世界正在以前所未有的速度變化，過程控制技術(shù)通過精益項目執(zhí)行原理、軟件和網(wǎng)絡(luò)對此做出響應，使控制應用程序與物理設(shè)備分離，控制器與物理輸入/輸出(I/O)分離。模塊化設(shè)計允許多個控制器組成一個虛擬控制器。在互聯(lián)的全球經(jīng)濟中，此類技術(shù)可幫助業(yè)務決策變得更敏捷、更準確。
工藝過程必須快速高效地執(zhí)行。項目必須在預算內(nèi)按時完成。工人必須根據(jù)可用的精確數(shù)據(jù)對變化環(huán)境做出可信的響應。技術(shù)必須促進成功，而不是阻礙成功。
很少有技術(shù)環(huán)境比工業(yè)控制系統(tǒng)(ICS)所需的技術(shù)環(huán)境復雜。這些環(huán)境必須包含關(guān)鍵功能、網(wǎng)絡(luò)安全、冗余、高速網(wǎng)絡(luò)和確定性操作等。這有助于客戶以最高的可靠性，控制對安全至關(guān)重要的過程制造設(shè)施。
雖然在過程工業(yè)領(lǐng)域，過程控制系統(tǒng)已服務了30多年，但是利用新技術(shù)的力量仍然還有很多改善收益的機會。通過從定制過渡到標準化，避免不必要的工作，過程制造行業(yè)仍有很多機會可以實現(xiàn)成本的降低。利用已安裝的系統(tǒng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信息，并將信息轉(zhuǎn)換為更精確的動作來持續(xù)改進操作。
這樣，過程制造企業(yè)將有更多機會在更短時間內(nèi)完成項目，同時還可以降低風險、提高產(chǎn)量、改善質(zhì)量、提高運行的可靠性。數(shù)十年的工程實施以及與客戶合作的經(jīng)驗，積累了大量的第一手資料：有關(guān)阻礙項目效率并限制客戶實現(xiàn)和維持最佳運維的痛點。通過集成虛擬環(huán)境，幫助客戶克服這些障礙，形成一種用于部署和運行工業(yè)控制系統(tǒng)的新方法。
通過對自動化項目應用精益執(zhí)行方法，可以有效地實現(xiàn)自動化。這種策略通過整合通用I/O設(shè)備、虛擬化、虛擬工程和自動化調(diào)試，消除了用于強制項目流按順序進行的傳統(tǒng)依賴關(guān)系。這樣做將物理設(shè)計與功能設(shè)計分開，打破任務的依賴關(guān)系，同時使用標準化設(shè)計，并使工程設(shè)計能夠從世界任何地方進行，從而顯著降低風險和成本。
1、降低復雜性的模塊化設(shè)計
新一代的控制系統(tǒng)技術(shù)，利用精益項目執(zhí)行原理、軟件和網(wǎng)絡(luò)，從而可以將控制應用程序與物理設(shè)備分離、控制器與物理I/O分離。這使控制系統(tǒng)的設(shè)計和實施時間更短、成本和風險更低，并且具有更簡單的模塊化構(gòu)造。這改變了控制系統(tǒng)的維護方式，將服務器的日常管理轉(zhuǎn)移到一個集中的數(shù)據(jù)中心，在那里專家和既定的協(xié)議可以降低網(wǎng)絡(luò)安全風險，使工廠工程師能夠更專注于控制系統(tǒng)的優(yōu)化。
降低復雜性、將控制與物理平臺分離并降低信息技術(shù)(IT)成本，從而可以消除阻礙簡化項目操作的控制系統(tǒng)設(shè)計、實施和生命周期管理的障礙。
將I/O轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場，可以使過程控制系統(tǒng)更接近生產(chǎn)裝置。控制中心擠滿了定制的系統(tǒng)機柜，以及大量的接線，幾乎沒有文件記錄。將控制系統(tǒng)分配到更靠近過程設(shè)備的位置，可以以更小的空間、更少的電纜和工程時間，來節(jié)省更多的項目成本。
◆采用新一代控制系統(tǒng)的項目執(zhí)行：霍尼韋爾Experion過程知識系統(tǒng)(PKS)高度集成虛擬化環(huán)境(HIVE)， 使用精益項目執(zhí)行原理，通過軟件和網(wǎng)絡(luò)將控制應用程序與物理設(shè)備分離，并將控制器與物理輸入/輸出(I/O)設(shè)備分離。模塊化設(shè)計允許多個控制器組成一個虛擬控制器。
一些設(shè)施已經(jīng)應用了遠程I/O策略以降低項目成本，但是還可以通過模塊化等方式進一步優(yōu)化。為受益于新代控制平臺，請考慮高速以太網(wǎng)現(xiàn)場I/O網(wǎng)絡(luò)，它可以將控制器連接到安裝在生產(chǎn)區(qū)域的通用I/O。此類通信應通過內(nèi)置防火墻以及必要時通過加密技術(shù)增強網(wǎng)絡(luò)安全性，同時還需提供技術(shù)以支持未來感測數(shù)據(jù)量不可避免的增加。
2、新一代控制系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)勢
采用新一代控制系統(tǒng)技術(shù)的架構(gòu)具有如下優(yōu)勢：
①通用I/O的發(fā)現(xiàn)功能允許控制器訪問任何網(wǎng)絡(luò)I/O模塊和通道。傳統(tǒng)的控制器與I/O的通信方式要求控制器與I/O機柜之間直接一對一的物理連接。聯(lián)網(wǎng)后的I/O可以消除大量調(diào)度和手動工作。系統(tǒng)設(shè)計工程師設(shè)計控制策略，并將其分配給控制器，控制器會找到與其相對應的I/O。這會減少項目工程計劃和工程時間。
②整合后的控制功能可提供簡單的軟件選項，并具有高速性能的冗余控制。作為過程控制器的子集，這些控制功能非常適合成套設(shè)備，并提供調(diào)節(jié)、順序和邏輯控制。這樣就不需要復雜的子系統(tǒng)集成。
③通用無線熱點為現(xiàn)場儀表提供有線或無線通信，并允許每個現(xiàn)場I/O盒在需要時成為無線熱點。這使得現(xiàn)場工作人員能夠在調(diào)試和運行期間，通過實時訪問控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)來執(zhí)行數(shù)字程序。
④模塊化調(diào)試可提供獨立于控制系統(tǒng)調(diào)試現(xiàn)場I/O機柜的能力。借助此功能，控制器可以在便攜式計算機上運行，接入模塊場的遠程機柜，并執(zhí)行一系列調(diào)試活動，就像連接到控制系統(tǒng)的其余部分一樣。有了這種靈活性，跨區(qū)域模塊化構(gòu)建將變得簡單。
這些組合功能提供了重要的工程技術(shù)，使項目可以在更短的時間內(nèi)完成且風險更低。例如，消除了后期變更所帶來的固有風險和返工，確保自動化不會成為關(guān)鍵路徑的瓶頸。變更后如果添加新的I/O，可以擴展控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，而無需對控制系統(tǒng)進行復雜的變更。
在項目執(zhí)行過程中，傳統(tǒng)的控制工程需要精心計劃，因為它是由嚴格的分層方法驅(qū)動的，該方法由控制器和I/O之間的緊密相連的物理關(guān)系所定義。在工程實施后期，變更不可避免，需要對系統(tǒng)進行重新配置I/O或控件，這樣不僅效率低下，有時還需要重新返工，并帶來一定的風險。
通過允許多個物理控制器顯示為一個虛擬控制器，控制體系結(jié)構(gòu)將成為一個控制器數(shù)據(jù)中心。在該數(shù)據(jù)中心中，過程控制可以在可用的控制器計算資源之間自動進行負載平衡。這樣的架構(gòu)帶來的優(yōu)勢非常明顯，特別是應對后期變更時更是如此。它可以避免將控制策略手動分配給特定控制器。
通過采用虛擬化技術(shù)消除多達80％的物理IT節(jié)點數(shù)量來降低IT成本。但是，即使付出了很大的努力，出于可靠性和損失范圍的原因，大型IT基礎(chǔ)架構(gòu)仍需保留在現(xiàn)場。使用虛擬化技術(shù)可降低生命周期成本，虛擬化可將虛擬機文件從非現(xiàn)場復制到現(xiàn)場。這種容錯體系結(jié)構(gòu)允許從中央操作中心或區(qū)域數(shù)據(jù)中心進行操作，它具有與關(guān)鍵過程控制相同的高可靠性。
文/Jason Urso
