智能 I/O ——革新分布式控制系统（DCS）

在进行实时项目跟踪时，技术人员使用 eStart（一种数字调试工具）来存放相关仪表数据和检查表，从而消除了无休止的纸质记录。图片来源 ：MAVERICK Technologies

作者：Matt Smith

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在对老旧控制系统进行升级或迁移的过程中，安装智能输入/输出（I/O）可为运行人员提供近乎实时的数据，和更高的投资回报率。

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在过去的十年里，数字化转型浪潮使制造业充斥着大量的数据。为了获益于大数据并保持竞争力，制造商正在转向智能制造技术和平台，例如工业物联网（IIoT）、 数据分析、云和边缘计算、虚拟现实（VR）等。利用智能技术和设备访问、采集、存储和分析关键任务数据，对于运营设施和满足客户需求至关重要。

但是，对于许多生产制造企业而言，过时的分布式控制系统（DCS）的种种限制，会阻碍与智能现场设备、子系统和企业范围内更高级别的系统进行开放式通信，从而使工作人员难以访问关键数据。

为了数字化运营，制造商正在寻求使用智能设备更新或迁移其老旧的 DCS 系统，以提高资产利用率，增加连接性并在整个企业中实现接近实时的、数据驱动的决策。这也是一个好的时机，去升级或更换传统的、基于模拟的仪表，或为现有的数字仪表增加智能功能和软件。

虽然一些制造商很早就投入到智能技术的大潮中，开始使用基于微处理器的传感器或智能变送器。但现在，仍有许多设施尚未利用现有的高级数据和诊断功能，以及某些情况下随附的多过程变量（MPV）。为此，他们必须仔细权衡安装智能输入 / 输出（I/O）的利弊，并利用最新的资产管理软件（例如 罗克韦尔自动化的 FactoryTalk AssetCentre）来管理数据。

为什么选择智能 I/O ？

配置了数字通信协议（例如 HART）的智能变送器，可使技术人员的工作更轻松，因为它们可以轻松地配置控制元件，并可以通过现场移动设备访问和共享关键数据。

如果未安装智能 I/O 和资产管理软件，那么设施工作人员就无法使用新智能技术或手持设备所提供的全部功能。智能技术与适当的软件相结合，对于远程访问有价值的数据（例如设备的性能）以确定与正常校准设置之间的偏差来说至关重要。

智能 I/O、智能变送器和资产管理软件的优势，包括以下功能的实现 ：

· 帮助监控工厂的自动化系统，并减少由于未经授权的操作或设备故障而导致的停机时间。

· 将诊断数据直接提供给人机界面（HMI）和资产管理系统，从而减少故障排除时间并增加正常运行时间。

· 通过配置下载使变送器 / 控制元件的更换变得更容易。资产管理软件允许技术人员将数据向下发送到特定节点 ID（例如， 现场总线设备 ID）。

· 提供 MPV。MPV 通常可通过单个 I/O 与设备连接， 而不用选择要传输的 MPV。供应商在其智能变送器中包含不同的信息。例如，质量流量计可以提供速率、温度、总量和密度变量，从而提升了变送器的价值。

· 提供电子存储库，这样在使用资产管理软件时，就可以将所有硬件校准和生命周期管理数据全部保存在同一个地方。

· 创建电子回路文件夹，以容纳相关的仪表数据和检查表，由于技术人员可以随时访问电子数据，因此可以将记录时间减少高达 50％。

· 扫描每个仪表的条形码或射频识别（RFID）标签，获取并记录有价值的数据。可以与其它软件（包括 VR）结合使用，以在现场访问与特定设备相关的所有数据，进行故障排除以减少停机时间。

· 协助项目跟踪并消除纸质文件（即在文件柜保存的数据 表）。当关键人员必须依靠纸质文件获取有价值的信息时，可能会出问题，例如 ：如果仪表数据遗失了怎么办？如果工作人员忘记将资产 ID 记录在文件上怎么办？文件保存在哪里？当控制室打来电话并说设备正在运行时会发生什么？

当传统的系统出现问题时的典型场景是，技术人员带着通讯仪器，被派遣到现场，然后连接到设备并运行问题查询。派人远程连接并诊断问题，然后在纸上记录发现的任何问题，这都是要花费时间和成本的。

如果 DCS 具有智能 I/O 来 跟踪设备数据，则可以解决这些问题。技术人员可以使用移动手持设备和软件应用，远程监控和数字记录仪器校准数据和检查表，并访问控制系统进行测试和故障排除。在很多情况下，可以开发 HMI 维护界面以及适当配置的警报，以在问题变得严重之前立即向他们发出警报，而不需要运行人员或维护人员到现场连接设备。

智能 I/O 的复杂性

既然具有这些优点，为什么不用智能 I/O 来访问所有关键数据呢？对很多人来说，会看到安装和实施成本的增加。大部分费用是由每个模块的 I/O 数量所致。例如，某些标准的模拟输入卡可能具有 16 个输入，但是具有数字通信协议的智能 I/O 卡（例如 HART 或现场总线）可能只有一半输入通道，因此 I/O 密度较小。由于需要更多的智能 I/O 通信卡以及更多的 I/O 机架来安装这些卡件，因此成本会相应增加。

实施过程也增加了复杂性。制造商需要安装智能 I/O 和其它必要的元件。资源是另外一个需要考虑的因素，因为公司很少有执行升级项目所需的运行人员、工程师和维护人员，在将成熟的旧系统迁移到新系统时更是如此。在这种情况下，找到具有集成和实施自动化系统和技术所需的熟悉度和技能的第三方合作伙伴，是成功的关键。

此外，制造商必须事先弄清楚，要充分利用新系统的诊断和其它功能，确定需要哪种资产管理软件。否则的话，以后添加可选件会导致成本增加。在智能 I/O 和资产管理软件组合中，需要确 保能够实现如下关键功能 ：

· 管理设备配置文件 ；

· 管理过程设备校准，包括调度和追踪 ；

· 使用过程设备配置选项，管理和配置设备类型管理器 （DTM）；

· 记录系统事件和用户操作。也可以考虑包含其他功能，例如，安全访问和灾难恢复，但是与购买任何硬件或软件一样，请提前检查所有必需的元件，以最大程度的降低项目的成本。

此外，还应考虑将其布置在何处，以及是否需要新的计算机系统或虚拟机来维护系统。

制造商必须仔细审查所有这 些注意事项，确定它们如何适合其整体业务需求、目标和目的。老旧系统迁移项目是重新评估现有硬件和软件，并根据总投资回报（ROI）评估潜在项目成本的绝佳时机。

制定计划并论证

适当的前期计划是解决任何问题并证明项目合理性的最佳途径。使用前端加载（FEL）方法，团队可以根据公认的最佳实践来制定项目执行计划。他们可以使用逐项任务清单成功制定计划和预算，例如 ：

· 确定符合公司业务需求的工作范围 ；

· 评估并选择可用的最佳硬件和软件选项 ；

· 制定执行计划以及准确的成本估算和项目进度表 ；

· 对不同供应商进行总安装成本和总拥有成本的比较，以最大程度地提高投资回报率 ；

· 明确并减轻潜在风险，例如资源可用性、停机时间、安全性等。

为论证项目的合理性，公司需要考虑整个生命周期中的总安装成本和总拥有成本。例如，考虑变送器或控制阀定位器因故障而没有任何指示所导致的最终成本。是否有日常运行数据？过去失败过几次？在没有数据的情况下，停机时间成本和 ROI 很难确定。

此外，还要考虑潜在因素的影响。例如，知道系统在发生故障之前，会向相关人员发出报警，并可预防在正常工作时间期间或以外发生潜在的紧急情况，这对保持平静的心境很重要。在这种情况下，响应时间对于工作人员和制造工厂的安全与福祉至关重要。

智能化的工业世界

工业领域正在变得越来越智能。现代控制系统包含有价值的技术，这些技术可以显著改善运营并提高生产率。在升级或迁移过程中安装智能 I/O 可以为人员提供近乎实时的数据，而以前这需要工作人员到现场去采集数据。

项目团队需要拥有适当的知识和经验，这对于应对自动化特有的潜在挑战至关重要。如果存在人员问题，请聘请具有多平台经验和技能的可靠合作伙伴，来集成和实施市场上的自动化系统和技术。适当的合作伙伴可为项目提供专业的指导，同时最大程度地提 高智能自动化投资的回报。