【儀表網(wǎng) 儀表產業(yè)】作為工業(yè)界的成員，分布式控制系統(tǒng)（DCS）已經到了該總結過去、展望未來的年齡了。DCS技術誕生于1975年左右，雖然已經發(fā)展的很成熟了，但離退休還有很長的時間。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
大概在40年前，幾個自動化原始設備制造商，幾乎在同一時間，提出了類似的平臺，這就是DCS技術的誕生。到底是哪個公司，具體在什么時間發(fā)布了什么產品，并不是本文討論的關鍵。只要說平臺相似度很高、內容基本相同就足夠了。初的使用者包括煉油、化工廠和其它的傳統(tǒng)過程工業(yè)，主要用其更換盤臺、氣動和電動模擬控制器。早期的這些平臺，很多已經成為歷史的記憶，但是也有部分公司一直延續(xù)了同樣的品牌。
這些系統(tǒng)，專門針對專有軟件、硬件設備而制造，使用硬接線輸入/輸出(I/O)的現(xiàn)場設備。運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，這些產品非常過時，但在那時卻具有高度的適用性。
像當時的計算機軟件功能一樣原始，DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)計算功能也非常復雜?？刂苹芈返乃惴ū容^可靠，大多數(shù)時間，這些平臺工作得很好，可以保持復雜工藝的平穩(wěn)。早期的這些系統(tǒng)平臺，很多已經運行了數(shù)十年，只是不時的需要一些關鍵的維護，有些目前仍然在工作。
DCS的進化
歷經多年，DCS在很多方面取得了進步，但是某些基本概念仍然沒有改變。這些改進包括：
■運行人員與人機界面（HMI）之間的交互變得更復雜，主要是因為圖形處理功能更強大，而且運營人員如何獲取信息的意識也在不斷的發(fā)生變化。
■運行人員和人機界面的交互，引起了對運行人員在異常工況下如何工作的研究，這進一步提升了運行人員的工作效率。
■配置I/O的現(xiàn)場設備，增加了系統(tǒng)的數(shù)字化，擴大了可以提供的信息。
■資產管理平臺通過更直接的方式與維護系統(tǒng)連接，從而可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
■利用開放的商用硬件代替專有設備，盡管對于很多設備來講并不一定是理想的情況。
■報警管理系統(tǒng)依靠自己的實力，已經成為一個產業(yè)。
■支持與更大的企業(yè)網(wǎng)絡的集成，這種更復雜的集成可以傳遞更多的信息傳遞，但是隨之而來的是網(wǎng)絡安全的新問題。
■相對較新的程序自動化，仍然在研發(fā)之中，但是在幫助運行人員完成啟動、停機和可能發(fā)生安全事件的其它工況中，扮演著越來越重要的角色。
盡管有這么多的改進，但是有些設計和實施DCS系統(tǒng)的機制實際上并沒有變化：
■現(xiàn)場設備仍然利用接線盒和接線柜，通過硬接線連接到DCSI/O端子。
■每個卡件均有自己的端子，這就意味著可以連接15個點，在通訊可能中斷的地方提供輸入信號。
■現(xiàn)場設備只能和它們所連接的控制器通訊。
■為控制器和現(xiàn)場設備增加新功能，通常會使其更復雜，更難于組態(tài)。
■程序編寫完，直到硬件安裝完成后才可以調試，因為程序必須與終的配置一致。
只要工程保持相對簡單，傳統(tǒng)方式仍然可以工作，用戶就可容忍它的缺點。有些工廠利用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡解決現(xiàn)場布線問題，但是從更大的層面來講，數(shù)量仍然較少。
缺少標準化
近年來，項目及其所用的DCS系統(tǒng)越來越復雜，越來越昂貴。大型項目的成本越來越高，公司經常會碰到，因自動化平臺的終調整導致項目延后，新工廠推遲啟動的情形。不用多長時間，公司就會意識到每天損失的成本，而這一切都是不可避免的。系統(tǒng)缺乏標準部件，并且需要大量的工程師維護是其中的重要原因之一。
自動化工程師經常會發(fā)現(xiàn)，當系統(tǒng)成為啟動、實現(xiàn)盈利的關鍵路徑上的點時，任何延遲，都會使自己成為指責的對象。在過去很多年，盡管已經取得了很大的進步，但從用戶的角度考慮，DCS畢竟已經快40歲了，身形已經有點臃腫不堪了；但是目前還沒有切實可行的替代方案。用戶相信“會有更好的途徑”，但是，供應商還必須讓這個大胖子向前沖。
“大概5年前，我們開始使用電子接線柜，”艾默生過程管理項目管理辦公室的副總裁RogerFreeman說道，“緊跟其后的是整個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，所以整個工程實施可以獨立于硬件平臺開展，這樣工程實施就可以更靈活，成本更低。”
很多自動化公司意識到，DCS的設計及實施流程有些過于線性了。主要步驟必須按照串行順序完成，每一個步驟都必須等到前一個步驟的結束。任何一個環(huán)節(jié)的延遲，都會導致工廠后啟動時間的延遲，造成一定的損失。由于不可預期，工藝工程師在后期提出的任何變更需求，都會使情況變得更糟。
“自動化項目精益執(zhí)行（LEAP）概念正是將功能設計從物理設計中分離出來，在終階段將其結合在一起，”霍尼韋爾公司的Experion產品市場總監(jiān)JackGregg如是說，“對于新建項目來講，這是一個的方案，但是也可以用于現(xiàn)有項目的改造。”
從I/O硬件開始
現(xiàn)場接線和I/O，是問題的關鍵，因為它們必須針對每個現(xiàn)場，專門設計。如果現(xiàn)場設備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連接起來的線路敷設，如果想要修改任何東西，需要花費大量的時間和費用。艾默生、霍尼韋爾和橫河等公司都使用可配置的標準化I/O硬件以及現(xiàn)場安裝的機柜來組建新系統(tǒng)。
隨著更多的硬件標準化，更多DCS系統(tǒng)部件的設計可以同步進行。程序編寫也可獨立于硬件進行。串行設計和開發(fā)讓位于并行方式。剛性設計元素讓路于靈活性。
面臨的新挑戰(zhàn)
工程設計、實施方法的變化，已經改變了客戶和供應商討論項目的方式。問題不在集中于系統(tǒng)是否可以控制工藝過程。這方面已經默認沒有問題了。討論的中心轉移到更多的新功能以及采購成本、生命周期成本、復雜性、部署速度、穩(wěn)定性、適用性和壽命長短等方面。由于維護帶來的諸多問題，因此用戶希望有預見性地進行項目安裝和升級改造。
“由于多方面因素的限制，對現(xiàn)有項目改造進度方面的壓力要比新建項目大得多。”艾默生過程管理公司DeltaV平臺市場總監(jiān)ClaudioFayad說道，“煉油廠每隔6到7年大修一次，大修時間為30天。不管是新建項目、升級改造或者使其現(xiàn)代化，壓力都是使自動化工程項目更具有可預見性。”
增加人的因素
很多年來，DCS設計方面的討論，主要集中在技術方面。當然，運行人員也是藍圖的一部分，但是經常處于次要地位。由于勞動力方面所發(fā)生的變化，人員逐步成為其中更為重要的組成部分。
供應商基于人的因素，正在改變運行人員與系統(tǒng)之間交互的方式，這也經常會擴展到運行人員彼此之間的信息交流的方式。還有一個意義更深遠的重點在于人與人之間的合作，這可能是處于同一個主控室、也可能是位于不同大陸上的人員，彼此相互幫助解決問題。新技術支持這種類型的交互。
“通過觀察運行人員及其行為，獲取新的人機方案。”Gregg解釋道，“我們的新盤臺專門為運行人員設計，運行人員需要連續(xù)12個小時坐在盤臺處，監(jiān)控隨時可能變化的過程，并且可能在11.5小時的時候，做一個關鍵的決定。”所以我們問自己這樣一個問題，“怎么做才能使運行人員保持警覺，快速響應呢？”一部分的靈感來自于家具的設計，同時也要結合運行人員查看過程的新方式。
為未來保留靈活性
真正普遍關心的一個問題就是系統(tǒng)的壽命。盡管大多數(shù)基于計算機的設備的壽命都是幾年，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年甚至更長的時間。不論是供應商還是客戶，所做的任何決定都是以此為基礎。適應性和靈活性也需要考慮，因為沒有任何人真正的知道，未來會發(fā)生什么事情，會需要什么樣的改變。
“過去，我們會為控制系統(tǒng)定義一個模型，沒有太多的模糊性。”Fayad回憶道。“現(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，你可以使用總線、硬接線、無線或各種方式的組合。過去，工具只用于控制，而現(xiàn)在可將其用于控制、運行性能、維護、項目效率等方面，所以我們必須幫助人們理解這些差異及其對工作過程的意義。用戶喜歡獲得運行方面的效益，但是不喜歡面臨風險。”
“我們很多客戶，可能每隔數(shù)年才有轉型需求，所以控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性對他們的業(yè)務十分關鍵。”霍尼韋爾公司的市場經理Marjorie Ochsner指出，“所以當你討論投資或實施新的有價值的革新時，我們總是尋求某種合適的方式，既可以實現(xiàn)客戶的目標，還不需要停止過程。我們將其稱之為連續(xù)性創(chuàng)新。”
我們的朋友DCS，仍然是一個可以信賴的公民，雖已人到中年，但仍然準備面對的挑戰(zhàn)，旨在為用戶提供更簡單和更靈活的系統(tǒng)。
?。ㄔ臉祟}：未來的DCS 系統(tǒng)將駛向何處？）
