DCS并未衰老 仍能面對(duì)未來(lái)挑戰(zhàn)

　　作為工業(yè)界的成員，分布式控制系統(tǒng)（DCS）已經(jīng)到了該總結(jié)過(guò)去、展望未來(lái)的年齡了。DCS技術(shù)誕生于1975年左右，雖然已經(jīng)發(fā)展的很成熟了，但離退休還有很長(zhǎng)的時(shí)間。讓我們一起回顧一下它的前半生。
　　
　　霍尼韋爾的通用I/O可配合Experion C系列使用
 　　DCS的歷史
　　
　　大概在40年前，幾個(gè)自動(dòng)化原始設(shè)備制造商，幾乎在同一時(shí)間，提出了類似的平臺(tái)，這就是DCS技術(shù)的誕生。到底是哪個(gè)公司，具體在什么時(shí)間發(fā)布了什么產(chǎn)品，并不是本文討論的關(guān)鍵。只要說(shuō)平臺(tái)相似度很高、內(nèi)容基本相同就足夠了。最初的使用者包括煉油、化工廠和其它的傳統(tǒng)過(guò)程工業(yè)，主要用其更換盤臺(tái)、氣動(dòng)和電動(dòng)模擬控制器。早期的這些平臺(tái)，很多已經(jīng)成為歷史的記憶，但是也有部分公司一直延續(xù)了同樣的品牌。
　　
　　這些系統(tǒng)，專門針對(duì)專有軟件、硬件設(shè)備而制造，使用硬接線輸入/輸出(I/O)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。運(yùn)行人員使用鍵盤以及專用平板從單色晶體二極管(CRT)顯示器上獲取所需的信息。雖然現(xiàn)在看來(lái)，這些產(chǎn)品非常過(guò)時(shí)，但在那時(shí)卻具有高度的適用性。
　　
　　像當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)軟件功能一樣原始，DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)計(jì)算功能也非常復(fù)雜?？刂苹芈返乃惴ū容^可靠，大多數(shù)時(shí)間，這些平臺(tái)工作得很好，可以保持復(fù)雜工藝的平穩(wěn)。早期的這些系統(tǒng)平臺(tái)，很多已經(jīng)運(yùn)行了數(shù)十年，只是不時(shí)的需要一些關(guān)鍵的維護(hù)，有些目前仍然在工作。
　　
　　DCS的進(jìn)化
　　
　　歷經(jīng)多年，DCS在很多方面取得了進(jìn)步，但是某些基本概念仍然沒(méi)有改變。這些改進(jìn)包括：
　　
　　■運(yùn)行人員與人機(jī)界面（HMI）之間的交互變得更復(fù)雜，主要是因?yàn)閳D形處理功能更強(qiáng)大，而且運(yùn)營(yíng)人員如何獲取信息的意識(shí)也在不斷的發(fā)生變化。
　　
　　■運(yùn)行人員和人機(jī)界面的交互，引起了對(duì)運(yùn)行人員在異常工況下如何工作的研究，這進(jìn)一步提升了運(yùn)行人員的工作效率。
　　
　　■配置I/O的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，增加了系統(tǒng)的數(shù)字化，擴(kuò)大了可以提供的信息。
　　
　　■資產(chǎn)管理平臺(tái)通過(guò)更直接的方式與維護(hù)系統(tǒng)連接，從而可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　
　　■利用開(kāi)放的商用硬件代替專有設(shè)備，盡管對(duì)于很多設(shè)備來(lái)講并不一定是最理想的情況。
　　
　　■報(bào)警管理系統(tǒng)依靠自己的實(shí)力，已經(jīng)成為一個(gè)產(chǎn)業(yè)。
　　
　　■支持與更大的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的集成，這種更復(fù)雜的集成可以傳遞更多的信息傳遞，但是隨之而來(lái)的是網(wǎng)絡(luò)安全的新問(wèn)題。
　　
　　■相對(duì)較新的程序自動(dòng)化，仍然在研發(fā)之中，但是在幫助運(yùn)行人員完成啟動(dòng)、停機(jī)和可能發(fā)生安全事件的其它工況中，扮演著越來(lái)越重要的角色。
　　
　　盡管有這么多的改進(jìn)，但是有些設(shè)計(jì)和實(shí)施DCS系統(tǒng)的機(jī)制實(shí)際上并沒(méi)有變化：
　　
　　■現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備仍然利用接線盒和接線柜，通過(guò)硬接線連接到DCSI/O端子。
　　
　　■每個(gè)卡件均有自己的端子，這就意味著可以連接15個(gè)點(diǎn)，在通訊可能中斷的地方提供輸入信號(hào)。
　　
　　■現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備只能和它們所連接的控制器通訊。
　　
　　■為控制器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備增加新功能，通常會(huì)使其更復(fù)雜，更難于組態(tài)。
　　
　　■程序編寫完，直到硬件安裝完成后才可以調(diào)試，因?yàn)槌绦虮仨毰c最終的配置一致。
　　
　　只要工程保持相對(duì)簡(jiǎn)單，傳統(tǒng)方式仍然可以工作，用戶就可容忍它的缺點(diǎn)。有些工廠利用現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)解決現(xiàn)場(chǎng)布線問(wèn)題，但是從更大的層面來(lái)講，數(shù)量仍然較少。
　　
　　缺少標(biāo)準(zhǔn)化
　　
　　近年來(lái)，項(xiàng)目及其所用的DCS系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，越來(lái)越昂貴。大型項(xiàng)目的成本越來(lái)越高，公司經(jīng)常會(huì)碰到，因自動(dòng)化平臺(tái)的最終調(diào)整導(dǎo)致項(xiàng)目延后，新工廠推遲啟動(dòng)的情形。不用多長(zhǎng)時(shí)間，公司就會(huì)意識(shí)到每天損失的成本，而這一切都是不可避免的。系統(tǒng)缺乏標(biāo)準(zhǔn)部件，并且需要大量的工程師維護(hù)是其中的重要原因之一。
　　
　　自動(dòng)化工程師經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)成為啟動(dòng)、實(shí)現(xiàn)盈利的關(guān)鍵路徑上的點(diǎn)時(shí)，任何延遲，都會(huì)使自己成為指責(zé)的對(duì)象。在過(guò)去很多年，盡管已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但從用戶的角度考慮，DCS畢竟已經(jīng)快40歲了，身形已經(jīng)有點(diǎn)臃腫不堪了；但是目前還沒(méi)有切實(shí)可行的替代方案。用戶相信“會(huì)有更好的途徑”，但是，供應(yīng)商還必須讓這個(gè)大胖子向前沖。
　　
　　“大概5年前，我們開(kāi)始使用電子接線柜，”艾默生過(guò)程管理項(xiàng)目管理辦公室的副總裁RogerFreeman說(shuō)道，“緊跟其后的是整個(gè)DCS系統(tǒng)的虛擬化，并不僅僅是工作站，還包括控制器和I/O控制器，所以整個(gè)工程實(shí)施可以獨(dú)立于硬件平臺(tái)開(kāi)展，這樣工程實(shí)施就可以更靈活，成本更低。”
　　
　　很多自動(dòng)化公司意識(shí)到，DCS的設(shè)計(jì)及實(shí)施流程有些過(guò)于線性了。主要步驟必須按照串行順序完成，每一個(gè)步驟都必須等到前一個(gè)步驟的結(jié)束。任何一個(gè)環(huán)節(jié)的延遲，都會(huì)導(dǎo)致工廠最后啟動(dòng)時(shí)間的延遲，造成一定的損失。由于不可預(yù)期，工藝工程師在后期提出的任何變更需求，都會(huì)使情況變得更糟。
　　
　　“自動(dòng)化項(xiàng)目精益執(zhí)行（LEAP）概念正是將功能設(shè)計(jì)從物理設(shè)計(jì)中分離出來(lái)，在最終階段將其結(jié)合在一起，”霍尼韋爾公司的Experion產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)JackGregg如是說(shuō)，“對(duì)于新建項(xiàng)目來(lái)講，這是一個(gè)完美的方案，但是也可以用于現(xiàn)有項(xiàng)目的改造?！?BR>　　
　　從I/O硬件開(kāi)始
　　
　　現(xiàn)場(chǎng)接線和I/O，是問(wèn)題的關(guān)鍵，因?yàn)樗鼈儽仨氠槍?duì)每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)，專門設(shè)計(jì)。如果現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備A必須與控制器3連接，那么電纜必須沿著任何可以將這些點(diǎn)連接起來(lái)的線路敷設(shè)，如果想要修改任何東西，需要花費(fèi)大量的時(shí)間和費(fèi)用。艾默生、霍尼韋爾和橫河等公司都使用可配置的標(biāo)準(zhǔn)化I/O硬件以及現(xiàn)場(chǎng)安裝的機(jī)柜來(lái)組建新系統(tǒng)。
　　
　　隨著更多的硬件標(biāo)準(zhǔn)化，更多DCS系統(tǒng)部件的設(shè)計(jì)可以同步進(jìn)行。程序編寫也可獨(dú)立于硬件進(jìn)行。串行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)讓位于并行方式。剛性設(shè)計(jì)元素讓路于靈活性。
　　
　　面臨的新挑戰(zhàn)
　　
　　工程設(shè)計(jì)、實(shí)施方法的變化，已經(jīng)改變了客戶和供應(yīng)商討論項(xiàng)目的方式。問(wèn)題不在集中于系統(tǒng)是否可以控制工藝過(guò)程。這方面已經(jīng)默認(rèn)沒(méi)有問(wèn)題了。討論的中心轉(zhuǎn)移到更多的新功能以及采購(gòu)成本、生命周期成本、復(fù)雜性、部署速度、穩(wěn)定性、適用性和壽命長(zhǎng)短等方面。由于維護(hù)帶來(lái)的諸多問(wèn)題，因此用戶希望有預(yù)見(jiàn)性地進(jìn)行項(xiàng)目安裝和升級(jí)改造。
　　
　　“由于多方面因素的限制，對(duì)現(xiàn)有項(xiàng)目改造進(jìn)度方面的壓力要比新建項(xiàng)目大得多?！卑^(guò)程管理公司DeltaV平臺(tái)市場(chǎng)總監(jiān)ClaudioFayad說(shuō)道，“煉油廠每隔6到7年大修一次，大修時(shí)間為30天。不管是新建項(xiàng)目、升級(jí)改造或者使其現(xiàn)代化，壓力都是使自動(dòng)化工程項(xiàng)目更具有可預(yù)見(jiàn)性?！?BR>　　
　　增加人的因素
　　
　　很多年來(lái)，DCS設(shè)計(jì)方面的討論，主要集中在技術(shù)方面。當(dāng)然，運(yùn)行人員也是藍(lán)圖的一部分，但是經(jīng)常處于次要地位。由于勞動(dòng)力方面所發(fā)生的變化，人員逐步成為其中更為重要的組成部分。
　　
　　供應(yīng)商基于人的因素，正在改變運(yùn)行人員與系統(tǒng)之間交互的方式，這也經(jīng)常會(huì)擴(kuò)展到運(yùn)行人員彼此之間的信息交流的方式。還有一個(gè)意義更深遠(yuǎn)的重點(diǎn)在于人與人之間的合作，這可能是處于同一個(gè)主控室、也可能是位于不同大陸上的人員，彼此相互幫助解決問(wèn)題。新技術(shù)支持這種類型的交互。
　　
　　“通過(guò)觀察運(yùn)行人員及其行為，獲取新的人機(jī)方案。”Gregg解釋道，“我們的新盤臺(tái)專門為運(yùn)行人員設(shè)計(jì)，運(yùn)行人員需要連續(xù)12個(gè)小時(shí)坐在盤臺(tái)處，監(jiān)控隨時(shí)可能變化的過(guò)程，并且可能在11.5小時(shí)的時(shí)候，做一個(gè)關(guān)鍵的決定?！彼晕覀儐?wèn)自己這樣一個(gè)問(wèn)題，“怎么做才能使運(yùn)行人員保持警覺(jué)，快速響應(yīng)呢？”一部分的靈感來(lái)自于家具的設(shè)計(jì)，同時(shí)也要結(jié)合運(yùn)行人員查看過(guò)程的新方式。
　　
　　為未來(lái)保留靈活性
　　
　　真正普遍關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題就是系統(tǒng)的壽命。盡管大多數(shù)基于計(jì)算機(jī)的設(shè)備的壽命都是幾年，但是控制系統(tǒng)的壽命一般則是用幾十年來(lái)衡量的。任何公司安裝一套新系統(tǒng)，都必須考慮20年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。不論是供應(yīng)商還是客戶，所做的任何決定都是以此為基礎(chǔ)。適應(yīng)性和靈活性也需要考慮，因?yàn)闆](méi)有任何人真正的知道，未來(lái)會(huì)發(fā)生什么事情，會(huì)需要什么樣的改變。
　　
　　“過(guò)去，我們會(huì)為控制系統(tǒng)定義一個(gè)模型，沒(méi)有太多的模糊性。”Fayad回憶道?！艾F(xiàn)在，你可以以這么多不同的方式，做如此多的事情。比如連接I/O點(diǎn)，你可以使用總線、硬接線、無(wú)線或各種方式的組合。過(guò)去，工具只用于控制，而現(xiàn)在可將其用于控制、運(yùn)行性能、維護(hù)、項(xiàng)目效率等方面，所以我們必須幫助人們理解這些差異及其對(duì)工作過(guò)程的意義。用戶喜歡獲得運(yùn)行方面的效益，但是不喜歡面臨風(fēng)險(xiǎn)?！?BR>　　
　　“我們很多客戶，可能每隔數(shù)年才有轉(zhuǎn)型需求，所以控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性對(duì)他們的業(yè)務(wù)十分關(guān)鍵?！被裟犴f爾公司的高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理Marjorie Ochsner指出，“所以當(dāng)你討論投資或?qū)嵤┬碌挠袃r(jià)值的革新時(shí)，我們總是尋求某種合適的方式，既可以實(shí)現(xiàn)客戶的目標(biāo)，還不需要停止過(guò)程。我們將其稱之為連續(xù)性創(chuàng)新。”
　　
　　我們的朋友DCS，仍然是一個(gè)可以信賴的公民，雖已人到中年，但仍然準(zhǔn)備面對(duì)前所未有的挑戰(zhàn)，旨在為用戶提供更簡(jiǎn)單和更靈活的系統(tǒng)。
　　
　?。ㄔ臉?biāo)題：未來(lái)的DCS 系統(tǒng)將駛向何處？）