施耐德：使自動化系統(tǒng)升級更加順暢的10個步驟
施耐德：使自動化系統(tǒng)升級更加順暢的10個步驟
在遷移或升級自動化系統(tǒng)時，不要忘記檢查HMI、控制器和輸入輸出外的區(qū)域。 這些建議將幫助您在過程的早期識別和處理潛藏的問題。
如果您在升級自動化系統(tǒng)的過程中，或考慮在不久的將來這樣做，您的關(guān)注重點可能是人機界面、控制器和輸入/輸出——這些是在系統(tǒng)遷移中需要解決的關(guān)鍵部件。
但是自動化系統(tǒng)所需的遠不止這些硬件組件，如果在規(guī)劃階段沒有執(zhí)行盡職調(diào)查，這些次要領(lǐng)域會成為許多問題的來源。
在進行某一重大自動化升級項目之前檢查所有自動化系統(tǒng)領(lǐng)域的一個*好方法是執(zhí)行前段裝載（FEL）評估。 FEL評估是評估某一自動化系統(tǒng)升級或其他項目的所有方面的一種分析。 在其他交付物中應(yīng)該包括一個項目任務(wù)列表，其中包含持續(xù)時間和整體項目進度。
大多數(shù)終端用戶會與外部服務(wù)提供商合作進行FEL評估，因為他們通常沒有可用的人力資源。 合適的服務(wù)提供商會對自動化系統(tǒng)升級項目進行許多FEL評估，因此可以*優(yōu)方式幫助終端用戶進行深入研究。
FEL評估將有助于制定預(yù)算并證明項目的合理性。 它還將揭示存在的潛在問題，并幫助終端用戶為遷移其過時的DCS或基于PLC的自動化系統(tǒng)這樣艱巨的任務(wù)做準備。 簡而言之，將目的地牢記心中，它可以為取得成功提供一個路線圖。
在大多數(shù)情況下，在FEL評估中投入的時間和精力與整體項目的成功成正比。 遺憾的是，許多終端用戶認為該階段是自動化系統(tǒng)升級的一個可選任務(wù)，甚至是令其分神之事。 在FEL評估上精打細算不僅會增加風(fēng)險，也會導(dǎo)致錯過改進和增強長期可持續(xù)性的機會。 相比之下，徹底的FEL評估可以識別存在的潛在問題，并幫助確保項目達到其目標。
界外的10個領(lǐng)域
開發(fā)自動化系統(tǒng)升級的主要架構(gòu)時，主要組件始終是人機界面、控制器和輸入/輸出。
規(guī)劃和預(yù)算階段的大部分時間和精力花在這些關(guān)鍵組件上，通常會對系統(tǒng)、這些超出界外的領(lǐng)域的平衡造成損害。
正確執(zhí)行的FEL評估將闡明10個重要的次要領(lǐng)域（在表1中列出，討論如下）。
現(xiàn)場設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施
現(xiàn)場設(shè)備和布線主要由四個部分組成：
- 線路、管道和電纜槽
- 開關(guān)柜、機柜、接線板和接線盒
- 儀器，包括內(nèi)聯(lián)設(shè)備、分析儀、發(fā)射器等，以及
- 機械設(shè)備，包括電機、閥門、驅(qū)動器及其他現(xiàn)場設(shè)備。
所有這些項目都必須予以檢查，以確定可接受的物理狀態(tài)和適當(dāng)文檔。 此外，儀器和機械設(shè)備必須予以檢查和/或測試，以確保與新自動化系統(tǒng)的輸入/輸出以及數(shù)字通信接口的適當(dāng)接口。
現(xiàn)場布線的總體情況（包括終端、標簽和接地）應(yīng)在FEL過程中予以評估。 如果任何領(lǐng)域達不到標準或不處于良好的工作狀態(tài)，應(yīng)制定計劃和預(yù)算來糾正任何不足和缺陷。
自動化系統(tǒng)啟動并運行時，各種現(xiàn)場設(shè)備（如電機、閥門和行程開關(guān)）的狀態(tài)通過將這些組件硬接線至自動化系統(tǒng)輸入來確定。 因此，這些設(shè)備之間的接口和輸入必須予以測試，以確保適當(dāng)?shù)碾妷核胶碗姎飧綦x。
同樣，閥門、電機和狀態(tài)燈是由自動化系統(tǒng)輸出驅(qū)動。 此外，必須確保兼容性，以便每個輸出可以驅(qū)動或激活其關(guān)聯(lián)設(shè)備。
自動化系統(tǒng)模擬I/O接口可以成為一個特定的問題領(lǐng)域。 在一個老舊自動化系統(tǒng)中的4-20毫安輸出可能已經(jīng)能夠驅(qū)動比新自動化系統(tǒng)的4-20毫安輸出更多的回路連接儀器。 該問題如果在FEL評估中發(fā)現(xiàn)就是個小問題，但如果在調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)就是個大問題。 此外，模擬輸入必須予以檢查，有時須進行兼容性測試。 例如，老舊的DCS可能已適應(yīng)不再廣泛使用的熱電偶類型，這樣可能不受新的自動化系統(tǒng)的支持。
大多數(shù)工廠都有智能儀器和分析儀，通過自己的網(wǎng)絡(luò)連接至自動化系統(tǒng)（參見圖1），另一個在FEL評估期間必須予以詳細檢查的領(lǐng)域。
網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和連通性
現(xiàn)代自動化系統(tǒng)連接到各層的各種其他系統(tǒng)和組件，包括：
- 控制層 - 過程模塊上的輔助控制系統(tǒng)、排放監(jiān)測系統(tǒng)、建筑自動化系統(tǒng)等。
- 企業(yè)層 - 歷史記錄、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、企業(yè)資源計劃（ERP）、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)等。
- 現(xiàn)場設(shè)備層 - 可尋址遠程傳感器高速通道（HART）、Fieldbus、Profibus、設(shè)備網(wǎng)等。
- 其他 - 實驗室系統(tǒng)、遠程訪問、分析儀、**過程控制設(shè)備等。
物理基礎(chǔ)設(shè)施，包括光纖/銅干線、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、無線硬件和其他項目，必須予以檢查以確定可接受狀態(tài)和適當(dāng)文檔。 但這僅僅是**步，因為兼容性問題比比皆是，即使當(dāng)新的自動化系統(tǒng)支持與舊的自動化系統(tǒng)完全相同的協(xié)議時。
每一層的主要接口應(yīng)予以測試，以確保通信以可接受的方式發(fā)生，且性能等于或超過現(xiàn)有系統(tǒng)。 新自動化系統(tǒng)必須能夠直接或通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器支持所有現(xiàn)有的通信協(xié)議。 在某些情況下，升級或甚至替換不能很容易與新自動化系統(tǒng)接口的系統(tǒng)和組件可能更具成本效益。
例如，如果有一小群儀器集群不同于大部分儀器的現(xiàn)場總線協(xié)議，更好的辦法可能是替換這些異類，而不是添加一個協(xié)議轉(zhuǎn)換器將它們連接到新自動化系統(tǒng)。
較陳舊的自動化系統(tǒng)通常會有控制器和智能設(shè)備，如由同一供應(yīng)商提供的儀器和驅(qū)動器。 如果新自動化系統(tǒng)是從不同的供應(yīng)商處購買，在幾乎所有情況下，智能設(shè)備的數(shù)字接口在功能性方面將會受到更多限制，哪怕協(xié)議在名義上是一樣的。 對這一功能降低的系統(tǒng)的操作必須做出規(guī)定，或者更換智能設(shè)備。
新的自動化系統(tǒng)組件將被安置在一個特定區(qū)域，通常是存放老舊系統(tǒng)的控制室。 應(yīng)當(dāng)對以下方面進行檢查，以確保它們滿足要求的新系統(tǒng)規(guī)范，以及持續(xù)的操作與維護需求：
- 電源要求，包括UPS、
- 暖通空調(diào)要求、
- 物理占用空間，以及
- 控制室人機工程學(xué)。
UPS和其他電力系統(tǒng)必須有足夠的能力來處理新的自動化系統(tǒng)組件。 同樣，暖通空調(diào)系統(tǒng)必須能夠使新的電子設(shè)備保持冷卻，同時為操作員提供一個舒適的工作環(huán)境。
必須提供足夠的整體空間來放置和安裝新的系統(tǒng)組件，包括控制硬件和操作員工作站。 許多老舊的自動化系統(tǒng)有不能與新的自動化系統(tǒng)一起使用或必須做大幅修改的自定義控制臺。
當(dāng)沒有執(zhí)行徹底的FEL評估時一個經(jīng)常被忽視的方面是調(diào)試計劃及其對輔助系統(tǒng)和空間需求的影響。 許多調(diào)試轉(zhuǎn)換計劃需要舊的自動化系統(tǒng)與新的自動化系統(tǒng)同時運行。 這顯然會產(chǎn)生深遠的影響，通常需要進行仔細的規(guī)劃，以適應(yīng)兩個系統(tǒng)的同時運行。 臨時輔助電力系統(tǒng)通常是必要的，連同過渡的安裝空間。
關(guān)鍵文檔
新自動化安裝以及與現(xiàn)場設(shè)備和布線、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和輔助系統(tǒng)的所有接口與連接將需要對文檔和圖紙做大量更改。
某些關(guān)鍵文檔必須予以審查并經(jīng)常更新，以便成功運行和維護新的自動化系統(tǒng)。 一些必須予以檢查的*重要文檔包括管道儀表圖、循環(huán)表、I/O數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)配置、軟件程序、軟件文檔、批處理需求、功能規(guī)范、控制系統(tǒng)說明、編程及設(shè)計標準。
拆除、安裝和調(diào)試
徹底的FEL評估將檢查所需的拆除、安裝和調(diào)試服務(wù)，以確保這些活動適當(dāng)考慮預(yù)算、時間表和可用人力資源。生產(chǎn)設(shè)備通常配備人員處理日常運行，沒有人員執(zhí)行重大項目。
因此，F(xiàn)EL評估應(yīng)該確定所需人員，并就與額外人力訂約做出規(guī)定。
調(diào)試計劃是任何自動化系統(tǒng)升級的一個關(guān)鍵組成部分。 必須納入考慮的主要項目通常包括停車計劃表、*小化停機時間計劃，以及使用熱轉(zhuǎn)換。 與安裝和調(diào)試有關(guān)的其他活動一樣，可能需要補充人力。 同樣必須做出規(guī)定，以考慮通常在安裝和調(diào)試期間損失的工廠產(chǎn)量。
與安裝和調(diào)試相關(guān)的施工設(shè)計活動也應(yīng)該在FEL評估中進行估計和計劃，以便能夠予以正確執(zhí)行。 可能需要執(zhí)行的一些關(guān)鍵活動包括制定新的電纜和管道計劃表、儀器和現(xiàn)場設(shè)備圖紙圖表、面板和箱體設(shè)計、循環(huán)表、電機原理圖、點對點布線圖，以及安裝詳細圖。
合規(guī)和異常狀況管理
為適應(yīng)自動化系統(tǒng)升級所做的變更需要進行檢查，以確保符合所有標準、規(guī)范和操作程序。
必須檢查**儀表系統(tǒng)（SIS），以確保維持所有必需的SIL水平。 可能需要執(zhí)行保護層分析（LOPA），環(huán)境健康和**程序必須維持在可接受的水平。
必須維持對現(xiàn)行法規(guī)和標準（如NEC、NFPA和FDA法規(guī)）的遵守，就NEC和NFPA規(guī)定而言通常需獲得許可并接受檢查。 同樣，F(xiàn)DA針對驗證系統(tǒng)的法規(guī)包含一個非常嚴格的協(xié)議，生產(chǎn)醫(yī)藥產(chǎn)品的設(shè)施的所有變更必須遵循這一協(xié)議。 許多食品和飲料廠在執(zhí)行變更和升級時也必須遵守FDA法規(guī)，盡管不是那么嚴格。
您的老舊自動化系統(tǒng)將有一些非正式或正式的方法來處理異常情況。 同樣，新的自動化系統(tǒng)還必須有一個方法來處理異常情況。 這一方面通常可以通過利用內(nèi)置于自動化系統(tǒng)的功能以及通過實施當(dāng)前的異常情況管理（ASM）圖形和報警管理標準及*佳實踐得到改進。
事實上，F(xiàn)EL評估應(yīng)該檢查所有可能的改進領(lǐng)域，包括ASM，因為這將確保新的自動化系統(tǒng)的*大投資回報。
改進領(lǐng)域
新的自動化系統(tǒng)通常具有舊的DCS或基于PLC的系統(tǒng)不可用的特性和功能，可以對現(xiàn)有操作進行改進。 進一步改進可以通過修改現(xiàn)有的操作和實踐實現(xiàn)，同時自動化系統(tǒng)升級為執(zhí)行這些活動提供了理想時機。
一個主要的改進領(lǐng)域是實現(xiàn)舊的自動化系統(tǒng)中以手動模式運行的流程與系統(tǒng)的自動化。 如果由于工廠的組件和設(shè)備不足必須進行手動操作，那么這些項目需要升級或更換。 例如，某一開關(guān)閥可能需要予以修改或更換，以便作為一個控制閥運作，以實現(xiàn)某一特定控制回路的自動化。
在其他情況下，新的自動化系統(tǒng)可以實現(xiàn)舊的自動化系統(tǒng)無法自動控制的各領(lǐng)域的自動化。 更新的自動化系統(tǒng)通常內(nèi)置有**過程控制功能，從而實現(xiàn)困難回路的自動控制。 手動流程自動化通過減少所需的操作員參與和隨之發(fā)生的人為錯誤，通過避免停工，通過提高產(chǎn)量以及通過增加生產(chǎn)量將產(chǎn)生直接、可觀的投資回報。
許多老舊的自動化系統(tǒng)通過分辨率低、屏幕質(zhì)量**及屏幕尺寸不足的過時的圖形顯示器向設(shè)備操作員展示數(shù)據(jù)和圖表。 相比之下，更新的自動化系統(tǒng)可以利用過去的幾十年里在提高操作員接口的硬件和軟件方面所獲得的巨大改善，以減少操作員的疲勞、促進對新操作員的培訓(xùn)，以及改善異常情況管理。
自動化系統(tǒng)升級可以用更容易予以支持和維護的系統(tǒng)來替換過時的系統(tǒng)，但它同樣也是在操作方面取得重大進展的理想時機。 簡單地替換同樣的系統(tǒng)是一個巨大的機會損失。 為了充分利用系統(tǒng)升級并*大限度降低風(fēng)險，必須執(zhí)行徹底的FEL評估，以檢查將會受到升級影響的所有方面，包括人機界面、控制器和輸入/輸出以外的方面。
