劉斌

[摘 要] 本文重點(diǎn)討論如何構(gòu)建在線分析儀表局域網(wǎng)，為什么要分析儀表網(wǎng)絡(luò)化維護(hù)管理，及網(wǎng)絡(luò)化維護(hù)管理的功能和優(yōu)點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞] 分析儀表；局域網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)化；維護(hù)管理平臺(tái)；TCP/IP；OPC技術(shù)

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 03. 020

[中圖分類號(hào)] F270.7；TP393 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2014）03- 0041- 04

1 為什么要構(gòu)建在線分析儀表局域網(wǎng)

越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)大型石油化工企業(yè)采用多種網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)平臺(tái)，提高設(shè)備的可靠性與故障的診斷分析水平。在線分析儀表網(wǎng)絡(luò)化和遠(yuǎn)程操作維護(hù)，是在線分析儀表系統(tǒng)信息化發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是精細(xì)化工和石化工藝發(fā)展的要求。國(guó)內(nèi)外很多最新設(shè)計(jì)的石化企業(yè)和技術(shù)改造升級(jí)的企業(yè)，都把過(guò)程分析儀表網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息化列為必須要求。環(huán)保要求、產(chǎn)品質(zhì)量要求、降低能耗、優(yōu)化操作和勞動(dòng)力資源合理配置，都要求在線分析儀表的維護(hù)上臺(tái)階。在線分析儀表網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息化管理，是信息技術(shù)在石油化工行業(yè)應(yīng)用的一個(gè)重要發(fā)展要求。

分析儀表作為一種特殊的儀表，在石油化工生產(chǎn)裝置控制和環(huán)境保護(hù)中的作用越來(lái)越重要，應(yīng)用范圍和形式也越來(lái)越多，因此，分析儀表的維護(hù)和管理也變得非常重要。由于分析儀表的多樣性，樣品預(yù)處理的維護(hù)工作量大，及各種應(yīng)用工況的復(fù)雜性，需要有一個(gè)集中監(jiān)控與維護(hù)管理的系統(tǒng)。

目前，國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室的LIMS系統(tǒng)已經(jīng)廣泛開始應(yīng)用，并獲得了成功，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室辦公自動(dòng)化。這也推動(dòng)了在線分析儀表網(wǎng)絡(luò)化維護(hù)管理平臺(tái)的推廣和應(yīng)用，準(zhǔn)確的在線分析儀表承擔(dān)了實(shí)驗(yàn)室的大量工作，減輕了實(shí)驗(yàn)室的工作負(fù)荷。

分析儀表網(wǎng)絡(luò)化維護(hù)管理網(wǎng)絡(luò)作為整個(gè)石化企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)部分，在新項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段就得到了提出。現(xiàn)代化的石化企業(yè)要做到各種功能網(wǎng)絡(luò)之間互相連接，數(shù)據(jù)交換資源共享。每個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)還要實(shí)現(xiàn)其特有的信息管理功能，如分析儀表局域網(wǎng)絡(luò)，就要實(shí)現(xiàn)維護(hù)校表平臺(tái)，信息記錄，分析儀表性能評(píng)估能等。

2 如何構(gòu)建分析儀表局域網(wǎng)絡(luò)

聯(lián)合化工公司裝置設(shè)計(jì)時(shí)都要求分析儀表廠家提供分析儀表網(wǎng)絡(luò)（PAS網(wǎng)絡(luò)），這個(gè)網(wǎng)絡(luò)主要功能是該網(wǎng)絡(luò)上分析儀表間的數(shù)據(jù)通訊和校驗(yàn)使用。一個(gè)大型石化項(xiàng)目不可能由一家分析儀表公司供貨，為此，我們要設(shè)計(jì)整合各生產(chǎn)裝置間的分析儀表網(wǎng)絡(luò)，連成一個(gè)分析儀表大網(wǎng)絡(luò)——分析儀表局域網(wǎng)。設(shè)計(jì)院的過(guò)程分析系統(tǒng)與分析小屋設(shè)計(jì)規(guī)定：賣方必須在分析小屋內(nèi)提供光電轉(zhuǎn)換器、光纖連接盤，必須在FAR內(nèi)提供分析儀網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜，并且在CCR中央控制室提供全廠性的分析儀表工程師站。這個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)定，給我們構(gòu)建分析儀表局域網(wǎng)絡(luò)提供了強(qiáng)大的硬件支持。

首先，我們?cè)谥锌厥曳胖靡粋€(gè)分析儀表網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜，機(jī)柜內(nèi)設(shè)置一個(gè)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)集線器和防火墻。網(wǎng)絡(luò)集線器將各供貨商提供的PAS網(wǎng)絡(luò)連接，使各裝置存在的分析儀表網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)硬件資源共享，構(gòu)建一個(gè)分析儀表局域網(wǎng)。當(dāng)然，作為網(wǎng)絡(luò)資源，要做好服務(wù)器、各終端、各網(wǎng)絡(luò)路由器的TCP/IP地址設(shè)置。

每個(gè)分析儀表廠家都有自己的網(wǎng)絡(luò)管理軟件，將這些網(wǎng)絡(luò)軟件安裝在分析儀表網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中，遠(yuǎn)程啟動(dòng)，就可訪問(wèn)分析儀表局域網(wǎng)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)分支上的在線分析儀表。在有授權(quán)的情況下，可調(diào)整局域網(wǎng)內(nèi)任何分析儀表內(nèi)的設(shè)置數(shù)據(jù)。

考慮到網(wǎng)絡(luò)的安全性，在分析儀表局域網(wǎng)和DCS網(wǎng)絡(luò)間設(shè)置防火墻和防病毒軟件也必不可少的。

基于工藝裝置安全設(shè)計(jì)考慮和現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)等級(jí)要求，通常設(shè)計(jì)要求分析儀表數(shù)據(jù)直接送到DCS。就是總線信號(hào)，4～20maM信號(hào)，或Modbus串行接口通信協(xié)議。將公司各裝置所有分析儀表引入大分析儀表網(wǎng)絡(luò)，是分析儀表局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的最終目的。DCS廠家的Window sTCP/IP的OPC技術(shù)接口，能提供這樣的技術(shù)支持。

DCS的OPC技術(shù)通訊能將大量數(shù)據(jù)在DCS和在線分析儀表局域網(wǎng)之間雙向傳送，分析儀表局域網(wǎng)上擁有的一些數(shù)據(jù)，如分析儀表的故障信號(hào)，正在維護(hù)分析儀表，校表等，也可傳送到DCS上。操作工允許校表，允許預(yù)防性維護(hù)等指令，也可在操作工應(yīng)答下傳送到分析儀表局域網(wǎng)，指令分析儀表維護(hù)人員工作。設(shè)計(jì)規(guī)定的另一條要求：每個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制站可與中央控制室內(nèi)的中心數(shù)據(jù)采集和管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接。就是利用DCS的OPC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分析儀表局域網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集是可行的。即把直接送DCS的分析儀表信號(hào)，如pH分析儀，電導(dǎo)率分析儀，TOC等毫安信號(hào)分析儀，這些無(wú)法鏈接到分析儀表網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)，引入分析儀表網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)所有在線分析儀表實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)行分析儀表性能分析和問(wèn)題診斷的遠(yuǎn)程維護(hù)功能。

實(shí)際應(yīng)用中，國(guó)內(nèi)某大型企業(yè)就有多達(dá)10套生產(chǎn)裝置和輔助裝置實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，多達(dá)530多臺(tái)分析儀表及25個(gè)分析小屋在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)信息管理。

3 為什么要分析儀表網(wǎng)絡(luò)化維護(hù)管理

構(gòu)建分析儀表局域網(wǎng)絡(luò)的最終目的是構(gòu)建一個(gè)分析儀表局域網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理平臺(tái)。將所有分析儀器數(shù)據(jù)采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、處理及傳輸。當(dāng)分析儀表維護(hù)人員打開這個(gè)遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)時(shí)，可檢查每臺(tái)分析儀表的歷史趨勢(shì)，查看該分析儀表的維護(hù)歷史，分析儀表的校驗(yàn)記錄，定期提示分析儀表預(yù)防性維護(hù)信息，生成數(shù)據(jù)報(bào)表。通過(guò)這個(gè)信息化網(wǎng)絡(luò)分析儀表維護(hù)系統(tǒng)，在線分析儀表維護(hù)人員可判斷出分析儀表的性能，分析儀表存在的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題和歷史問(wèn)題，對(duì)分析儀表與處理系統(tǒng)提出改進(jìn)建議。

制約在線分析儀表廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵就是分析儀表的準(zhǔn)確性和大量的維護(hù)工作。分析儀表要保持長(zhǎng)期運(yùn)行和準(zhǔn)確性，需要維護(hù)人員的精心維護(hù)。過(guò)程分析儀表網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理平臺(tái)恰恰就是在線分析儀表維護(hù)人員非常有用的工具，能使目前的分析儀表性能和應(yīng)用有質(zhì)的飛躍。

目前的過(guò)程分析儀表網(wǎng)絡(luò)化維護(hù)管理軟件，是基于英文信息記錄和報(bào)表，再加上軟件成本投資高，限制了國(guó)內(nèi)的推廣和應(yīng)用。

分析儀表廠商也都推出了自己的分析儀表管理系統(tǒng)，如ABB的VistaNET LAN，Yokogawa的AMADAS（分析儀表維護(hù)和數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)）等分析儀表網(wǎng)絡(luò)化維護(hù)管理系統(tǒng)。

作為分析儀表網(wǎng)絡(luò)化的維護(hù)管理平臺(tái)，要具有如下功能：

（1）維護(hù)平臺(tái)：分析儀表人員每次對(duì)該表的維護(hù)，都將在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)平臺(tái)上填寫維護(hù)記錄。做了什么維護(hù)，更換了什么備品備件，停表維護(hù)時(shí)間，校表情況等，都在網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間戳下保存起來(lái)，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化維護(hù)管理。我們可通過(guò)這些維護(hù)記錄，對(duì)該表進(jìn)行性能評(píng)估和長(zhǎng)周期運(yùn)行改造。

（2）管理平臺(tái)：分析儀表管理人員可通過(guò)維護(hù)人員名稱搜索、分析表位號(hào)搜索等，調(diào)出一個(gè)月、一年的維護(hù)工作記錄，通過(guò)評(píng)判維護(hù)量，校驗(yàn)記錄，修改預(yù)防性維護(hù)周期，平衡維護(hù)人員工作強(qiáng)度，提高維護(hù)維修水平。同時(shí)，將一定時(shí)期備品備件的使用情況，作為備件庫(kù)存數(shù)量依據(jù)，調(diào)整庫(kù)存，判定分析儀表是否換型。

（3）數(shù)據(jù)有效性審核：環(huán)保部門上傳數(shù)據(jù)，工藝安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)，都要有準(zhǔn)確性和有效性，分析儀表網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)平臺(tái)能提供分析儀表維護(hù)、校表等有效信息，保證分析儀表的準(zhǔn)確性。以往的維護(hù)記錄是紙質(zhì)的，存在不利于檢索匯總，易丟失涂改等缺欠。這個(gè)信息管理平臺(tái)可打印出某臺(tái)分析儀表在一定時(shí)間段內(nèi)的維護(hù)記錄、校表/校準(zhǔn)記錄、預(yù)防性維護(hù)記錄等，當(dāng)然，信息還包括維護(hù)人員、時(shí)間、工作內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)氣/液值及保質(zhì)期、允許校驗(yàn)偏差、是否通過(guò)校驗(yàn)等。

（4）預(yù)維護(hù)功能：分析儀表的預(yù)防性維護(hù)極為重要，要定期更換過(guò)濾芯、吹掃、伴熱檢查等。一旦錯(cuò)過(guò)預(yù)防性維護(hù)，樣品里的油或水就會(huì)對(duì)分析儀表造成嚴(yán)重傷害，甚至導(dǎo)致更換備件等大修理工作，既耽誤分析儀表投用，又花費(fèi)維大量修費(fèi)用。該分析儀表網(wǎng)絡(luò)軟件具有定期彈出每臺(tái)表預(yù)先設(shè)定的定期維護(hù)項(xiàng)目功能，如質(zhì)譜儀每半年定期更換真空泵機(jī)油維護(hù)，時(shí)間一到，該表的位號(hào)出彈出維護(hù)提示，直到維護(hù)人員應(yīng)答才消失，管理人員可通過(guò)檢查維護(hù)記錄，確認(rèn)是否做了更換維護(hù)。

（5）遠(yuǎn)程技術(shù)支持： 當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員遇到維護(hù)問(wèn)題時(shí)，回報(bào)給技術(shù)人員，技術(shù)人員遠(yuǎn)程登錄（另一個(gè)分析小屋或管理終端，根據(jù)設(shè)置權(quán)限），就如現(xiàn)場(chǎng)畫面一樣，修改/調(diào)試該分析儀表。如色譜儀的波峰調(diào)整、報(bào)警問(wèn)題分析等，維護(hù)人員和技術(shù)支持人員可同時(shí)研究修改。

（6）支持實(shí)驗(yàn)室：分析儀表長(zhǎng)周期準(zhǔn)確投用，可大量減少實(shí)驗(yàn)室采樣頻率和延長(zhǎng)分析周期，支持實(shí)驗(yàn)室人員的編制改革。如果將實(shí)驗(yàn)室的LIMS（實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)）與分析儀表系統(tǒng)連接，實(shí)驗(yàn)室分析到的數(shù)據(jù)，依據(jù)采樣時(shí)間，直接與相對(duì)應(yīng)的在線分析儀表數(shù)據(jù)比對(duì)。當(dāng)分析表維護(hù)人員在分析儀表網(wǎng)絡(luò)畫面看到該表實(shí)驗(yàn)室比對(duì)要求后確認(rèn)，就能將該表當(dāng)時(shí)的讀數(shù)與實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)比對(duì)，并將雙方數(shù)據(jù)、比對(duì)偏差、比對(duì)結(jié)果通過(guò)與否（按一定的偏差比率比對(duì)，如+/-5%）等，給出分析儀表運(yùn)行狀態(tài)判斷。分析儀表維護(hù)人員進(jìn)入比對(duì)畫面，發(fā)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)室比對(duì)偏差大時(shí)進(jìn)行報(bào)警，對(duì)分析儀表運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)校，實(shí)現(xiàn)真正的在線分析儀表和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)間的有意義比對(duì)。這些比對(duì)結(jié)果當(dāng)然也存入系統(tǒng)內(nèi)，可隨時(shí)調(diào)出檢查。

（7）各類報(bào)表功能：在線分析儀表維護(hù)情況、各類記錄等。

4 分析儀表網(wǎng)絡(luò)化維護(hù)管理具有的優(yōu)點(diǎn)

4.1 實(shí)現(xiàn)工藝生產(chǎn)平穩(wěn)操作

當(dāng)分析儀表人員進(jìn)行維護(hù)和校表時(shí)，分析儀表網(wǎng)絡(luò)會(huì)利用OPC技術(shù)與DCS數(shù)據(jù)交換，發(fā)給操作員維護(hù)和校表請(qǐng)求信號(hào)，DCS窗口給出提示，操作工確認(rèn)后，回執(zhí)到分析儀表維護(hù)人員窗口——分析儀表網(wǎng)絡(luò)，分析儀表人員才可有效地進(jìn)行下步工作。這也避免了因工作票不到位，交接不清而引起的數(shù)據(jù)混亂。操作人員確認(rèn)的同時(shí)，DCS參與監(jiān)控的數(shù)據(jù)保持當(dāng)前值，并顯示分析儀表處于維護(hù)中，直到達(dá)到維護(hù)或校表結(jié)束后幾個(gè)分析周期（設(shè)置時(shí)間滯后）的工藝真實(shí)數(shù)據(jù)，再繼續(xù)變化。這個(gè)技術(shù)避免了因校表維護(hù)引起的數(shù)據(jù)巨大波動(dòng)而造成的麻煩，實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)指示。這能避免工藝技術(shù)人對(duì)分析儀表趨勢(shì)分析質(zhì)疑，裝置先進(jìn)過(guò)程控制的突然終止，環(huán)保上傳數(shù)據(jù)時(shí)的糾紛等。

4.2 信息管理和維護(hù)平臺(tái)

分析儀表局域網(wǎng)上顯示的分析儀表數(shù)據(jù)不是DCS功能的重復(fù)，通過(guò)OPC技術(shù)傳到分析儀表網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，是分析儀表人員判斷分析分析儀表性能和工藝操作變化的重要工具。分析儀表與工藝運(yùn)行介質(zhì)等密切相關(guān)，對(duì)樣品處理技術(shù)要求高。通過(guò)發(fā)現(xiàn)分析儀表數(shù)據(jù)的異常，分析儀表維護(hù)人員能及時(shí)地檢查分析儀表的運(yùn)行狀態(tài)和故障診斷。操作員窗口是專用的，不支持在線分析儀表的日常維護(hù)管理。

目前各大石化公司都在向高效發(fā)展轉(zhuǎn)型，維護(hù)人員的配置和維護(hù)形式都發(fā)生了變化，再加上精細(xì)化工的設(shè)計(jì)要求高，對(duì)分析儀表的性能、運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控管理要求也特別高。尤其是公司裝置單元多，區(qū)域廣闊，分析小屋眾多，分析儀表數(shù)量巨大時(shí)，技術(shù)管理人員不能及時(shí)巡查到異常的分析儀表，并發(fā)出維護(hù)指令。分析儀表網(wǎng)絡(luò)化維護(hù)管理，就顯得極為重要。

5 結(jié)束語(yǔ)

筆者使用這種在線分析儀表網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析儀表維護(hù)管理多年，獲得了很多經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)與國(guó)內(nèi)石油化工系統(tǒng)從事在線儀表管理工作同行間的探討，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)在外資和合資公司的應(yīng)用，本文認(rèn)為，這一系統(tǒng)能將在線分析儀表投用率和準(zhǔn)確率大幅度提高，是在線分析儀表維護(hù)的新發(fā)展。其在國(guó)內(nèi)在線分析儀表領(lǐng)域得到應(yīng)用，將是分析儀表維護(hù)技術(shù)的一場(chǎng)革命，為在線分析儀表行業(yè)的發(fā)展提供助力。