李朝陽

(南京揚子動力工程公司，南京 210048)

自動化儀表和控制設(shè)備維護系統(tǒng)及其改進

李朝陽

(南京揚子動力工程公司，南京 210048)

依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能終端，設(shè)計針對自動化儀表和控制系統(tǒng)設(shè)備全生命周期的維護系統(tǒng)，實現(xiàn)了儀表和設(shè)備信息的及時更新，設(shè)備變更、檢修情況及缺陷等信息的及時更新。

自動化儀表 控制設(shè)備 維護系統(tǒng) 物聯(lián)網(wǎng)

工業(yè)化進程的推進促使工廠向著大型化、一體化發(fā)展，大型企業(yè)數(shù)以萬計的自動化儀表和控制設(shè)備管理一直以來都是企業(yè)管理的難點。近年來，隨著現(xiàn)場總線儀表的增多，逐漸出現(xiàn)了采用基于HART或FF協(xié)議的現(xiàn)場設(shè)備管理系統(tǒng)，也有相當一部分企業(yè)借助企業(yè)資源計劃系統(tǒng)(ERP)內(nèi)的設(shè)備管理信息系統(tǒng)(EM)模塊進行自動化儀表和控制設(shè)備的管理，它所適應(yīng)的目標主要是大型機電設(shè)備，這類設(shè)備的數(shù)量相對要少，而且發(fā)生設(shè)備級的維護量也很少。該方法雖然在一定程度上提升了大型企業(yè)自動化儀表和控制設(shè)備的管理水平，但是無法實現(xiàn)設(shè)備管理的全面性、實時性和準確性的要求。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，基于互聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸在多個行業(yè)產(chǎn)生了革命性的影響。筆者也基于物聯(lián)網(wǎng)和智能終端設(shè)計了一種自動化儀表和控制設(shè)備維護系統(tǒng)，以提升企業(yè)對自動化儀表和控制設(shè)備管理的全面性、實時性和準確性要求。

1 傳統(tǒng)儀表和設(shè)備維護系統(tǒng)存在的問題①

通常，大型企業(yè)的自動化儀表和控制設(shè)備都在幾萬臺以上，物理位置分散，日常運行維護工作量大，維護作業(yè)點分散[1]。而且，自動化儀表和控制設(shè)備的運行維護工作都是設(shè)備級的，設(shè)備自身的更換和運行維修工作非常多。一般情況下，設(shè)備購入后會登記其基本情況和相關(guān)信息并存檔，但此后檔案就基本無人維護，設(shè)備位置變遷、檢修及設(shè)備當前運行狀態(tài)等信息根本不會體現(xiàn)在設(shè)備檔案中。這就造成了企業(yè)ERP和EM中自動化儀表和控制設(shè)備的相關(guān)信息，隨著儀表和設(shè)備運行時間的增長越來越失真的現(xiàn)象。這對于設(shè)備管理的提升作用是逆向的，結(jié)果就是設(shè)備管理人員不再相信管理系統(tǒng)中的信息，也更加不愿意對系統(tǒng)進行維護。

在自動化領(lǐng)域，很多DCS控制系統(tǒng)上都推出了儀表設(shè)備管理系統(tǒng)，實現(xiàn)儀表的組態(tài)、儀表設(shè)備標定、儀表位號查詢、狀態(tài)檢查及常規(guī)設(shè)備管理等功能。典型的有Emerson、Hollias的AMS、Yokogawa的PRM、Simens的PDM系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都建立在總線儀表和控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上[2]。但是，總線儀表存在通信標準不統(tǒng)一和制造成本高的問題，因此基于DCS控制系統(tǒng)的儀表設(shè)備管理系統(tǒng)也沒有成為行業(yè)主流[3]。同時，這也致使借助總線技術(shù)的設(shè)備管理系統(tǒng)無法大量大范圍地推廣。而對于大量的非總線儀表，這類管理系統(tǒng)更是無法實施必要的管理。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的儀表設(shè)備維護系統(tǒng)原方案

最初設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的儀表和控制設(shè)備維護信息系統(tǒng)方案的實施步驟如下：

a. 根據(jù)現(xiàn)場出現(xiàn)故障的設(shè)備和配件分別生成設(shè)備故障信息和/或配件故障信息；

b. 根據(jù)設(shè)備故障信息或配件故障信息分別生成設(shè)備替換信息和配件替換信息，再通過系統(tǒng)唯一入口引進新增設(shè)備和新增配件分別作為備件和配件，并對備件和配件進行編碼掃描錄入信息，根據(jù)設(shè)備故障信息和設(shè)備替換信息利用備件對離線故障設(shè)備進行替換，以及根據(jù)配件故障信息和配件替換信息利用配件對現(xiàn)場故障配件進行替換；

c. 利用設(shè)備故障信息對離線故障設(shè)備進行維修，以及對故障配件通過系統(tǒng)唯一出口進行報廢；

d. 對維修成功的設(shè)備生成維修成功信息，根據(jù)維修成功信息將維修成功設(shè)備作為備件；

e. 對維修不成功的設(shè)備通過系統(tǒng)唯一出口進行報廢，結(jié)束維修。

采用上述方案的自動化儀表和控制設(shè)備維護系統(tǒng)的特征如圖1所示[4]，該系統(tǒng)包括現(xiàn)場對象模塊(1)、備件和配件模塊(2)和維修對象模塊(3)。備件和配件模塊(2)分別與現(xiàn)場對象模塊(1)和維修對象模塊(3)連接，現(xiàn)場對象模塊(1)與維修對象模塊(3)連接。

圖1 自動化儀表和控制設(shè)備維護系統(tǒng)特征

現(xiàn)場對象模塊(1)根據(jù)現(xiàn)場出現(xiàn)故障的設(shè)備和配件，生成相應(yīng)的故障信息，并根據(jù)故障信息用備件替換離線故障設(shè)備，或根據(jù)配件故障信息和配件替換信息用配件替換現(xiàn)場故障配件。

備件和配件模塊(2)根據(jù)設(shè)備故障信息和配件故障信息，分別生成設(shè)備替換信息和配件替換信息，再通過系統(tǒng)唯一入口引進新增設(shè)備和配件分別作為備件和配件，并對備件和配件進行編碼掃描錄入信息；同時根據(jù)維修成功信息將維修成功設(shè)備作為備件。

維修對象模塊(3)利用設(shè)備故障信息對離線故障設(shè)備進行維修，并對故障配件通過系統(tǒng)唯一出口進行報廢；同時對維修不成功的設(shè)備通過系統(tǒng)唯一出口進行報廢，結(jié)束維修。

3 系統(tǒng)改進

在上述維護系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進行改進和完善，改進后的自動化儀表和控制設(shè)備維護系統(tǒng)的模塊框圖如圖2所示。

現(xiàn)場對象模塊(1)與備件和配件模塊(2)對現(xiàn)場設(shè)備、備件和配件進行編碼。編碼為串號條碼或二維碼，編碼包括了備件和配件的名稱、型號、規(guī)格、生產(chǎn)廠家和串號?，F(xiàn)場設(shè)備包括多個子設(shè)備，現(xiàn)場對象模塊(1)對多個子設(shè)備進行編碼，并將多個子設(shè)備及其備件和現(xiàn)場設(shè)備進行關(guān)聯(lián)，現(xiàn)場設(shè)備可與它的多個子設(shè)備進行關(guān)系重建。采用上述兩個改進方案的目的：確保物料代碼的唯一性，并清晰解決設(shè)備間的相關(guān)關(guān)系；管理對象需要全部粘貼串號條碼或二維碼標簽；對象入庫出庫進行掃碼，提高了準確度和效率。

改進方案增加了設(shè)備缺陷模塊(4)，并與現(xiàn)場對象模塊(1)連接，現(xiàn)場對象模塊(1)用于統(tǒng)計分析設(shè)備故障信息，并向備件和配件模塊(2)發(fā)送維護建議信息；設(shè)備缺陷模塊(4)記錄現(xiàn)場對象模塊(1)統(tǒng)計分析的設(shè)備故障信息，將設(shè)備缺陷與對應(yīng)的設(shè)備信息進行關(guān)聯(lián)，在設(shè)備發(fā)生更新時，設(shè)備缺陷模塊(4)將設(shè)備所屬缺陷信息與原有設(shè)備一起進入維修對象模塊(3)進行后期處理，便于后期的設(shè)備缺陷分析。設(shè)備缺陷模塊(4)還對限定期限內(nèi)不能消除的設(shè)備缺陷進行缺陷留存，并改變現(xiàn)場對象模塊(1)中與設(shè)備缺陷相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)為停用，當留存的缺陷消除后恢復(fù)狀態(tài)為在用。采用上述兩種改進方案的目的：便于后期的設(shè)備缺陷分析，保障現(xiàn)場設(shè)備健康運行，提升生產(chǎn)效率。

圖2 改進的自動化儀表和控制設(shè)備維護系統(tǒng)的模塊框圖

增加回路數(shù)據(jù)模塊(5)并與現(xiàn)場對象模塊(1)連接，回路數(shù)據(jù)模塊(5)對自動化儀表和控制設(shè)備所處的控制回路進行實時記錄，并生成回路完好率和控制率實時統(tǒng)計數(shù)據(jù)，便于維修人員進行缺陷處理等工作時，看到設(shè)備所在的所有回路信息，而不局限于維修人員自身所熟悉的回路信息；設(shè)備與聯(lián)鎖保護或控制回路有關(guān)聯(lián)關(guān)系也可以通過系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)，避免實施維修維護工作中的措施不當造成事故。

增加維修計劃模塊(6)并與現(xiàn)場對象模塊(1)連接，維修計劃模塊(6)對現(xiàn)場對象模塊(1)的設(shè)備進行維修、保養(yǎng)和檢定設(shè)定，維修計劃模塊(6)包括多個維修計劃單元，多個維修計劃單元分別包括多個維修單據(jù)，多個維修單據(jù)分別與現(xiàn)場設(shè)備進行關(guān)聯(lián)。此改進方案的目的：根據(jù)維修計劃模塊(6)設(shè)定時間進行設(shè)備維修、保養(yǎng)和檢定，保障設(shè)備正常運行，延長設(shè)備使用壽命。

增加維修文檔模塊(7)并分別與現(xiàn)場對象模塊(1)、備件和配件模塊(2)、維修對象模塊(3)、設(shè)備缺陷模塊(4)、回路數(shù)據(jù)模塊(5)和維修計劃模塊(6)連接。維修文檔模塊(7)用于對現(xiàn)場對象模塊(1)、備件和配件模塊(2)、維修對象模塊(3)、設(shè)備缺陷模塊(4)和回路數(shù)據(jù)模塊(5)運作過程中生成的文檔，與維修計劃模塊(6)生成的維修計劃文檔，進行關(guān)聯(lián)性連接并存檔。采用此改進方案的目的：實現(xiàn)設(shè)備相關(guān)文檔與設(shè)備維修保養(yǎng)檢定文檔的關(guān)聯(lián)，解決批量關(guān)聯(lián)問題；維修保養(yǎng)的設(shè)備數(shù)量龐大，通過批量關(guān)聯(lián)功能為用戶提供優(yōu)秀的操作體驗；系統(tǒng)可以為用戶提供所需的實時、準確的大量的信息，提升用戶粘度。

設(shè)備缺陷模塊(4)、回路數(shù)據(jù)模塊(5)、維修計劃模塊(6)和維修文檔模塊(7)均與現(xiàn)場對象模塊(1)進行實時信息匹配，當信息不匹配時，現(xiàn)場對象模塊(1)分別與設(shè)備缺陷模塊(4)、回路數(shù)據(jù)模塊(5)、維修計劃模塊(6)和維修文檔模塊(7)進行關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)維護。采用此方案的目的：隨著設(shè)備缺陷模塊(4)、回路數(shù)據(jù)模塊(5)、維修計劃模塊(6)和維修文檔模塊(7)的不斷運行，現(xiàn)場對象模塊(1)中的數(shù)據(jù)也在持續(xù)改進。

增加兩票實施模塊(8)并與維修對象模塊(3)和設(shè)備缺陷模塊(4)連接，兩票實施模塊(8)根據(jù)工作票和操作票對維修對象模塊(3)的維護保養(yǎng)工作耗用工時進行記錄，并利用工作票和操作票關(guān)聯(lián)設(shè)備缺陷模塊(4)的設(shè)備缺陷處理。采用此改進方案的目的：統(tǒng)計維修設(shè)備的維護保養(yǎng)工作耗用工時，用于成本分析和人員績效評估，缺陷管理模塊與兩票實施模塊(8)進行關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)缺陷處理時直接辦理兩票，減少人力成本。

4 方案實施

使用管理系統(tǒng)實現(xiàn)對自動化儀表和控制設(shè)備的實時管理，需要對管理對象進行規(guī)范管理。系統(tǒng)的使用是分散給作業(yè)班組和作業(yè)人員完成的。作業(yè)人員只需在進行現(xiàn)場相關(guān)維修保養(yǎng)工作、使用備件和配件前，在系統(tǒng)借助智能手機或條碼槍對管理對象配件進行掃碼選擇操作即可。生產(chǎn)與設(shè)備管理人員通過系統(tǒng)可以實時掌握管理對象的運行、維護保養(yǎng)和缺陷情況。

維護系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用W/S形式，不需要在用戶計算機上額外安裝任何軟件，只要使用瀏覽器對網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器進行訪問即可，操作方式與瀏覽互聯(lián)網(wǎng)站相同[5]。系統(tǒng)也可以同時在互聯(lián)網(wǎng)或可以通過智能手機使用。

系統(tǒng)實施前，應(yīng)根據(jù)管理對象目前和未來的量級決定采取什么級別的數(shù)據(jù)庫。一旦確定，一般情況下系統(tǒng)在兩個月左右上線。用戶原有的設(shè)備信息可以進行導入。因為系統(tǒng)具備自我改進功能，所以對這些信息允許有一定的偏差，隨著系統(tǒng)投運時間的增加，對象的相關(guān)信息會自行完善。

借助筆者所述方法和方案的儀表與設(shè)備維護系統(tǒng)，已經(jīng)成功在某大型企業(yè)投用，該方法貼近行業(yè)管理的方法與思路，得到了用戶的高度認可和青睞。普通用戶不進行任何操作培訓就可以獨立完成絕大部分功能的熟練使用。對于一些高級復(fù)雜功能，用戶經(jīng)過半天的應(yīng)用培訓即可熟練掌握。

5 結(jié)束語

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的自動化儀表與控制設(shè)備維護系統(tǒng)，涉及建立備件和配件、現(xiàn)場設(shè)備、維修設(shè)備3個核心模塊，以及周邊附加功能模塊，方法還定義了3個模塊之間以及與周邊模塊之間信息流的關(guān)系。借助于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能終端，采用該方法實現(xiàn)了對自動化儀表和控制設(shè)備的實時管理，解決了現(xiàn)場設(shè)備管理中獲取全面、實時而精確的管理對象信息問題和非總線儀表的管理問題。在獲取了實時、全面、精確的管理對象信息的基礎(chǔ)上，擴展相關(guān)的管理功能，實現(xiàn)對設(shè)備狀況的評估與預(yù)測、工單工時管理、設(shè)備巡檢管理及故障專家診斷等功能，而這些管理功能由于有了準確的設(shè)備信息就可以變得更加有益而實用，這也是現(xiàn)有的維護系統(tǒng)無法企及之處。

使用該管理方案，還可以使相關(guān)維護工作實現(xiàn)標準化和規(guī)范化，降低設(shè)備維護過程中的安全風險，提升維護工作效率，大量減少無效上站和重復(fù)上站，降低維護成本。提高了工廠設(shè)備平均無故障運行時間，以及設(shè)備的“健康”水平，使得企業(yè)的設(shè)備管理工作水平有了大幅提升。

[1] 胡相斌,陳強,李蕓.基于狀態(tài)的石化企業(yè)設(shè)備一體化管理系統(tǒng)開發(fā)[J].化工自動化及儀表,2012,39(5):666～668.

[2] 馮慧山.PRM自動化儀表設(shè)備管理系統(tǒng)在天津石化的應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程,2010,(11):30～31.

[3] 曹淼,敖春波,黃文君.基于FDT與DD技術(shù)現(xiàn)場總線設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)計[J].化工自動化及儀表,2008,35(3):67～70.

[4] 李朝陽.一種自動化儀表和控制設(shè)備的維護系統(tǒng)及方法[P].中國:201510341998.6,2015-10-23.

[5] 胡景軍,陳云,洪詩定.SCADA系統(tǒng)實現(xiàn)Web服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)[J].化工自動化及儀表,2013,40(11):1395～1398.

MaintenanceSystemforInstrumentinAutomationandControlEquipmentandItsImprovement

LI Zhao-yang

(NanjingYangziPowerEngineeringCo.,Nanjing210048,China)

Having both Internet of Things and smart terminals based to develop a full-life management technology for both instrument and control device was implemented to update equipment information in time, reflect any change in the equipment and their defects and maintenance.

instrument for automation, control equipment, equipment maintenance, Internet of Things

2015-08-13(修改稿)

TH862

B

1000-3932(2016)04-0412-04