Specialty Chemical Plant DCS Upgrade - 精细化工厂DCS升级

客户使用的是过时的横河分布式控制系统（DCS），而且没有本地支持。作为一家高危险性化学品的制造商，他们深知其过程控制存在操作和安全风险、维护挑战以及意外停机的可能性，所有这些问题都不容忽视。他们的目标不仅是可靠、稳健、安全，而且是支持他们数字化转型目标的DCS平台。

在当地经销商Agilix Solutions的帮助下，客户选择了罗克韦尔自动化的PlantPAx DCS，并计划独立实施该项目。然而他们很快意识到，所需的时间和内部资源将大大延迟迁移的完成。LSI因此得到了一个绝佳的机会，与罗克韦尔的Encompass合作伙伴合作，提供一个全面的解决方案，满足客户的需求，并与他们的发展计划保持一致。

LSI采用了DCS≡RIGHT方法，这是一个经过验证的流程，可以简化从传统控制系统到现代DCS的迁移过程。通过使用这种系统化的方法，我们能够最大限度地减少停机时间和风险，保持良好的沟通以消除意外和代价高昂的错误，并确保项目在预算范围内如期完成。

全面系统评估

在探索阶段，LSI倾听了客户的需求，并为新的DCS制定了愿景。然后，LSI对当前控制系统进行了完整的评估：

• 记录现有的控制系统架构并识别风险点
• 确定如何最大限度地提高操作性和可靠性
• 探索纳入新技术和优化系统的机会
• 确定如何减少停机时间并保持生产连续性

评估过程中发现了一些风险和挑战：

缺乏对传统横河DCS的支持

• 没有本地技术支持
• 集成商/第三方支持有限
• 当地没有分销商

内部知识

• 依赖内部知识造成的业务风险
• 
  • 没有电气图纸，没有I/O图纸，没有电机控制图纸
  • 没有标签命名标准
  • 没有记录的控制叙述/功能规格

缺乏DCS分段

• 现有的横河DCS有三个控制器
• 没有针对控制器的过程分段
• 输入/输出被连接到最近的控制器
• 导致系统无法停机进行维护
• 任何故障都可能导致整个工厂停产

繁琐的自动化

• 难以改变自动化策略
• 传统DCS中不存在模块化代码
• 没有真正的“批处理”程序——只有一个序列表
• 需要大量手动操作来修改编程

LSI深悉PlantPAx系统的能力，在评估期间发现了许多改进的机会：

• 实现数字化转型：
  • 为将来MES集成到ERP系统做好准备
  • 为将来的维护系统集成做好准备，以便进行预测性维护或基于条件的维护
  • 自动化批次报告将淘汰纸质批次表
  • 为将来从ERP系统自动创建批次和管理配方做好准备
• 更好的流程改进工具
  • FT Historian可提供洞察力和改进意见
• 模块化编程
• 
• 实施ISA-88编程——CM、EM、阶段
• 低代码/无代码的批量灵活性，工艺工程师无需专门的控制工程师帮助即可进行维护

设计基础文档

LSI利用我们在系统评估期间所学到的知识，组建了一个专门的团队，并编制了文件，为正确执行DCS迁移提供了高层次的实施计划。

• 制定了整体项目范围、时间表和预算
• 与罗克韦尔Encompass合作伙伴一起评估并确定了要使用的具体技术
• 创建了用户需求规范文档
• 使用PlantPAx系统估算器（PSE）来开发和确定系统规模
• 设计基础包括：
  • 总共3,850个输入/输出
  • 750个模拟
  • 3,100个离散
  • 六对冗余的L85EP
  • 冗余的PASS服务器
  • 冗余的FT批处理服务器
  • 冗余的ThinManager服务器
  • FT Historian
  • Stratus ftServer

相关人员的参与

组织相关人员的参与是任何成功的DCS迁移项目的关键部分。首先要花时间与操作人员（维护技术人员、工厂操作员等）沟通。我们倾听他们遇到的独特问题，记录他们的工作流程，并记录系统的功能要求。

我们还创建并实地验证了遗留设备的图纸，以确保工厂细节的准确性和时效性。客户方的相关人员在早期就经常参与其中，这培养了他们对解决方案的强烈主人翁意识。这种参与延伸到组织内的各种角色，包括：

• 工艺工程师——功能方面的意见
• 操作员——人机界面外观/感觉、定制要求
• 机电/维护人员——可靠性设计、标准部件
• 运营调度人员——停机和调试计划

底线是我们优先考虑客户，因为我们要做的是对系统运行人员有意义的事情，而不是对控制工程师有意义的事情。

详细设计

前期工作完成且客户同意后，我们就开始为新系统制定计划。这包括硬件图纸和软件配置的功能规范文件。在设计和开发过程中，我们定期与客户进行沟通，以避免错误的假设，并允许客户提出意见和进行调整。

详细设计包括：

• 功能规格——34份文件
• 电气图纸——310张图纸
• 人机界面显示器——250台显示器
• 软件：
  • 控制模块——2,010个
  • 设备模块——166个
  • 阶段——260个
  • 配方——35个

设计完成

在这一步骤中，我们制作了12台独立的控制柜，配置了软件，开发了流程模拟和测试计划，并对新的DCS配置进行了内部测试。值得注意的是，我们进行了100%的内部测试！

我们还一路与客户完成了中间配置审查，确保我们达成一致——确保工厂验收测试中不会出现意外。

工厂验收测试（FAT）

我们在LSI的场地内进行工厂验收测试，以尽量减少对客户团队“日常工作”的干扰。我们会对系统进行全面模拟，供客户批准。验证是DCS≡RIGHT的一个重要组成部分，因为我们相信，这可以消除启动过程中的紧张气氛。

FAT的重点：

• 参与设计的工程师随时准备将任何更改实时纳入其中
• 在FAT之前，100%的软件经过LSI测试
• 记录在案的测试计划事先得到了客户的批准
• FAT按每个流程领域划分
  • 完成了六个FAT
• 根据功能规格以及客户资源的内部知识对软件进行测试
• 使用检查表和进度跟踪来确保准确性和及时性
• 邀请工程师、操作员和维护人员参加FAT，以保持参与性和连续性

施工与软件配置

一旦系统经过全面测试并获得批准，我们就冻结配置并执行计划，更换旧硬件并实施新的软件配置。

在这个项目中，施工和调试分为五个独立的停工期，以尽量减少对生产的影响。这就需要进行更多协调，并提供临时I/O映射，以促进多阶段调试。

施工分为以下阶段：

• 第一阶段——控制网络基础设施
• 第二阶段——以太网电磁阀汇组——800 I/O
• 第三阶段——7个单元操作——1,050 I/O
• 第四阶段——4个单元操作——850 I/O
• 第五阶段——5个单元操作——1,150 I/O

I/O/静态检查

在新的DCS安装后，我们对新控制系统的所有现场设备进行了测试，以确保运行成功和系统可靠性。这就是DCS≡RIGHT的方式。

全面系统调试

在调试过程中，LSI与客户一起在现场提供支持并运行整个过程。该项目分五个阶段进行调试，以尽量减少对生产的影响。通过临时编程，传统的DCS可以与新的PlantPAx DCS一起工作。调试了35种不同的批次配方——所有这些配方都面临着无法进行“测试”的重大挑战。我们的目标是在第一批生产出可销售的产品。我们很高兴地告诉大家，第一批产品取得了成功，避免了昂贵的废品！

项目后期支持

LSI提供了全天候支持，直到完全达到所有成功标准。我们还根据客户的要求提供了持续的支持，以进行调整和小规模更新。

在DCS迁移中，合作伙伴关系的价值不容忽视，罗克韦尔自动化的Encompass合作伙伴在其成功中发挥了重要作用。

LSI与分销和Encompass合作伙伴合作一起提供了一个全面的解决方案：

• 我们用Burkert以太网/IP螺线管歧管取代了旧的120VAC硬连线螺线管
  • 消除了硬连线I/O
  • 原生集成到PlantPAx
• 我们提供了E+H仪器、Hardy称重秤和Powerflex VFDs
• 这些以太网/IP设备以前连接到单个L73 PLC，然后通过Modbus映射到DCS
• 迁移到PlantPAx允许本地集成并消除了Modbus映射
• Stratus ftServer
• 允许远程管理——由于客户端缺乏IT/OT资源，这一点很重要
• 完全冗余的虚拟化服务器

一个安全的分段网络

• 按照普渡模型正确分段和保护网络
• IDMZ设计用于连接到企业网络

DCS 分段

• 控制器分段以与过程单元操作保持一致
• 能够关闭单个控制器并保持工厂其余部分运行

新硬件

• 全新DCS硬件
  • 新型光纤和以太网控制网络
  • 新的Stratix开关
  • 新的ftServer和瘦客户端
  • 新的L85EP处理器
  • 新的1756 I/O
  • 可提供长期支持和服务

本地支持

• 多层本地支持
  • 来自Agilix的本地分销商支持和零件供应
  • 持续的LSI支持
  • 庞大的罗克韦尔和合作伙伴支持网络

模块化自动化

• PlantPAx 5.0
  • 应用代码管理器（ACM）
  • PAx对象
  • 专为批量应用而设计的阶段
  • FT批处理

数字化转型平台

安装了罗克韦尔自动化最先进的PlantPAx DCS后，客户可继续进行数字化转型。项目中使用的技术为他们的转型之旅助力：

有了PlantPAx，客户为未来做好了准备：

• • 为未来MES集成到ERP系统（Plex）做好准备
  • 为未来的维护系统集成做好准备，以实现预测性维护或基于状态的维护（Fiix CMMS）
  • 设置仪器校准管理（FT AssetCentre或E+H FieldCare）
  • 自动化批处理报告可消除纸质批处理表
  • 为未来从ERP自动批处理创建和配方管理做好准备

更好的流程改进工具

• • • 可靠的历史数据可提供洞察力和改进意见（FT Historian）

成功迁移PlantPAx后，客户使用FactoryTalk Batch简化了流程，确保了网络安全并对网络进行了分段，根据工艺单元的运行情况对控制器进行了分段，安装了新的DCS硬件，并可随时获得本地支持和持续支持。有了PlantPAx，客户就拥有了一个成熟的平台，可在未来将MES集成到ERP系统（Plex）、将维护系统集成到预测性维护或基于状态的维护（Fiix CMMS）、仪表校准管理（FT AssetCentre或E+H FieldCare）、自动批量报告以及更好的流程改进工具（FT Historian）。

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