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(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)遷移過程中，這些都是關(guān)鍵部件。但是，一個(gè)自動化系統(tǒng)，不僅只有這些硬件部件。在計(jì)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(jìn)行重要的自動化升級工程之前，進(jìn)行一個(gè)前期準(zhǔn)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(gè)方面的分析技術(shù)。

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(wù)提供商一起完成FEL評估。優(yōu)秀適的服務(wù)提供商應(yīng)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(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題，為遷移過時(shí)的、基于DCS或PLC的自動化系統(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化系統(tǒng)升級時(shí)的可選任務(wù)，有時(shí)甚至是累贅。在FEL評估方面投入的縮減有，不僅會增加風(fēng)險(xiǎn)，還會喪失改進(jìn)以及增進(jìn)長期穩(wěn)定性的機(jī)會。反之，一個(gè)周詳?shù)腇EL評估能確定潛在的問題，這有助于確保達(dá)到項(xiàng)目目標(biāo)。

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

10個(gè)不容忽視因素

當(dāng)自動化系統(tǒng)升級的主體結(jié)構(gòu)開發(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(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)場設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施

現(xiàn)場設(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、機(jī)柜、編組盤臺和接線盒；

儀表，包括嵌入式設(shè)備、分析儀表、傳感器等；

機(jī)械設(shè)備，包括電動機(jī)、閥門、驅(qū)動器和其它現(xiàn)場設(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，必須對儀表和機(jī)械裝置進(jìn)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(dāng)連接。

在FEL過程中，應(yīng)對現(xiàn)場接線，包括端子、標(biāo)簽和接地的整體狀況進(jìn)行評估。如果任何方面不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求或者沒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)算來矯正任何不足和缺陷。

各種現(xiàn)場設(shè)備，比如電動機(jī)、閥門、行程開關(guān)通過硬接線連接至自動化系統(tǒng)的輸入端，當(dāng)自動化系統(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、電動機(jī)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(gè)輸出才可以驅(qū)動相關(guān)設(shè)備。

與自動化系統(tǒng)模擬量I/O的接口，可能會是一個(gè)容易出問題的方面。在一個(gè)回路連接中，老自動化系統(tǒng)的一個(gè)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(gè)問題，這是一個(gè)小問題，但是如果在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，則是一個(gè)大問題。而且，必須對模擬量輸入進(jìn)行兼容性檢查，有時(shí)需要對其進(jìn)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(luò)連接至自動化系統(tǒng)，這是在FEL評估過程中，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(luò)等；

現(xiàn)場設(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)過程控制設(shè)備等。

必須對物理設(shè)施，包括光纖/銅纜骨干網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、無線硬件設(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(jìn)行，應(yīng)在每個(gè)層面對主要接口進(jìn)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(jìn)行升級甚至是更換，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(shè)備，如儀表和驅(qū)動器，經(jīng)常由同一家供應(yīng)商提供。如果新自動化系統(tǒng)采購自不同的供應(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)范書以及后續(xù)運(yùn)行和維護(hù)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?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(gè)經(jīng)常被忽略的方面是調(diào)試計(jì)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(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)增加輔助動力系統(tǒng)以及過渡的安裝空間。

關(guān)鍵文檔

新自動化系統(tǒng)的安裝，包括與現(xiàn)場設(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，需要對文件和圖紙做很多變更。

為了確保新自動化系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)的成功，必須對某些關(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、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、控制系統(tǒng)說明書以及編程和設(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。生產(chǎn)設(shè)施一般按照日常運(yùn)營來配置人員，可能沒有足夠的人員來實(shí)施大的工程。因此，F(xiàn)EL評估應(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)劃是任何自動化系統(tǒng)升級的關(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。考慮到其它與安裝和調(diào)試相關(guān)的活動，可能還需要追加一些人員。還應(yīng)制定預(yù)案應(yīng)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(yīng)對與安裝、調(diào)試相關(guān)的施工及設(shè)計(jì)活動進(jìn)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(shí)施的關(guān)鍵活動包括制定新的電纜和電纜槽架計(jì)劃、儀表和現(xiàn)場設(shè)備圖紙、盤臺機(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

需要對為了適應(yīng)自動化系統(tǒng)的升級而做的變更進(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。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)。

老自動化系統(tǒng)有某些非正式或正式的機(jī)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(jī)制。通過簡單的利用內(nèi)置于自動化系統(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)評估所有可能改進(jìn)的方面，包括ASM，因?yàn)檫@能確保對新系統(tǒng)的投資獲得最大回報(bào)。

改進(jìn)方面

新自動化系統(tǒng)所具有的特性和功能，一般是過時(shí)的、基于DCS或PLC的系統(tǒng)所沒有的，這就使得可以改進(jìn)現(xiàn)有的運(yùn)行。自動化系統(tǒng)的升級提供了一個(gè)絕佳的機(jī)會，可以對現(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。

把在老自動化系統(tǒng)時(shí)運(yùn)行在手動模式下的過程和系統(tǒng)改為自動控制，是改進(jìn)的主要方面。如果由于工廠沒有足夠部件或設(shè)備，仍然需要手動運(yùn)行，那么這些設(shè)備就需要升級或更換。比如，為了實(shí)現(xiàn)特定回路的自動控制，需要修改或更換開關(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)自動控制的地方，在新自動化系統(tǒng)中也許可以實(shí)現(xiàn)自動化。新自動化系統(tǒng)一般具有內(nèi)置的先進(jìn)過程控制特性，使其自動控制復(fù)雜回路。改手動控制為自動控制，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，帶來短期和長遠(yuǎn)的投資回報(bào)。

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(shí)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(jìn)步，來降低運(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。

自動化系統(tǒng)的升級能用一個(gè)更易于使用、維護(hù)的系統(tǒng)來代替過時(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)。如果僅簡單的做一個(gè)類似替換，那就喪失了巨大的機(jī)會。為了充分利用系統(tǒng)升級，降低風(fēng)險(xiǎn)，必須進(jìn)行周詳?shù)腇EL評估，檢查受升級影響的各個(gè)方面，包括那些HMI、控制器和I/O之外的方面。