图片来源：Yokogawa
作者 | Attila Bondor
现代的DCS系统需要比以往更大的互操作性、灵活性和更高的效率，以适应制造企业的数字化转型目标。本文为负责对过程控制系统进行现代化改造的工程师提供了一些建议。
在过程控制的动态环境中，为分布式控制系统（DCS）的现代化改造制定策略需要战略远见。尽管DCS系统的典型寿命约为15年，但工艺装置的使用寿命可能比控制系统多几十年。
由于运营技术（OT）和信息技术（IT）融合的快速发展，再加上苛刻的经济和网络安全需求，DCS的现代化已成为许多过程制造企业的优先事项。现在，更好的控制策略——从工业自动化到自主化——可以改善工艺性能。
01
升级前的考量因素
现在的DCS系统不再像孤岛一样工作。例如，现在它们能够与企业资源规划（ERP）系统集成。一些基本因素可以帮助指导关键的决策过程。这些包括：
工艺装置寿命：首先，评估受控工艺装置的预期寿命。了解工艺装置的预期使用寿命，可以为明智的现代化策略选择奠定基础。
对现有DCS系统进行评估：接下来，仔细检查现有的DCS系统。它是处于销售阶段还是维护阶段？DCS供应商提供的支持策略是什么？从硬件和软件方面评估当前DCS。了解现有系统的功能和限制，有助于指导需要升级或更换的范围。
了解DCS系统组件的使用寿命，也有助于做出正确的决策：
接线：大约40年；
I/O和终端面板：大约20年；
控制器：功能无故障约15年；
显示：大约8年使用寿命；
工作站：5-6年。
从以上内容可以看出，具有战略性的DCS系统现代化策略取决于了解系统组件的生命周期、评估现有系统以及选择与业务需求的一致性。
02
制定升级策略
一旦完成评估，工程师将获得所需的信息来定制现代化策略，可以选择以下方法之一：
■ 运行层面的升级：对于有针对性的改进，重点更新或升级运行组件（操作员/工程站）。
■ 部分迁移：探索部分迁移选项以优化现有基础设施。
■ 完全更换：如有保证，考虑对DCS系统进行全面检修。如果工厂寿命超过15年，优先考虑改进、更好的控制、降低成本和适应新技术，这是一个更合适的选择。
增量升级代表了一种实现组件现代化的战略方法，不是同时对整个系统进行大修。这种方法允许有针对性的更新，例如在不停止控制功能的情况下，改进单个人机界面（HMI）。这种方法的主要优点是可以显著减少生产停机时间，降低运营停机的风险。升级计划可以根据生产和维护时间表以及预算限制进行定制。
实现该战略的一个关键因素是系统内现有硬件和新硬件之间的互操作性，确保无缝衔接运行。重要的是要选择不仅能满足当前需求，而且能扩展和适应未来发展的技术。如果供应商拥有合适的支持和转换工具来重用现有应用，那么选择与现有系统相同的供应商具有很大的优势。
实现现代化需要考虑的其它因素包括：
与其它系统的集成：现代DCS应与其它系统无缝集成，以在整个组织内实现数据流动，从而实现更好的决策并提升效率。
网络安全措施：随着工业控制系统的连接性和开放性的提高，网络安全变得至关重要。新的分布式控制系统应包括强大的安全功能，以抵御内部和外部威胁。
培训和变更管理：对运行人员和维护人员进行充分培训，再加上有效的变更管理策略，可以确保系统的顺利投运。考虑构建一个数字孪生或运行人员培训模拟器。
03
全面升级和OPA架构
如果您的战略决策是对现有DCS进行全面更换和大修，最好的选择是开放流程自动化（OPA）架构。这为分布式控制系统的设计和实施提供了一种新的方法，旨在提供与传统分布式控制系统架构相比更大的互操作性、灵活性和效率。OPA架构具有以下几个优点：
1
互操作性：
OPA推动了开放标准的应用，使不同供应商的设备和系统更容易无缝协作。OPA的互操作性促进了传统系统与新技术的集成。
OPA的模块化框架支持即插即用组件，使用户能够在对整个系统影响最小的情况下添加、升级或更换系统部件。这种模块化方法支持可扩展性和经得起未来考验的投资。OPA的灵活性允许定制解决方案，以满足特定的运营需求，增强过程优化和性能。
2
成本效益：
OPA的模块化特性可以降低生命周期成本，因为单个组件可以在不进行全面系统检修的情况下进行更新或更换。因此，在大多数情况下，可以防止工厂全面停工，从而节省成本。
3
增强创新和快速采用新技术：
该架构的开放性和模块性，使组织更容易从人工智能、机器学习和数据分析的进步中受益。
4
改善的网络安全：
OPA 从根本上考虑到了网络安全问题，纳入了当前工业控制系统的最佳实践和标准。
将DCS升级过程中的风险降至最低的考量因素包括：
1
分阶段实施：
考虑分阶段的迁移方法，而不是彻底更换。这可以降低运营成本。
2
试点项目：
从不太关键的业务领域开始试点。这些试点项目可以作为基准，允许在全面实施之前进行调整。
3
数据备份和恢复计划：
确保有完善的数据备份和修复程序。这对于防止迁移过程中的数据丢失至关重要。
OPA架构为DCS迁移带来了变革性的方法，在互操作性、灵活性、成本效益和创新方面提供了显著优势。正是由于这些优势，使其成为过程制造企业的一个极具吸引力的选择，利用数字化转型目标来实现控制系统的现代化。在埃克森美孚公司的OPA系统的首次现场试验中，横河公司被选为系统集成商，该系统旨在负责整个生产设施的运行，目前正处于工厂验收阶段（FAT）。
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▲本文来自于控制工程中文版杂志（CONTROL ENGINEERING China）2024年7月刊《技术文章》栏目：实施DCS系统现代化改造的考量因素
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