的采购项,但是对这些产品的支持确实参差不齐。

  大多数DCS遗留下来的HMI屏幕,都是基于二维向量的图形。在高分辨率、实时动画、视频游戏大行其道的当今世界,这些古老的HMI系统实实在在地显示了其古老以及落后的技术。尽管大多数操作人员已经习惯了这些平面式、黑白的界面,但是通过高分辨率的图形系统,可以获取更多的信息,提高操作人员的综合分析能力,并且不会导致提供的信息过多。

  建立合理计划

  首先,同任何其它迁移阶段一样,我们必须先定义并制定一个真正的迁移计划。无论是对用户还是对厂家来讲,仅仅简单的制定一个招标书或费用估计投标表,并不能完全的确定所需的工作范围,还有可能产生不可预计的费用或风险。


  在利用这些新技术的过程中,比较常犯的错误就是去“拷贝”或“模仿”现有的HMI功能,而不是去考虑最先进的HMI/SCADA产品所带来的技术进步。甄别这些需求并将其分类为:“必须有”、“最好有”和“以后考虑”等,不但可以定义升级真正需要的范围,确定优先级,而且还可以使用户发现其当前系统所做的事情中存在哪些浪费,有哪些功能是很少使用甚至从而没有使用过。

  同时,用户需要记录下来,哪些需求是现有系统的HMI产品无法满足的。了解已有的新产品,它们的技术以及数据库结构,以完成期待的目标并获得成功。与软件厂家以及使用过这些产品的系统集成商紧密合作,有助于制定最好的开发和安装策略。

  检查工厂当前的网络,评估是否有足够的带宽,满足升级后SCADA系统的要求。应更换落后或速度较慢的硬件设备。系统需要配置足够的连接能力,这样可能需要额外增加交换机和路由器以及使用铜电缆或光纤来升级网络布线,或者使用无线网。在可能的情况下,对使用以太网代替串行通讯做可行性研究。

  在整个设计过程中,要征求每天都要使用这些系统的工厂操作人员以及其它关键人员的意见。尽早地将新设计概念展现给操作人员,对于他们最终能够接受设计非常关键。这样就有充分的机会将他们的理念融入到设计中去,有助于他们将HMI视为可靠和用户友好的系统,而如果将设计一次性全部提交给他们,则HMI被全部打回来的可能性比较大。改变总是困难的,但是如果设计中的一部分是由使用者参与和完成的,那可能就容易的多了。

 

  有很多产品能为这种迁移提供基本的HMI需求。先进应用和连接性需求,能够将设备数量降低到更易于管理的程度。评估功能、连接性和未来可能的需求,可以进一步优化合作软件厂商的数量。如果用户已经安装了基础的SCADA/HMI产品,他们可能希望将其作为迁移的平台。

 

  一般情况下,用户有一个系统集成商的核心名单,将与之合作并能满足他们工厂的典型需求的集成商列入其中。不过,并不是所有的系统集成商在HMI迁移方面都有经验,或者具有这种类型的工程所需要的较先进的集成和通讯水平。与生产商仔细研究,制定一份具有相关经验的系统集成商名单,可确保迁移项目的成功实施。

  清晰定义团队角色

  在项目中,明确划分由用户团队担任的角色以及由系统集成商团队担任的角色——这对项目的成功十分关键。用户需要成为现有系统设计和运行的专家。应清晰定义,哪些任务由内部完成,哪些任务必须承包出去。

  系统集成商必须清楚,HMI完全升级,所包含的不仅仅是用新的硬件和软件更换老旧的HMI控制台。此外,如果需要更换目前使用的网络设施,系统集成商还必须提供这些网络服务。这样,除了HMI工程设施外,还需要其它的资源。

  用户可能还希望简化与其它控制器,比如PLC或单回路控制器之间的通讯和连接。这可能会改变网络结构,需要PLC工程师的介入,以便为这些控制器增加新功能。范围的变更可能不可避免,因此需要定义一个变更流程,以满足最终的工程要求。

  确保成功的测试

  一旦已经部分开发并安装了新HMI,就需要通过将新安装的HMI与现有正在工作的DCS屏幕做比较测试。这可以确保新系统的操作能够与原有系统完全一致,并给与操作人员以信心,因为他们可以同时使用两个系统,直到测试完成。这使从旧系统到新系统的过渡更容易一些。

  非常重要的一点是,观察新系统中I/O的响应时间。观察按钮(离散量点和握手信号等)和屏幕更新(模拟量数值点)等项目的响应时间。观察从按下按钮到期望的动作发生所需要的时间有多长?屏幕上模拟量更新接近实时更新的程度?新系统应达到或超过被更换系统的性能。如果不是,必须采取措施,确保响应时间满足用户规范书的要求。

  影响I/O响应时间的因素包括网络速度/可用性,服务器处理器负荷和内存的使用情况以及代码模块引擎速度和I/O服务器的扫描时间等。调整这些项目可以帮助实现所期望的结果。

  一旦系统已经运行并经测试,最终用户就有信心将操作完全切换到新HMI上,这时就可以逐工作区地将DCS系统下线了。正在解列的DCS区域的每个部分,都应给予足够的时间,允许最终用户适应新HMI,必要时恢复原有系统。

  我们建议,至少要有一个DCS操作员站保留完整的功能,以防出现意外,直到所有系统操作人员都获得培训,并且对他们进行控制时所提供的系统支持水平满意为止。系统集成商和用户之间可以就支持和维护进行进一步的协商。

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