如果你正在升級(jí)你的自動(dòng)化系統(tǒng)，或者考慮在不久的將來(lái)實(shí)施這一工作，那你的注意力可能主要放在人機(jī)界面、控制器和I/O接口上。這是正確的，因?yàn)樵趯?shí)施系統(tǒng)遷移過(guò)程中，這些都是關(guān)鍵部件。但是，一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)，不僅只有這些硬件部件。在計(jì)劃階段，如果沒(méi)有給予足夠重視的話，那些次要方面可能會(huì)引起許多問(wèn)題。
在進(jìn)行重要的自動(dòng)化升級(jí)工程之前，進(jìn)行一個(gè)前期準(zhǔn)備工作(FEL)評(píng)估，是檢查自動(dòng)化系統(tǒng)所有方面最好的方法之一。FEL評(píng)估是一種用于評(píng)估自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)或其它工程的各個(gè)方面的分析技術(shù)。
由于經(jīng)常沒(méi)有足夠的人手，大多數(shù)最終用戶與外部服務(wù)提供商一起完成FEL評(píng)估。優(yōu)秀適的服務(wù)提供商應(yīng)可以完成很多自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)工程的FEL評(píng)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(píng)估能幫助制定預(yù)算，為驗(yàn)證項(xiàng)目提供數(shù)據(jù)。它還能暴露出潛在的問(wèn)題，為遷移過(guò)時(shí)的、基于DCS或PLC的自動(dòng)化系統(tǒng)這一令人望而生畏的任務(wù)做準(zhǔn)備提供幫助。簡(jiǎn)而言之，它能提供一條成功通向你既定目標(biāo)的捷徑。
在大多數(shù)情況下，在FEL評(píng)估上投入的時(shí)間和精力直接與整個(gè)項(xiàng)目的成功率成正比。不幸的是，很多最終用戶認(rèn)為這一階段只是自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)時(shí)的可選任務(wù)，有時(shí)甚至是累贅。在FEL評(píng)估方面投入的縮減有，不僅會(huì)增加風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)喪失改進(jìn)以及增進(jìn)長(zhǎng)期穩(wěn)定性的機(jī)會(huì)。反之，一個(gè)周詳?shù)腇EL評(píng)估能確定潛在的問(wèn)題，這有助于確保達(dá)到項(xiàng)目目標(biāo)。
在自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)工程的初期，應(yīng)將智能儀表連接至新自動(dòng)化系統(tǒng)并測(cè)試其兼容性。
10個(gè)不容忽視因素
當(dāng)自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)的主體結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)完成后，主要部件一般包括人機(jī)界面、控制器和I/O接口。在計(jì)劃和預(yù)算階段，大部分時(shí)間和精力也都花費(fèi)在這些關(guān)鍵的部件上，這對(duì)系統(tǒng)主體之外的那些輔助系統(tǒng)可能會(huì)造成一定的損害。表1列出了正確執(zhí)行的FEL評(píng)估需要重點(diǎn)關(guān)注的10個(gè)方面，并在下文中進(jìn)行詳細(xì)討論。
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和接線主要包含四個(gè)部分：
電纜、護(hù)線管、導(dǎo)線槽；
盤臺(tái)、機(jī)柜、編組盤臺(tái)和接線盒；
儀表，包括嵌入式設(shè)備、分析儀表、傳感器等；
機(jī)械設(shè)備，包括電動(dòng)機(jī)、閥門、驅(qū)動(dòng)器和其它現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
應(yīng)檢查所有這些物項(xiàng)，以確定可接受的物理狀態(tài)和適用的文檔。此外，必須對(duì)儀表和機(jī)械裝置進(jìn)行檢查和測(cè)試，以確保與新自動(dòng)化系統(tǒng)I/O以及數(shù)字通訊接口的適當(dāng)連接。
在FEL過(guò)程中，應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)接線，包括端子、標(biāo)簽和接地的整體狀況進(jìn)行評(píng)估。如果任何方面不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求或者沒(méi)有處于良好的工作狀態(tài)，則應(yīng)制定相應(yīng)的計(jì)劃和預(yù)算來(lái)矯正任何不足和缺陷。
各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，比如電動(dòng)機(jī)、閥門、行程開(kāi)關(guān)通過(guò)硬接線連接至自動(dòng)化系統(tǒng)的輸入端，當(dāng)自動(dòng)化系統(tǒng)上電運(yùn)行后，各個(gè)部件的狀態(tài)也就可以確定了。所以必須測(cè)試這些設(shè)備和輸入之間的接口，以確保適當(dāng)?shù)碾妷核胶碗姎飧綦x。
類似的，閥門、電動(dòng)機(jī)和狀態(tài)燈由自動(dòng)化系統(tǒng)的輸出驅(qū)動(dòng)。同樣必須確保兼容性，每個(gè)輸出才可以驅(qū)動(dòng)相關(guān)設(shè)備。
與自動(dòng)化系統(tǒng)模擬量I/O的接口，可能會(huì)是一個(gè)容易出問(wèn)題的方面。在一個(gè)回路連接中，老自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)4-20mA的輸出可能比新自動(dòng)化系統(tǒng)的4-20mA輸出能驅(qū)動(dòng)更多的儀表。如果在FEL評(píng)估過(guò)程中發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題，這是一個(gè)小問(wèn)題，但是如果在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，則是一個(gè)大問(wèn)題。而且，必須對(duì)模擬量輸入進(jìn)行兼容性檢查，有時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。例如，在老DCS系統(tǒng)中適用的熱電偶類型不再?gòu)V泛使用，因此在新自動(dòng)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(guò)自己的網(wǎng)絡(luò)連接至自動(dòng)化系統(tǒng)，這是在FEL評(píng)估過(guò)程中，必須仔細(xì)考慮的另外一個(gè)方面。
網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和連接性
現(xiàn)代自動(dòng)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(guò)程裝置中的輔助控制系統(tǒng)、排放監(jiān)視系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)等；
企業(yè)層：歷史庫(kù)、MES、ERP、公司網(wǎng)絡(luò)等；
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：HART、Fieldbus、Profbus、DeviceNet等；
其它：實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)、遠(yuǎn)程存取、分析儀器、先進(jìn)過(guò)程控制設(shè)備等。
必須對(duì)物理設(shè)施，包括光纖/銅纜骨干網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、無(wú)線硬件設(shè)備以及其它物項(xiàng)進(jìn)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(wèn)題所涉及的一樣，即使新自動(dòng)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(jìn)行，應(yīng)在每個(gè)層面對(duì)主要接口進(jìn)行測(cè)試，使其性能等于或者超過(guò)現(xiàn)有系統(tǒng)。不管是直接通訊還是通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換器，新自動(dòng)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(duì)無(wú)法和新自動(dòng)化系統(tǒng)接口的系統(tǒng)或部件進(jìn)行升級(jí)甚至是更換，可能更經(jīng)濟(jì)。
例如，如果有一小部分儀表使用的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議與絕大多數(shù)儀表的不同，相較于通過(guò)增加協(xié)議轉(zhuǎn)換器將其連接至新自動(dòng)化系統(tǒng)而言，更好的方式也許是更換這些“異類”。
老自動(dòng)化系統(tǒng)的控制器和智能設(shè)備，如儀表和驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)常由同一家供應(yīng)商提供。如果新自動(dòng)化系統(tǒng)采購(gòu)自不同的供應(yīng)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(yùn)行這些功能受限的系統(tǒng)時(shí)，必須盡早制定相應(yīng)的預(yù)案，或者是更換智能設(shè)備。
輔助系統(tǒng)和空間要求
應(yīng)將新自動(dòng)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(yīng)從以下各方面進(jìn)行檢查確保該區(qū)域滿足新系統(tǒng)規(guī)范書(shū)以及后續(xù)運(yùn)行和維護(hù)的需求：
動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)必須有足夠的容量處理新自動(dòng)化系統(tǒng)部件。類似的，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)必須在能夠?yàn)椴僮鲉T維持舒適的工作環(huán)境的情況下，保持新電子設(shè)備的冷卻。
必須有足夠的整體空間來(lái)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(dòng)化系統(tǒng)的控制臺(tái)，無(wú)法在新自動(dòng)化系統(tǒng)中使用，或者即使能用也必須做大的修改。
一個(gè)經(jīng)常被忽略的方面是調(diào)試計(jì)劃及其對(duì)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(jì)劃要求新舊系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行。很明顯，這影響重大，需要周詳?shù)挠?jì)劃以適應(yīng)兩個(gè)系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行。一般需要臨時(shí)增加輔助動(dòng)力系統(tǒng)以及過(guò)渡的安裝空間。
關(guān)鍵文檔
新自動(dòng)化系統(tǒng)的安裝，包括與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施以及輔助系統(tǒng)的所有接口和連接，需要對(duì)文件和圖紙做很多變更。
為了確保新自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)的成功，必須對(duì)某些關(guān)鍵的文件進(jìn)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(kù)、系統(tǒng)組態(tài)、軟件程序、軟件文檔、補(bǔ)丁要求、功能規(guī)格書(shū)、控制系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)以及編程和設(shè)計(jì)規(guī)范。
拆除，安裝和調(diào)試
一個(gè)周詳?shù)腇EL的評(píng)估需審查必要的拆除、安裝和調(diào)試服務(wù)，以確保在預(yù)算、計(jì)劃以及人力資源等方面考慮這些活動(dòng)。生產(chǎn)設(shè)施一般按照日常運(yùn)營(yíng)來(lái)配置人員，可能沒(méi)有足夠的人員來(lái)實(shí)施大的工程。因此，F(xiàn)EL評(píng)估應(yīng)確定所需要的人員，為雇傭更多人員做準(zhǔn)備。
調(diào)試計(jì)劃是任何自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)的關(guān)鍵部分。一般而言需要列出的主要項(xiàng)目包括停機(jī)計(jì)劃、縮短停工期的計(jì)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(guān)的活動(dòng)，可能還需要追加一些人員。還應(yīng)制定預(yù)案應(yīng)對(duì)安裝和調(diào)試期間所造成的生產(chǎn)產(chǎn)量的降低。
在FEL評(píng)估中，還應(yīng)對(duì)與安裝、調(diào)試相關(guān)的施工及設(shè)計(jì)活動(dòng)進(jìn)行審查和規(guī)劃，這樣才能確保這些活動(dòng)的正確執(zhí)行。需要實(shí)施的關(guān)鍵活動(dòng)包括制定新的電纜和電纜槽架計(jì)劃、儀表和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備圖紙、盤臺(tái)機(jī)柜的設(shè)計(jì)、回路圖、電機(jī)原理圖，點(diǎn)位圖以及詳細(xì)安裝圖。
合規(guī)和異常情況管理
需要對(duì)為了適應(yīng)自動(dòng)化系統(tǒng)的升級(jí)而做的變更進(jìn)行審查，以確保這些變更滿足標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)和運(yùn)行規(guī)程的要求。必須對(duì)安全儀表系統(tǒng)(SIS)進(jìn)行審查以確保其仍然維持了所有的SIL安全等級(jí)。需要進(jìn)行保護(hù)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(dāng)前諸如NEC、NFPA和FDA標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)的要求，有時(shí)根據(jù)NEC和NFPA監(jiān)管條例的要求需要得到許可和進(jìn)行檢查。同樣，F(xiàn)DA對(duì)驗(yàn)證系統(tǒng)的監(jiān)管條例包含了非常嚴(yán)格的條款，在對(duì)生產(chǎn)藥品的設(shè)備進(jìn)行任何更改的時(shí)候必須遵循這些條款。許多食品和飲料工廠在進(jìn)行修改和升級(jí)的時(shí)候，也必須遵循FDA的監(jiān)管條例，只是降低了執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)。
老自動(dòng)化系統(tǒng)有某些非正式或正式的機(jī)制來(lái)處理異常工況。與之類似，新自動(dòng)化系統(tǒng)也必須有處理異常工況的機(jī)制。通過(guò)簡(jiǎn)單的利用內(nèi)置于自動(dòng)化系統(tǒng)的特性，同時(shí)利用現(xiàn)有的異常工況管理、圖形和報(bào)警管理標(biāo)準(zhǔn)以及最優(yōu)實(shí)踐，經(jīng)�？梢栽谶@方面獲得提升。
事實(shí)上，F(xiàn)EL應(yīng)當(dāng)評(píng)估所有可能改進(jìn)的方面，包括ASM，因?yàn)檫@能確保對(duì)新系統(tǒng)的投資獲得最大回報(bào)。
改進(jìn)方面
新自動(dòng)化系統(tǒng)所具有的特性和功能，一般是過(guò)時(shí)的、基于DCS或PLC的系統(tǒng)所沒(méi)有的，這就使得可以改進(jìn)現(xiàn)有的運(yùn)行。自動(dòng)化系統(tǒng)的升級(jí)提供了一個(gè)絕佳的機(jī)會(huì)，可以對(duì)現(xiàn)有運(yùn)行和習(xí)慣做法進(jìn)行改進(jìn)，從而獲得進(jìn)一步的提升。
把在老自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)運(yùn)行在手動(dòng)模式下的過(guò)程和系統(tǒng)改為自動(dòng)控制，是改進(jìn)的主要方面。如果由于工廠沒(méi)有足夠部件或設(shè)備，仍然需要手動(dòng)運(yùn)行，那么這些設(shè)備就需要升級(jí)或更換。比如，為了實(shí)現(xiàn)特定回路的自動(dòng)控制，需要修改或更換開(kāi)關(guān)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的地方，在新自動(dòng)化系統(tǒng)中也許可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。新自動(dòng)化系統(tǒng)一般具有內(nèi)置的先進(jìn)過(guò)程控制特性，使其自動(dòng)控制復(fù)雜回路。改手動(dòng)控制為自動(dòng)控制，減少所需運(yùn)行人員的干預(yù)，進(jìn)而降低人因故障，避免停機(jī)，改進(jìn)生產(chǎn)，提高產(chǎn)出，帶來(lái)短期和長(zhǎng)遠(yuǎn)的投資回報(bào)。
很多老自動(dòng)化系統(tǒng)，為工廠操作人員提供數(shù)據(jù)和圖像的是過(guò)時(shí)的圖形顯示系統(tǒng)，分辨率低，顯示屏質(zhì)量低劣，沒(méi)有足夠大的屏幕。反之，新自動(dòng)化系統(tǒng)可以充分利用過(guò)去幾十年在操作員界面、硬件和軟件上發(fā)生的巨大進(jìn)步，來(lái)降低運(yùn)行人員的疲勞，方便培訓(xùn)新運(yùn)行人員，改進(jìn)異常工況的管理。
自動(dòng)化系統(tǒng)的升級(jí)能用一個(gè)更易于使用、維護(hù)的系統(tǒng)來(lái)代替過(guò)時(shí)的系統(tǒng)，意味著同時(shí)也是提高運(yùn)行性能的理想時(shí)機(jī)。如果僅簡(jiǎn)單的做一個(gè)類似替換，那就喪失了巨大的機(jī)會(huì)。為了充分利用系統(tǒng)升級(jí)，降低風(fēng)險(xiǎn)，必須進(jìn)行周詳?shù)腇EL評(píng)估，檢查受升級(jí)影響的各個(gè)方面，包括那些HMI、控制器和I/O之外的方面。
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本文標(biāo)題：工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)必需注意的十大因素
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