工業(yè)自動化系統(tǒng)升級必需注意的十大因素

　　如果你正在升級你的自動化系統(tǒng)，或者考慮在不久的將來實施這一工作，那你的注意力可能主要放在人機界面、控制器和I/O接口上。這是正確的，因為在實施系統(tǒng)遷移過程中，這些都是關鍵部件。但是，一個自動化系統(tǒng)，不僅只有這些硬件部件。在計劃階段，如果沒有給予足夠重視的話，那些次要方面可能會引起許多問題。

　　在進行重要的自動化升級工程之前，進行一個前期準備工作(FEL)評估，是檢查自動化系統(tǒng)所有方面最好的方法之一。FEL評估是一種用于評估自動化系統(tǒng)升級或其它工程的各個方面的分析技術。

　　由于經(jīng)常沒有足夠的人手，大多數(shù)最終用戶與外部服務提供商一起完成FEL評估。優(yōu)秀適的服務提供商應可以完成很多自動化系統(tǒng)升級工程的FEL評估，因此能幫助最終用戶以一種最優(yōu)的方式完成周密的研究。

　　FEL評估能幫助制定預算，為驗證項目提供數(shù)據(jù)。它還能暴露出潛在的問題，為遷移過時的、基于DCS或PLC的自動化系統(tǒng)這一令人望而生畏的任務做準備提供幫助。簡而言之，它能提供一條成功通向你既定目標的捷徑。

　　在大多數(shù)情況下，在FEL評估上投入的時間和精力直接與整個項目的成功率成正比。不幸的是，很多最終用戶認為這一階段只是自動化系統(tǒng)升級時的可選任務，有時甚至是累贅。在FEL評估方面投入的縮減有，不僅會增加風險，還會喪失改進以及增進長期穩(wěn)定性的機會。反之，一個周詳?shù)腇EL評估能確定潛在的問題，這有助于確保達到項目目標。

　　在自動化系統(tǒng)升級工程的初期，應將智能儀表連接至新自動化系統(tǒng)并測試其兼容性。

　　10個不容忽視因素

　　當自動化系統(tǒng)升級的主體結(jié)構開發(fā)完成后，主要部件一般包括人機界面、控制器和I/O接口。在計劃和預算階段，大部分時間和精力也都花費在這些關鍵的部件上，這對系統(tǒng)主體之外的那些輔助系統(tǒng)可能會造成一定的損害。表1列出了正確執(zhí)行的FEL評估需要重點關注的10個方面，并在下文中進行詳細討論。

　　現(xiàn)場設備和基礎設施

　　現(xiàn)場設備和接線主要包含四個部分：

　　電纜、護線管、導線槽;

　　盤臺、機柜、編組盤臺和接線盒;

　　儀表，包括嵌入式設備、分析儀表、傳感器等;

　　機械設備，包括電動機、閥門、驅(qū)動器和其它現(xiàn)場設備。

　　應檢查所有這些物項，以確定可接受的物理狀態(tài)和適用的文檔。此外，必須對儀表和機械裝置進行檢查和測試，以確保與新自動化系統(tǒng)I/O以及數(shù)字通訊接口的適當連接。

　　在FEL過程中，應對現(xiàn)場接線，包括端子、標簽和接地的整體狀況進行評估。如果任何方面不能滿足標準要求或者沒有處于良好的工作狀態(tài)，則應制定相應的計劃和預算來矯正任何不足和缺陷。

　　各種現(xiàn)場設備，比如電動機、閥門、行程開關通過硬接線連接至自動化系統(tǒng)的輸入端，當自動化系統(tǒng)上電運行后，各個部件的狀態(tài)也就可以確定了。所以必須測試這些設備和輸入之間的接口，以確保適當?shù)碾妷核胶碗姎飧綦x。

　　類似的，閥門、電動機和狀態(tài)燈由自動化系統(tǒng)的輸出驅(qū)動。同樣必須確保兼容性，每個輸出才可以驅(qū)動相關設備。

　　與自動化系統(tǒng)模擬量I/O的接口，可能會是一個容易出問題的方面。在一個回路連接中，老自動化系統(tǒng)的一個4-20mA的輸出可能比新自動化系統(tǒng)的4-20mA輸出能驅(qū)動更多的儀表。如果在FEL評估過程中發(fā)現(xiàn)這個問題，這是一個小問題，但是如果在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，則是一個大問題。而且，必須對模擬量輸入進行兼容性檢查，有時需要對其進行測試。例如，在老DCS系統(tǒng)中適用的熱電偶類型不再廣泛使用，因此在新自動化系統(tǒng)中可能就不支持。

　　大多數(shù)工廠將智能儀表和分析儀器通過自己的網(wǎng)絡連接至自動化系統(tǒng)，這是在FEL評估過程中，必須仔細考慮的另外一個方面。

　　網(wǎng)絡基礎設施和連接性

　　現(xiàn)代自動化系統(tǒng)在不同的層面與一系列其它系統(tǒng)和部件連接，包括：

　　控制層：過程裝置中的輔助控制系統(tǒng)、排放監(jiān)視系統(tǒng)、樓宇自動化系統(tǒng)等;

　　企業(yè)層：歷史庫、MES、ERP、公司網(wǎng)絡等;

　　現(xiàn)場設備層：HART、Fieldbus、Profbus、DeviceNet等;

　　其它：實驗室系統(tǒng)、遠程存取、分析儀器、先進過程控制設備等。

　　必須對物理設施，包括光纖/銅纜骨干網(wǎng)、網(wǎng)絡設備、無線硬件設備以及其它物項進行檢查，確定可接受的物理狀態(tài)以及適用的文檔。正如兼容性問題所涉及的一樣，即使新自動化系統(tǒng)支持同老系統(tǒng)幾乎一樣的協(xié)議，這也僅僅是第一步。

　　為確保通訊能正常進行，應在每個層面對主要接口進行測試，使其性能等于或者超過現(xiàn)有系統(tǒng)。不管是直接通訊還是通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器，新自動化系統(tǒng)必須能夠支持現(xiàn)有的各種通訊協(xié)議。在某些情況下，對無法和新自動化系統(tǒng)接口的系統(tǒng)或部件進行升級甚至是更換，可能更經(jīng)濟。

　　例如，如果有一小部分儀表使用的現(xiàn)場總線協(xié)議與絕大多數(shù)儀表的不同，相較于通過增加協(xié)議轉(zhuǎn)換器將其連接至新自動化系統(tǒng)而言，更好的方式也許是更換這些“異類”。

　　老自動化系統(tǒng)的控制器和智能設備，如儀表和驅(qū)動器，經(jīng)常由同一家供應商提供。如果新自動化系統(tǒng)采購自不同的供應商，即使采用名義上一樣的通訊協(xié)議，在絕大多數(shù)情況下，它同智能儀表之間的數(shù)字接口在功能上也有很多限制。在運行這些功能受限的系統(tǒng)時，必須盡早制定相應的預案，或者是更換智能設備。

　　輔助系統(tǒng)和空間要求

　　應將新自動化系統(tǒng)的部件布置在特定區(qū)域，一般是老系統(tǒng)所處的主控室內(nèi)。應從以下各方面進行檢查確保該區(qū)域滿足新系統(tǒng)規(guī)范書以及后續(xù)運行和維護的需求：

　　動力需求，包括UPS;

　　空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)需求;

　　物理空間布局需求;

　　主控室人因工程。

　　UPS和其它動力系統(tǒng)必須有足夠的容量處理新自動化系統(tǒng)部件。

　　類似的，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)必須在能夠為操作員維持舒適的工作環(huán)境的情況下，保持新電子設備的冷卻。

　　必須有足夠的整體空間來布置和安裝新系統(tǒng)部件，包括控制硬件和操作員站。許多老自動化系統(tǒng)的控制臺，無法在新自動化系統(tǒng)中使用，或者即使能用也必須做大的修改。

　　一個經(jīng)常被忽略的方面是調(diào)試計劃及其對輔助系統(tǒng)和空間需求的影響。許多新舊系統(tǒng)遷移調(diào)試計劃要求新舊系統(tǒng)同時運行。很明顯，這影響重大，需要周詳?shù)挠媱澮赃m應兩個系統(tǒng)同時運行。一般需要臨時增加輔助動力系統(tǒng)以及過渡的安裝空間。

　　關鍵文檔

　　新自動化系統(tǒng)的安裝，包括與現(xiàn)場設備、網(wǎng)絡基礎設施以及輔助系統(tǒng)的所有接口和連接，需要對文件和圖紙做很多變更。

　　為了確保新自動化系統(tǒng)運行和維護的成功，必須對某些關鍵的文件進行審查和定期更新。一些最重要的文件包括P&ID圖、控制回路圖、I/O數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)組態(tài)、軟件程序、軟件文檔、補丁要求、功能規(guī)格書、控制系統(tǒng)說明書以及編程和設計規(guī)范。

　　拆除，安裝和調(diào)試

　　一個周詳?shù)腇EL的評估需審查必要的拆除、安裝和調(diào)試服務，以確保在預算、計劃以及人力資源等方面考慮這些活動。生產(chǎn)設施一般按照日常運營來配置人員，可能沒有足夠的人員來實施大的工程。因此，F(xiàn)EL評估應確定所需要的人員，為雇傭更多人員做準備。

　　調(diào)試計劃是任何自動化系統(tǒng)升級的關鍵部分。一般而言需要列出的主要項目包括停機計劃、縮短停工期的計劃以及新舊系統(tǒng)熱遷移期間的利用?？紤]到其它與安裝和調(diào)試相關的活動，可能還需要追加一些人員。還應制定預案應對安裝和調(diào)試期間所造成的生產(chǎn)產(chǎn)量的降低。

　　在FEL評估中，還應對與安裝、調(diào)試相關的施工及設計活動進行審查和規(guī)劃，這樣才能確保這些活動的正確執(zhí)行。需要實施的關鍵活動包括制定新的電纜和電纜槽架計劃、儀表和現(xiàn)場設備圖紙、盤臺機柜的設計、回路圖、電機原理圖，點位圖以及詳細安裝圖。

　　合規(guī)和異常情況管理

　　需要對為了適應自動化系統(tǒng)的升級而做的變更進行審查，以確保這些變更滿足標準、法規(guī)和運行規(guī)程的要求。必須對安全儀表系統(tǒng)(SIS)進行審查以確保其仍然維持了所有的SIL安全等級。需要進行保護層分析(LOPA)，必須將環(huán)境健康和安全規(guī)程維持在可接受的水平。

　　必須滿足當前諸如NEC、NFPA和FDA標準、法規(guī)的要求，有時根據(jù)NEC和NFPA監(jiān)管條例的要求需要得到許可和進行檢查。同樣，F(xiàn)DA對驗證系統(tǒng)的監(jiān)管條例包含了非常嚴格的條款，在對生產(chǎn)藥品的設備進行任何更改的時候必須遵循這些條款。許多食品和飲料工廠在進行修改和升級的時候，也必須遵循FDA的監(jiān)管條例，只是降低了執(zhí)行的標準。

　　老自動化系統(tǒng)有某些非正式或正式的機制來處理異常工況。與之類似，新自動化系統(tǒng)也必須有處理異常工況的機制。通過簡單的利用內(nèi)置于自動化系統(tǒng)的特性，同時利用現(xiàn)有的異常工況管理、圖形和報警管理標準以及最優(yōu)實踐，經(jīng)?？梢栽谶@方面獲得提升。

　　事實上，F(xiàn)EL應當評估所有可能改進的方面，包括ASM，因為這能確保對新系統(tǒng)的投資獲得最大回報。

　　改進方面

　　新自動化系統(tǒng)所具有的特性和功能，一般是過時的、基于DCS或PLC的系統(tǒng)所沒有的，這就使得可以改進現(xiàn)有的運行。自動化系統(tǒng)的升級提供了一個絕佳的機會，可以對現(xiàn)有運行和習慣做法進行改進，從而獲得進一步的提升。

　　把在老自動化系統(tǒng)時運行在手動模式下的過程和系統(tǒng)改為自動控制，是改進的主要方面。如果由于工廠沒有足夠部件或設備，仍然需要手動運行，那么這些設備就需要升級或更換。比如，為了實現(xiàn)特定回路的自動控制，需要修改或更換開關閥使其能像控制閥一樣工作。

　　在其它案例中，在老系統(tǒng)中不易實現(xiàn)自動控制的地方，在新自動化系統(tǒng)中也許可以實現(xiàn)自動化。新自動化系統(tǒng)一般具有內(nèi)置的先進過程控制特性，使其自動控制復雜回路。改手動控制為自動控制，減少所需運行人員的干預，進而降低人因故障，避免停機，改進生產(chǎn)，提高產(chǎn)出，帶來短期和長遠的投資回報。

　　很多老自動化系統(tǒng)，為工廠操作人員提供數(shù)據(jù)和圖像的是過時的圖形顯示系統(tǒng)，分辨率低，顯示屏質(zhì)量低劣，沒有足夠大的屏幕。反之，新自動化系統(tǒng)可以充分利用過去幾十年在操作員界面、硬件和軟件上發(fā)生的巨大進步，來降低運行人員的疲勞，方便培訓新運行人員，改進異常工況的管理。

　　自動化系統(tǒng)的升級能用一個更易于使用、維護的系統(tǒng)來代替過時的系統(tǒng)，意味著同時也是提高運行性能的理想時機。如果僅簡單的做一個類似替換，那就喪失了巨大的機會。為了充分利用系統(tǒng)升級，降低風險，必須進行周詳?shù)腇EL評估，檢查受升級影響的各個方面，包括那些HMI、控制器和I/O之外的方面。