可编程逻辑控制器

现代控制器简化升级

传统的工业自动化系统最终必须被撕开、更换或升级。查看使用现代控制器升级的四个挑战和五个好处。
作者: Vibhoosh Gupta 2020年1月7日
礼貌: 爱默生

许多消费者对他们的移动电子产品和相关应用程序的频繁升级感到满意。即使对于一些更昂贵的消费品,如大屏幕电视,最便宜和最简单的前进道路是丢弃有问题的商品并购买新的。然而,工业自动化机械和系统的情况大不相同。

工业设备可以运行几十年。选择了许多机械元件,因此可以轻松重建或替换它们。然而,用于此类设备的自动化系统硬件和软件可能变得难以维护,导致计划外停机时间增加。

当自动化系统变得不可支持时,或者希望在之前,用户面临着撕开、更换、升级和整合一个新的自动化系统。这两种现代化选择可能都很困难、耗时且昂贵。然而,一些供应商已经开发了更新的控制器和自动化平台,并考虑到了最终用户升级路径。这使得在保护现有投资的同时进行自动化系统升级更具吸引力。

图 1: 自动化升级工作通常必须应对空间限制和难以返工的脆弱线路, 因此,任何能够升级以重新使用现有布线和 I/O 模块的平台都是最佳选择。礼貌: 爱默生

图 1: 自动化升级工作通常必须应对空间限制和难以返工的脆弱线路, 因此,任何能够升级以重新使用现有布线和 I/O 模块的平台都是最佳选择。礼貌: 爱默生

控制器升级的驱动因素

一个工业自动化系统,即使有合理的备件和熟练的专业知识,也只能在有限的时间内运行。升级决定中有许多原因:

  • 缺乏产品可用性
  • 过度停机
  • 生产力下降
  • 失去的知识
  • 劳动力停滞
  • 网络风险增加。

缺乏可用的备件是促使升级的一个明显条件。不仅专业工业硬件难以获得,PC 子部件、操作系统 (OSs) 、配置软件包和驱动程序也是如此。

老化的自动化系统更容易出现故障,故障会导致停机时间增加。即使传统系统可以继续运行,它们也可能不利于在峰值容量下运行。用户增加生产力的机会也更少 -- 提高改进,如移动可视化、远程监控和高级结果优化控制。

从人力资源的角度来看,有两种微妙但相关的力量在推动升级。第一个问题是由于退休的员工失去了知识,他们拥有传统的特定技能,很难转移到新员工身上。第二种可能是劳动力停滞的一种形式,年轻员工寻求在现代系统上工作,并将避免被视为死胡同的职位接管遗留系统。

对于在网络连接激增之前设计的遗留系统来说,一个常见的网络攻击弱点是不可避免的问题,但现在这些系统可能连接到互联网或其他能够影响操作的系统。

图 2: 升级提供了现代的硬件和软件平台,当它们可以以简单的增量执行时,它们让用户以渐进的方式采用架构和网络改进。礼貌: 爱默生

图 2: 升级提供了现代的硬件和软件平台,当它们可以以简单的增量执行时,它们让用户以渐进的方式采用架构和网络改进。礼貌: 爱默生

有时传统自动化系统被称为 “经典”,就好像它们是一架博物馆质量的 50 年前的飞机或汽车。然而,支持遗留系统的现实是,这种努力可能是低效率、成本和浪费精力的螺旋式下降。在达到这一点之前,应该研究、确定和商定升级路径。

迁移还是升级?相似还是更好?

当用户研究遗留自动化系统达到寿命终止的前进道路时,他们必须考虑硬件和软件。硬件升级在概念上很简单,但是字段约束会使它们很难实际执行。当涉及多重控制、可视化和通信配置时,软件升级是复杂的。术语迁移和升级有时可以互换使用,并且它们之间存在灰色区域。

Rip-and-replace 迁移丢弃所有现有的硬件和软件,从零开始完全替换它。重新设计工作可能包括添加和删除函数。有时迁移使用软件和过程,试图以类似的方式一对一转换功能。

另一方面,升级意味着使用当代手段和方法对系统进行重新思考。它可以被执行为更多的进化,以可控的速度进行,而不是剧烈的变化。

在某些情况下,平衡升级解决方案是可能的,并提供了更好的方法。理想的场景是将现有的硬件、软件和网络元素升级到能够以最少的努力直接操作现有代码的当代平台。这确保了以最小的风险快速、直接执行的迁移,同时通过支持未来的升级来抵御系统的未来。

四个潜在的升级问题

虽然最终用户可能不乐意处理老化的遗留系统的后果,但他们也明智地考虑升级可能带来的困难。

当设计一个自动化系统时,它需要几个学科的协调努力,包括那些了解机械或工艺设备、电气设计师、程序员和安装人员的学科。对于升级,需要许多相同的技能以及仔细的现场协调,以最大限度地减少操作影响。

工业自动化升级的四个典型挑战是:

  • 形状因素限制
  • 现场布线适配
  • 软件代码转换的影响
  • 由前三项结果造成的停机时间。

现有的自动化系统通常位于空间受限的机柜中,设备区域的工作空间可能最小。幸运的是,许多较新的自动化组件比他们更换的传统部件更小,运行也更凉爽。有些设计适合完全相同的占用空间,这对于减少升级期间的停机时间至关重要。

即使有足够的空间,现有的现场布线也可能很难返工、易碎且没有很好的标记。涉及现场布线会消耗大量的现场劳动力并带来风险,需要手动重新检查每个回路。因此,任何允许现场布线尽可能保持在适当位置的方法,例如重用现有输入/输出 (I/O) 模块的能力,都提供了最佳选择。

图 3: 实现提供简单升级路径的好处, 艾默生设计了最新的 RX3i 平台,其占地面积与现有的 90-30 个系统相同,并接受传统和新的 I/O 模块。礼貌: 爱默生

图 3: 实现提供简单升级路径的好处, 艾默生设计了最新的 RX3i 平台,其占地面积与现有的 90-30 个系统相同,并接受传统和新的 I/O 模块。礼貌: 爱默生

为升级翻译软件代码通常被认为是一个重要的未知数。现有的控制和监督程序已到位、运行并经过测试。任何需要重新编码的升级路径都需要程序员付出巨大的努力,带来风险,并且可能需要一个完整的系统重新测试 -- 就像系统最初委托时一样。在某些情况下,可能无法确定原始的功能定义作为基础,或者可用的源代码注释不当。

在割接和实际连接之前,很难完全评估翻译软件的有效性。割接过程中发现的问题会导致长时间的停机时间。这就是为什么成熟的代码转换实用程序如此重要,它使用户能够执行一键式传统程序升级。

五个好处大于努力

较新的工业自动化平台比传统系统提供更高的性能、安全性和可用性。针对升级挑战的特定功能的现代控制器可以使改变控制平台的最终决定变得更加容易 (见侧栏)。

尽管面临挑战,但升级仍有许多好处,包括:

  • 提高生产力
  • 降低运营成本
  • 增强体验
  • 加强网络安全
  • 新获得的见解。

当前的处理器和软件代码是部分原因,而最新的架构进步可以提供冗余和可扩展性,这在旧平台上是不可能的。因为现代硬件、软件和网络更加可靠和可访问,这导致了成本的降低。

当代工具和标准通常比传统系统更容易使用和更灵活,但是仍然建议对更新平台的用户进行培训。

更难量化但肯定重要的是由升级的自动化平台产生的可用见解。扩展诊断可以帮助用户更好地操作他们的系统,更快地发现问题,并更有效地排除故障。改进的连通性意味着更容易分析可用数据,甚至实现移动和远程可视化,以帮助用户有效地操作。

现代控制器简化升级

任何保持足够长时间运行的工业自动化系统都将成为控制平台现代化的候选者。最终用户必须将摇摇欲坠的遗留系统增加的成本和风险与预计费用和现代化的潜在困难进行比较。

一个典型的选择,虽然昂贵且有风险,但是硬件和软件完全改造的剧烈迁移。对于一个更平衡的方法,终端用户应该考虑自动化平台提供硬件和软件升级路径,使快速执行和提供扩展的未来能力。这为确保快速切换提供了风险最低的方法,使平台能够经得起未来考验,并使添加其他改进 (如远程访问) 变得可行。

控制器升级示例: 针对升级挑战

当技术被设计为向后兼容时,这可以增加升级旧系统的便利性。向后兼容性的缺点是有容纳太多传统技术并降低新系统性能和功能的风险。当较新的系统可以接受较旧的连接和编程,同时启用扩展的功能集时,这两个世界的最佳结果就出现了。

一些供应商仔细考虑他们系统的升级路径,因为它为他们的客户提供了好处。艾默生的机器自动化解决方案业务部门采用了这种方法,从通用电气收购了最新的可编程逻辑控制器系统。

许多现有客户都有通用电气 90-30 plc 在运行。最新的艾默生 PLC 产品是 RX3i 平台,它还包括复杂的结果优化控制器 (OOC)。

艾默生确保较新的平台使用与旧平台相同的占地面积和安装孔。此外,底板具有双连接器,可在同一机架上接受现有的传统 I/O 模块或较新的 I/O 模块。

使用这些升级组件的最引人注目的特征是软件转换实用程序,它允许现有代码在新平台上运行而不进行任何更改。升级完成后,用户可以以自己的速度添加高级功能。

应用说明

汽车制造商使用升级路径实现了以下业务结果。第一次全面系统升级计划为期三天的周末停机,涉及 150 个可变频率驱动器 (VFDs) 和 32 个传统 I/O 节点。即使将传统的 I/O 通信协议转换为 Profinet 远程 I/O,实际的升级也需要六个小时。

结果是积极的,使团队能够在午休时间将传统控制器升级到新平台的持续策略,这为其他维护活动释放了更长的停机时间。

Vibhoosh Gupta是投资组合的领导者艾默生机器自动化解决方案业务单元。由副主编 Chris Vavra 编辑,yabo2009,CFE 媒体Cvavra@cfemedia.com

更多答案

关键词:控制器、控制升级、系统迁移

控制器升级由于技术的进步变得更有吸引力,这使得制造商的过程更加容易。

升级的理由包括现有产品供应短缺、网络安全问题和运营成本降低。

关注原因包括转换问题、现场布线问题和增加的停机时间。

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什么是您在决定升级控制器系统时面临的最大挑战?


Vibhoosh Gupta
作者简历:Vibhoosh Gupta 是艾默生机器自动化解决方案业务部门的产品组合领导者,负责管理其控制系统、操作员界面、工业 PC 以及工业物联网软件和硬件产品组合。