作者 | Kevin Finnan

如果计划得当，对仪器和控制系统进行智能改造（即使涉及大规模系统迁移），可以在预算范围内按时从一个阶段到另一个环节，帮助企业显著改进业务。新工具使转移更容易，成本更低。I/O与标准智能接线箱相结合，可将文档开发降低80%，布线设计降低90%。

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智能仪表和控制系统三种典型解决方案

与棕地或绿化工程相比，工厂智能工程的挑战在于严格控制施工顺序。在许多情况下，“更新仪器”项目必须在有限的关闭窗口内工作。仪表更新可指拆换现场仪表，也可指拆换所有仪表和控制系统。与更灵活的新项目不同，更新仪表项目也必须在正在运行的工厂建设，并面临由此产生的所有风险和限制。

三种典型的智能解决方案包括：逐步升级、从其他品牌的系统迁移和现场仪器拆卸。

1.逐步升级实现工厂智能化

与完整的系统更新不同，逐步升级是指根据组件的更新。例如，人机界面（HMI）在控制板不停机的情况下逐一更新。另一个例子是更换控制板，监督特定区域，不终止其他控制板。逐步升级的主要好处是尽量减少对生产时间的损害，降低成本，完全停止风险。根据终端用户的生产和维护计划及其预算，可以确定更新方案。

完成上述目标的核心技术是旧软/硬件与新软/硬件协调共存的水平。例如，在分布式控制系统中（DCS）升级后的工作站可以通过新的控制器浏览当前的传统控制板。此外，即使现场控制器和其他HMI站使用旧版本的软件操作，也可以保持在线生产和监控水平。DCS经销商称之为渐进适配。

在八个或更多的物理工作站和云服务器系统中使用逐步升级的方法时，应注意虚拟化的计算机财产。虚拟技术可以根据主机托管减少物理工作站和云服务器的总数。虚拟化带来的好处包括降低硬件占有率、降低能源成本、简化系统管理、降低总拥有率、提高系统可用性以及尽快从故障中恢复能力。

如今，大多数DCS硬件和相关部件(如历史数据库、资产管理系统和OPC服务器)都可以升级为虚拟环境。例如，DCS可以利用高可用组进行虚拟化，具有自动故障转换多余、虚拟机即时转移、优化安全、专用存储、灾难尽快恢复等优点。

2.从其他品牌的控制系统转移

大多数DCS供应商和许多系统集成商都为竞争对手系统建立了全面的系统迁移对策。“升值转移过程”是一种多环节的方法。除系统迁移过程外，还包括可行的研究和现场调查及其差距分析，明确不足，提出有效的旅行策略，评估利润改善和回报率（ROI）。系统迁移专家参与了这个过程的所有环节。

例如，将应用程序传输到传统系统端子面板的独特编组面板和适配器电缆，并使用键入/导出转移选项（I/O）用控制板代替传统的控制器和工艺插座模块。

系统供应商和集成商还开发了将软件开发信息从第三方系统转换为替换系统中的工程数据库的各种数据库转换工具。根据项目经验，应用转换工具可以节省20%以上的工程成本。

3.拆卸和更换现场仪器

现场仪器，如执行器、流量计和变送器，占仪器和工业控制运行成本的很大一部分。如今，数字智能过程自动化系统和连接的现场仪器比传统系统能解决更多的问题。工厂运营商可以利用人工智能、预测维护、仪器和过程的整体诊断等服务。良好的投资包括初始工厂的智能规划和设计，以验证控制方案，修订和优化控制方案，确定如何最好地实施和推广控制系统，并部署最新技术。

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选择合适的关键自动化承包商

建议选择关键的自动化承包商（MAC）实施仪表更新项目，因为MAC能保证最好的团队，需要专业技能。应用知识丰富的团队来定义项目类别，可以及时交付项目，降低跳电或停机的风险。丰富的应用知识团队可以定义项目类别，及时交付项目，降低跳电或停机的风险。MAC可以为自动化合作伙伴提供前端工程设计（FEED）从详细的设计和施工、启动和转移操作到一揽子解决方案和服务。

▲图1：更新的硬件和软件技术可以简化智能流程的成功实施。

除MAC定义外，还有终端用户和系统供应商共同开发的其他项目实施方法。例如，灵巧的项目采用并行程序替代传统的瀑布式方法。在瀑布式中，项目在串行路径上实施。

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开发仪器和控制系统架构

与初步现场调查一样，在开展项目之前，必须制定初步的系统架构。这种结构不是一成不变的，必须在FEED研究期间不断更新。

有时，可能找不到准确的电路图和平面图，但也可能在技术人员维修的个人文件中找到。它们是明确历史数据变化的关键，以确保新的控制系统提供与替换系统相同的功能。

终端用户和系统供应商或集成商根据合作保证对流程和仪表图的深入理解（P&ID）、在DCS和安全仪表系统中测量和控制方案（SIS）实施此计划。对于后者，所需的文件包括危险性和易操作性分析（HAZOP）分析保护层（LOPA）。

▲图 2 ：包括上述流程在内的智能项目手册成功实施。

在现场调查和FEED研究期间，有必要识别任何机会和风险。优化的控制方法增加了更高的可靠性和更严格的控制。

安全仪表系统通常与过程管理相结合，安全和过程逻辑在同一CPU(DCS或DCS)PLC）中完成。IEC保护系统的隔离是IEC 61511的一项规定，其中防护系统应仅限于安全关键财产。在早期的现场调查过程中，它将是识别现有安全系统是否过时的重要组成部分，以及其实施安全功能。

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定义仪器更新项目的类别

仪表更新项目是马拉松而不是短跑。仪表更新团队应保持对项目完成和项目成功水平的清晰愿景。识别所有财产提升的驱动因素和优先事项，也有助于规划和明确仪表更新项目的范围。

由于其范围随时变化，工厂仪表更新项目往往令人苦恼。为了确保项目的成功，必须有一个完善的变更管理体系，允许以有序的方式处理变更，并尽量减少对资金和进度的危害。除工程变更外，变更管理过程还必须考虑机械故障、计划外关机或计划内电厂关机延误等问题。

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推广系统I/O技术

自数字控制系统出现以来，过程键入/导出（I/O）设计经历了几次重要的技术进步。如今，过程和安全I/O可以智能化，软件可以配置。光纤电缆和无线通信技术可以取代传统的多芯仪表电缆。

传统上，控制系统使用特殊的硬件模块，一个模块只由同一类型的I/O组成，如模拟输入或离散导出。如今，软件可以配置模块，可以按点给I/O。

可将工程与现场布线和硬件安装分开，这类硬件开发可简化工程实施。结合上述灵巧的项目实施方法，硬件开发可以带来明显的成本节约，降低项目进度的风险。

使用边缘软件可以配置I/O，编组可以完全消除，布线可以减少80%。

▲图3：了解各种自动化元件的典型生命周期，有利于规划未来的升级。

现在很多公司都给出了标准化的“智能接线箱”，主要包括不同数量的I/，可以通过软件配置O。根据此类标准部件的布置，项目团队可以消除定制I/O面板所需的设计、文件和测试。

将智能接线箱与灵活的项目实施模式相结合，可在项目实施过程中的所有时间段进行机柜交付、撬装集成和接线端接。即使在最后一刻，范围的变化也不会导致项目延迟。考虑到实施灵巧项目的项目解耦，现在甚至可能需要工厂验收和测试（FAT）。

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重用当前布线、端子和编组柜

一种经济理念是尽可能多地重复使用现有的布线、端子和编组柜。I/O面板和布线是仪表和控制系统中使用寿命最长的部件之一。即便如此，项目团队还是需要系统地评估配电箱和布线，尤其是在腐蚀环境中，因为腐蚀环境会大大降低使用寿命。

为了将现有的布线传输到新系统，许多系统供应商和集成商都制定了I/O适配器模块。该类定制硬件的ROI应与上述智能接线箱的ROI进行比较，以进行测量。

新的I/O技术、智能接线箱和项目实施模式也可以结合使用，实现现场仪器认证、关联、配备、评估和文档编写过程的自动化。与传统方法相比，新方法将项目团队的调整时间降低95%以上。此外，它还可以减少80%的图纸和90%的布线设计任务。

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用于仪表提升的工程项目合作工具

许多系统供应商为复杂的集成项目带来了工具，使项目团队能够在国际范围内合作。

在DCS转移项目中，软件环境可以促进项目的实施、系统集成和现场实施。尖端的专业软件可以对所有控制系统项目的不同阶段及其电厂生命周期的运行、运行、维护、扩展/更新产生清晰和信心。

这些工具创造了一个完整的工程环境，具有新的数据库结构，可以提供标准化和一致的信息，保持详细的数据，消除设计信息和实际系统之间的不一致性和管理变化，并支持系统的生命周期。此外，新工具有利于重用有意义的工程设计，消除以下项目的重复工作。

目前，仪器和控制系统更新项目团队在硬件、软件和项目管理方法方面有许多新技术。I/智能和可软件配置O，结合标准和智能接线箱，文档开发可以减少80%，接线设计可以减少90%。当MAC和敏捷项目实施模式与全球工程软件一起使用时，将有助于维护项目细节，完成变更管理，控制成本和进度风险。

凭借丰富的经验和技能，这些技术的实施将能够在预算范围内按计划实施项目，并在近期和系统运行寿命内产生显著的业务改进和优异的投资回报。