升级不得不看——成功实施DCS迁移的4个建议
老旧的DCS设备虽然结构良好，但保质期有限，并且在某些时候会损坏，越来越多老旧DCS系统的零件无处采购，遗弃的逻辑使系统变得越来越模糊。
作者 | Jake Henn
控制系统的现代化是一项巨大、有风险，但又非常必要的工作。成熟的过程控制系统解决方案，将有助于企业实现平稳的系统迁移。
越来越多的制造企业开始意识到，必须更新或迁移其过时的分布式控制系统（DCS）。他们是如何认识到这一点的？
1959年， 美国得克萨斯州德克州亚瑟的Texaco 炼油厂，当第一个工业控制计算机系统开始建造时，计算机革命遇到了工业革命。在接下来的30 年中，工业过程控制，逐步从气动控制和继电器逻辑，升级到来自不同供应商的分布式控制系统集成。
那时，这些最新系统，带来了图形化操作员显示界面，改进的数据分析软件等高附加值技术。实施新的控制系统大大缩短了工程时间，并具有更快的报警响应和诊断能力。DCS供应商可以确保这些强大的系统具有较长的产品生命周期。
现在，同样是这些DCS 供应商，很多他们的产品已经过时，有的甚至都停产了。那些使用这些DCS 技术的用户开始意识到，迁移过程很困难，而且迁移的过程将会是非常复杂。如果将DCS 看作该工业设施的“大脑”，那么迁移所带来的风险，类似于给人的大脑做手术的风险。既然有这么多的风险，那为什么还会有人选择迁移系统呢？答案有两个：
· 避免失去对过程的控制所造成的巨大成本和风险；
· 利用先进的创新技术，提高运营效率和性能。
即使他们知道需要迁移控制系统以保持竞争力，不确定性和疑虑仍会继续存在，尤其是在关键人员能力储备有限的情况下。迁移涉及到很多工作。如果没有合适的专家团队来计划和实施，风险就会很高。为此，请考虑迁移所固有的风险，以及如何利用现代化技术来克服这些风险。
迁移前的风险确认
硬件过时是迁移的主要驱动力。如果设备出现故障，无论是从安全还是财务的角度来看，相关风险都是巨大的。安全仪表系统（SIS）有助于避免危机，尤其是在DCS 发生故障时。但是，很少会考虑关闭整个装置来测试这些系统，例如在一个冗余控制器发生故障的情况下，执行器会进入其故障安全操作模式。
除安全问题外，当设施关闭时，它也无法盈利。超出计划以及超过周转时间的停机，都会给企业造成很高昂的成本。
▎三菱重工老旧DCS
老旧的DCS 设备虽然结构良好，但保质期有限，并且在某些时候会损坏。越来越多老旧DCS系统的零件无处采购。如果工厂需要备件，那么他们最终会购买更昂贵、更不可靠的零件——这是令人恐惧的“采购+ 祈祷”模式。
从财务方面考虑，进行升级或迁移的另一个驱动因素来自于对老旧硬件和软件的知识和服务方面的支持越来越缺乏。多年以来，具有传统DCS 经验的控制工程师和技术人员，已经陆续离开技术职位，或即将退休。在缺乏相应支持或培训的情况下，就为当前系统埋下了隐患，未来系统功能的增加亦是如此。由于经验丰富、知识渊博的工程师的要求和薪水很高，因此填补这一知识鸿沟可能既困难又昂贵。
此外，还必须检查已安装系统的网络安全漏洞。老旧的控制系统诞生于那样一个时代，当时人们认为“气隙”可以保护系统免受外部和远程威胁。然而，随着工业物联网（IIoT）的出现，过程控制系统世界今天已经与商业世界紧密相连。有很多技术和工具可用于保护、管理、版本、分析、跟踪和报告自动化相关过程信息和数据。然而，随着“气隙”的弥合，老旧系统更容易被利用，这对任何设施来说都是一个巨大的风险。甚至，在某个时刻（对于许多设施而言就是当下），维护老旧系统的成本超过了升级或迁移的成本。
现代控制系统的优势
当今的技术为提高资产利用率并充分实现大数据的优势，增强处理能力和增强连接能力提供了机会。许多老旧控制系统依赖缺乏系统互操作性的专有数据结构。制造商越来越希望将这些数据用于各种功能，包括分析、环境计算和监视、企业资源计划集成、资产管理、预测性维护、数字孪生以及其它各种IIoT 应用程序。现代控制系统可提供准确的实时数据以实现这些功能。
▎霍尼韦尔C300控制器
随着处理能力的提高，可以应用更复杂的控制技术。30 或40 年前老旧DCS 平台的一些约束将不复存在。诸如初始化、缠绕保护和替代选择之类的过程控制技术不再是问题，可以轻松地结合使用。模型预测控制和模糊逻辑不再需要其它软件和许可证，从而允许设施使用仿真（无论是简单的回路反馈还是更多的动态方法），而不是基于硬件的测试。离线配置测试和操作员培训，比以往任何时候都更加轻松、廉价、准确和安全地进行。
传统系统对过时的用户界面和不直观的编程风格过分依赖，这会导致实施时间和成本的增加，并给新工程师或技术人员带来很多障碍。使用Excel 或XML 格式而不是较旧的文本转储来维护和处理大型数据库，可以增强质量控制并增强批量构建和编辑大量程序的能力。
图形功能块配置是现代控制系统中的常见功能，并且比旧的基于文本的表单更易于学习、维护和记录文档。顺序逻辑编程和故障排除也更加容易。相较于查看阀门阵容来试图理解一个已有20 年历史的结构化文本程序要快得多。还可以通过集成高性能图形来改善操作员的人机界面，以实现最佳的操作员意识和报警响应。
迁移会完善文件系统。老旧系统已被使用不同标准的几代工人注释。遗弃的逻辑使系统变得越来越模糊。迁移可能是“职业生涯仅有的一次机会”，可以清理旧的情况并纠正过去的不良习惯和矛盾之处。
“硬件过时是DCS 迁移的主要驱动力。如果设备出现故障，那么从安全和财务角度来看，相关风险都是巨大的。”
实现成功迁移的4个建议
复杂的DCS 迁移需要制定计划详实的具体解决方案。由于失败的项目会导致成本增加，因此降低风险至关重要。如果实施正确，则迁移很少发生，因此不应该掉以轻心。开始之前，请考虑以下事项。
1
专业知识
专业和业务知识至关重要。您不会雇用电工来布置管道，那为什么要信任没有经验的人进行DCS 迁移呢？设施中的每个过程单元都有不同的输入、设备、运行条件、安全风险和特殊性，对于没有此类经验的人员来说，他们没有这方面的概念。如果担心资源匮乏，请考虑咨询具有老旧系统和现代化工具和技术方面经验的、独立于平台的第三方合作伙伴。
2
计划和预算阶段
通过前端加载（FEL）过程，可以将重点放在合理的计划和预算上。FEL过程降低了运营项目成本，最大程度地减少了调度问题，减少了授权后的范围变更，并增加了项目达到或超过财务目标的可能性。在考虑未来特性和IIoT 功能的情况下，定义一个最佳的未来状态是这项工作的另一个关键部分。这种方法避免了事故和停机，特别是考虑到工艺单元是如何相互影响的，以及来自不同单元的产品和副产品在整个设施中如何进料和再加工。
理想情况下，应在设备停机维护时切断控制系统。部分检修或设备检查期间，一些辅助装置可能会被切断。在部件周转或设备检查期间，某些辅助设备可能可以进行切换。其它的仅有在完全关闭设施的时候才会关闭，这可能数年才会发生一次。了解每个流程单元的维护计划以及与其它流程单元的交互，是有效实现迁移计划的关键。
3
经营上的考虑
制造某种东西的目的是产生收入和利润。DCS 迁移应保护并增强该能力。证明将付出多少努力以及需要多长时间是合理的， 这对于获得整个企业范围的支持至关重要。FEL 规划应准确确定迁移所需的工作量和时间。
例如，它应包括时间和成本估算，以对旧系统进行逆向工程和文档化，并对替代产品进行工程设计和测试。此外，它还应包括DCS 安装、电气、硬件和软件成本。文档必须随着项目的推进而进行适当的修改和完善，以节省总体项目成本并降低风险。经验丰富的第三方自动化团队可以帮助您进行适当的前期FEL 计划。
4
系统和供应商选择
选择合适的更换系统很重要。错误的决定会导致数百万美元的损失和数年的挫败感。通常，供应商的选择可归结为两种可能的方案：1）如有可能，请坚持使用同一供应商；2）更换新的供应商。
坚持与同一供应商的合作是一种积极的体验，因为他们通常为迁移计划和实施制定明确的路径。另一个好处是，许多控制策略可以通过与传统控制系统相似的控制特性，更轻松地移植到新系统上。如果更换新的供应商，可能就无法享受这样便利。
两条路径共同的风险是会让许多供应商存在利益冲突。为了出售其它硬件和软件，他们有时会提供不必要或次优的解决方案。此外，在实际实施期间，DCS 供应商通常依赖自动化工具，可能无法准确地捕获原始代码。手动更正此代码可能是一项艰巨的任务。
在典型的“ 商品展示” 中，每个供应商都倾向于为每种应用展示其“同类最佳”产品和解决方案，从而导致业主难以确定最佳选择。为了做出明智、公正的决定，工厂应通过与关键利益相关者（运营商，过程工程师，维护人员，生产经理等）合作，来指定质量关键参数。需要考虑的参数包括先进过程控制（APC）支持、可扩展性、生命支持记录、高性能图形、迁移路径、行业和区域安装基础、IIoT 和控制策略可移植性等考虑因素。
改变是痛苦的。控制系统的现代化是一项巨大、有风险，但又非常必要的工作。采取主动的、有计划性的方法以及必要的步骤来减轻风险，并准确、安全和更经济地迁移系统。现代化、优化的控制系统所带来的功能改进和盈利能力增强，将使您的工程师、技术人员、设施经理、采购乃至投资者都会感激你。