丁寧

(天津渤化永利化工股份有限公司，天津300452)

1 工業(yè)控制系統(tǒng)簡介

1.1 PLC

可編程邏輯控制器 (Programmable Logic Controller)，是專為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計的一種數(shù)字運算操作電子裝置，采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。

1.2 DCS

分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System），在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。是相對于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計算機控制系統(tǒng)，它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來的。

1.3 FCS

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System），用現(xiàn)場總線這一開放的、具有互操作性的網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場各個控制器和儀表及儀表設(shè)備互聯(lián)，構(gòu)成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，同時控制功能徹底下放到現(xiàn)場，降低了安裝成本和維修費用。因此，F(xiàn)CS實質(zhì)上是一種開放的、具有互操作性的、徹底分散的分布式控制系統(tǒng)。

2 控制系統(tǒng)升級的必要性

2.1 設(shè)備老化

工業(yè)控制系統(tǒng)主要由控制器、卡件、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、操作站/服務(wù)器、人機界面組成。工業(yè)控制系統(tǒng)主要組成部分均為電子產(chǎn)品。隨著使用年限的增加，電子產(chǎn)品會因為工作溫度、濕度等環(huán)境因素或者受外界電壓、電流等因素造成內(nèi)部元器件損耗，造成設(shè)備隱患增多，故障率增加。

2.2 系統(tǒng)容量以及負荷限制

在項目建設(shè)初期，設(shè)計方、業(yè)主方以及工業(yè)控制系統(tǒng)提供方會將項目規(guī)模、相關(guān)規(guī)范、項目中遠期規(guī)劃、工業(yè)控制系統(tǒng)本身的產(chǎn)品特點相結(jié)合，在控制系統(tǒng)成套過程中對系統(tǒng)容量做一個估算，項目建成初期，系統(tǒng)容量通常都會有10%～20%的備用通道，DPU以及服務(wù)器的CPU負荷都會嚴格控制在一個合理的水平之內(nèi)。但隨著項目的投用，一些技改技措項目以及小規(guī)?；椖繒鸩皆黾?，加上日常使用過程中個別通道會因為各種因素損壞，控制系統(tǒng)的備用通道會初步減少，同時控制器DPU以及服務(wù)器的負荷會逐步增加。

2.3 計算機技術(shù)的發(fā)展

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，無論是計算機硬件還是軟件都面臨著更新?lián)Q代。以霍尼韋爾PKS300系列產(chǎn)品為例，PKS300產(chǎn)品需要安裝在WINDOWS XP以及WINDOWS SERVER 2003，但目前兩款產(chǎn)品微軟公司均已經(jīng)停止技術(shù)支持。這就意味著操作系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)將無法獲得更新和修補程序，同時將無法滿足合規(guī)性要求，風險隱患大。

并且隨著微軟推出新一代的操作系統(tǒng)，計算機硬件廠商服務(wù)器，操作站配置等也在更新，原有型號的服務(wù)器、操作站停產(chǎn)，新型號的服務(wù)器、操作站機型無法安裝上一代版本的操作系統(tǒng)。這就意味著我們的工業(yè)控制系統(tǒng)的服務(wù)器、操作站出現(xiàn)問題，市場上沒有適合的產(chǎn)品供我們選擇使用，造成服務(wù)器、操作站等備件支持困難，風險隱患增大。

2.4 新工控系統(tǒng)采用最新技術(shù)，會提升工作效率

隨著新的工控系統(tǒng)的推出，系統(tǒng)廠家會對過去的功能進行優(yōu)化完善以及推出新的功能，為操作人員以及管理人員在日常操作、設(shè)備檢修、基礎(chǔ)管理方面帶來極大便利。

3 控制系統(tǒng)升級的兩種方案類型

整體更換：相當于將整個項目推倒重建。此種升級改造可以不限控制系統(tǒng)的廠家?？梢愿鶕?jù)過往使用情況合理的選擇新的系統(tǒng)廠商。但此種升級方式對時間以及資金成本要求較高。

部分升級改造：僅僅對出現(xiàn)問題較多部分進行升級改造，目前此種改造通常指針對軟件部分以及HMI層面進行升級，部分廠商由于系統(tǒng)兼容性問題會更換部分控制系統(tǒng)，但整體IO卡件部分保留?？紤]到兼容性問題，此種升級方式只能與原廠家合作開展。此種方案整體價格較低，改造難度相對較小。但與項目整體更換相比，因只能與原廠家合作，業(yè)主議價能力較低，產(chǎn)品單價相對偏高。

這種升級方式有如下好處：延長系統(tǒng)安全服役時間；使用最新技術(shù)；避免全部推倒重建；保留現(xiàn)場設(shè)備和接線；保留現(xiàn)有邏輯程序；人員培訓需求最小化；時間成本以及資金成本低。

通過與不同工控系統(tǒng)廠商溝通，目前絕大部分最終用戶通常都會選用第二種，也就是部分升級改造的方式。這與我國目前大中型工控系統(tǒng)使用現(xiàn)狀吻合。我國大部分使用大中型工控系統(tǒng)的最終用戶使用系統(tǒng)的時間通常在15a之內(nèi)，在良好的基礎(chǔ)管理前提下，通常工控系統(tǒng)的核心部分如DPU、IO卡故障率很低，而且這類備件系統(tǒng)廠商可以提供一個較長時間的備件供貨周期。絕大部分問題出在PC機上，所以針對PC機以及軟件的部分升級成為了絕大部分最終用戶的選擇。

4 何時進行應該進入升級改造

升級改造的最佳時機要與系統(tǒng)升級改造的立項初衷想結(jié)合，選取最佳時間節(jié)點。

升級改造之前首先要明顯了解目前工況系統(tǒng)的運行狀況，選擇整體升級或者部分升級；要與系統(tǒng)廠家充分溝通確定升級所需要的時間；要充分了解廠家最新的軟件平臺，通常在軟件平臺剛更新的2a左右是一個比較好的時間，一是因為軟件經(jīng)過2a的使用，廠商有針對性的對軟件在使用過程中的不足進行了更新，系統(tǒng)更加完善，二是因為軟件平臺通常有10a左右的生命周期，此時選擇留給最終用戶自己有效的使用周期時間更長。

例如某大型企業(yè)使用的和利時以及霍尼韋爾系統(tǒng)前后幾次就升級問題與廠家進行了溝通，為的就是解決微軟停止對XP/Server2003的更新以及PC端故障率高、備件采購困難的現(xiàn)狀。

在2017年上半年的溝通過程中，和利時給出的方案中系統(tǒng)軟件是建立在微軟WIN7平臺上的，眾所周知，微軟已經(jīng)宣布將在2019年停止更新WIN7系統(tǒng)，而且此時市場上支持WIN7系統(tǒng)的PC機的供給數(shù)量已經(jīng)呈下降趨勢，此時如果選擇系統(tǒng)升級，必然不是一個最優(yōu)選擇。升級后的不久，就會面臨微軟系統(tǒng)的停止更新以及PC機采購愈發(fā)困難的狀況。后來再次溝通過程中和利時表示已經(jīng)就WIN10平臺下的工控系統(tǒng)進行最終測試，新產(chǎn)品即將上市。所以在2017年上半年就不是一個和利時系統(tǒng)選擇升級的最優(yōu)時間，原系統(tǒng)在經(jīng)過可靠性的評估后，可以選擇適當延遲升級時間等待新產(chǎn)品。目前和利時最新工況系統(tǒng)已經(jīng)在WIN10平臺下。

2018年年中，某大型企業(yè)在與霍尼韋爾廠家溝通升級方案的時候，霍尼韋爾給出的軟件平臺是 WIN10以及 Server2016，WIN10支持到 2026年10月，Server2016支持到2027年1月，市面上支持這兩款軟件平臺的PC機是市場上的主流產(chǎn)品。此時選擇升級就是某大型企業(yè)選擇系統(tǒng)升級的目的有機結(jié)合在了一起，有效的解決了XP，以及Server2008停止更新帶來的安全隱患，也解決了PC端故障率高，備件采購困難的問題。而且留給自己的工控系統(tǒng)有效生命周期較長。

5 如何延長使用工控系統(tǒng)使用周期

5.1 建立完善的管理機制

嚴格控制控制室的溫度、濕度、粉塵外部環(huán)境，定期對機柜接地等進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時整改。給我們工控系統(tǒng)一個優(yōu)良的運行環(huán)境。

5.2 建立完善的備件體系

工控系統(tǒng)可以分為兩部分，一部分是服務(wù)器、操作站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等第三方設(shè)備，另一部分為控制器、IO卡等工控廠家自己生產(chǎn)的核心部分。第三方設(shè)備受軟件更新、自身設(shè)備老化等因素影響較大，而且此類設(shè)備故障相對較多，產(chǎn)品周期短。建議此類設(shè)備可以根據(jù)工控系統(tǒng)規(guī)模盡可能的多儲存?zhèn)浼?。而且要注意此類設(shè)備的存儲環(huán)境，防止設(shè)備在存儲過程中的損壞。工況系統(tǒng)廠家自身的控制器、IO卡等生命周期很長，大部分工況廠家一般都會提供20a以上的產(chǎn)品備件。且在沒有外界因素干擾下產(chǎn)品本身故障率很低。此類設(shè)備的備件比例可以相對降低。

5.3 深入了解市場和產(chǎn)品，大膽創(chuàng)新嘗試，突破廠家限制壁壘。

目前市場上已經(jīng)采購不到DELL、HP等品牌的支持XP系統(tǒng)的全新的操作站，但如研華等品牌的工控機目前仍有支持XP系統(tǒng)的機型，并且在研華工控機上已經(jīng)安裝了西門子STEP7/WINCC，和利時MACS6等軟件，經(jīng)上線試驗成功。其他品牌工況軟件正在測試中?；谟⑻貭朇610芯片組的DELL730服務(wù)器目前市場上仍有售，英特爾C610芯片組是支持Server2008的。雖然服務(wù)器型號與目前使用的服務(wù)器型號不一致，但工況軟件應該只對操作系統(tǒng)有要求，對服務(wù)器機型無要求。如經(jīng)過測試，可以將此種方案作為應急方案使用。

總之，從文中我們可以看出：工控系統(tǒng)的升級是一個必然選擇。作為技術(shù)人員以及管理人員需要做的就是在安全的前提下盡量延長現(xiàn)有工控系統(tǒng)的使用周期，結(jié)合工控系統(tǒng)運行情況、企業(yè)現(xiàn)狀、操作系統(tǒng)以及工控系統(tǒng)版本更新等幾方面因素，優(yōu)化工控系統(tǒng)選擇時間點的選擇。