在線分析儀表局域網(wǎng)及其維護平臺功能介紹

劉斌

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

[關(guān)鍵詞] 分析儀表；局域網(wǎng)；網(wǎng)絡化；維護管理平臺；TCP/IP；OPC技術(shù)

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

[中圖分類號] F270.7；TP393 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）03- 0041- 04

1 為什么要構(gòu)建在線分析儀表局域網(wǎng)

越來越多的國內(nèi)大型石油化工企業(yè)采用多種網(wǎng)絡信息技術(shù)平臺，提高設備的可靠性與故障的診斷分析水平。在線分析儀表網(wǎng)絡化和遠程操作維護，是在線分析儀表系統(tǒng)信息化發(fā)展的必然趨勢，也是精細化工和石化工藝發(fā)展的要求。國內(nèi)外很多最新設計的石化企業(yè)和技術(shù)改造升級的企業(yè)，都把過程分析儀表網(wǎng)絡系統(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)化操作和勞動力資源合理配置，都要求在線分析儀表的維護上臺階。在線分析儀表網(wǎng)絡系統(tǒng)信息化管理，是信息技術(shù)在石油化工行業(yè)應用的一個重要發(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)境保護中的作用越來越重要，應用范圍和形式也越來越多，因此，分析儀表的維護和管理也變得非常重要。由于分析儀表的多樣性，樣品預處理的維護工作量大，及各種應用工況的復雜性，需要有一個集中監(jiān)控與維護管理的系統(tǒng)。

目前，國內(nèi)實驗室的LIMS系統(tǒng)已經(jīng)廣泛開始應用，并獲得了成功，實現(xiàn)了實驗室辦公自動化。這也推動了在線分析儀表網(wǎng)絡化維護管理平臺的推廣和應用，準確的在線分析儀表承擔了實驗室的大量工作，減輕了實驗室的工作負荷。

分析儀表網(wǎng)絡化維護管理網(wǎng)絡作為整個石化企業(yè)網(wǎng)絡的一個部分，在新項目設計階段就得到了提出?，F(xiàn)代化的石化企業(yè)要做到各種功能網(wǎng)絡之間互相連接，數(shù)據(jù)交換資源共享。每個獨立的網(wǎng)絡還要實現(xiàn)其特有的信息管理功能，如分析儀表局域網(wǎng)絡，就要實現(xiàn)維護校表平臺，信息記錄，分析儀表性能評估能等。

2 如何構(gòu)建分析儀表局域網(wǎng)絡

聯(lián)合化工公司裝置設計時都要求分析儀表廠家提供分析儀表網(wǎng)絡（PAS網(wǎng)絡），這個網(wǎng)絡主要功能是該網(wǎng)絡上分析儀表間的數(shù)據(jù)通訊和校驗使用。一個大型石化項目不可能由一家分析儀表公司供貨，為此，我們要設計整合各生產(chǎn)裝置間的分析儀表網(wǎng)絡，連成一個分析儀表大網(wǎng)絡——分析儀表局域網(wǎng)。設計院的過程分析系統(tǒng)與分析小屋設計規(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)絡機柜，并且在CCR中央控制室提供全廠性的分析儀表工程師站。這個設計規(guī)定，給我們構(gòu)建分析儀表局域網(wǎng)絡提供了強大的硬件支持。

首先，我們在中控室放置一個分析儀表網(wǎng)絡機柜，機柜內(nèi)設置一個服務器、網(wǎng)絡集線器和防火墻。網(wǎng)絡集線器將各供貨商提供的PAS網(wǎng)絡連接，使各裝置存在的分析儀表網(wǎng)絡實現(xiàn)硬件資源共享，構(gòu)建一個分析儀表局域網(wǎng)。當然，作為網(wǎng)絡資源，要做好服務器、各終端、各網(wǎng)絡路由器的TCP/IP地址設置。

每個分析儀表廠家都有自己的網(wǎng)絡管理軟件，將這些網(wǎng)絡軟件安裝在分析儀表網(wǎng)絡服務器中，遠程啟動，就可訪問分析儀表局域網(wǎng)各個網(wǎng)絡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)的設置數(shù)據(jù)。

考慮到網(wǎng)絡的安全性，在分析儀表局域網(wǎng)和DCS網(wǎng)絡間設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計考慮和現(xiàn)場防護等級要求，通常設計要求分析儀表數(shù)據(jù)直接送到DCS。就是總線信號，4～20maM信號，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，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，正在維護分析儀表，校表等，也可傳送到DCS上。操作工允許校表，允許預防性維護等指令，也可在操作工應答下傳送到分析儀表局域網(wǎng)，指令分析儀表維護人員工作。設計規(guī)定的另一條要求：每個網(wǎng)絡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)實現(xiàn)連接。就是利用DCS的OPC技術(shù)，實現(xiàn)分析儀表局域網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集是可行的。即把直接送DCS的分析儀表信號，如pH分析儀，電導率分析儀，TOC等毫安信號分析儀，這些無法鏈接到分析儀表網(wǎng)絡的信號，引入分析儀表網(wǎng)絡，實現(xiàn)所有在線分析儀表實時監(jiān)控，進行分析儀表性能分析和問題診斷的遠程維護功能。

實際應用中，國內(nèi)某大型企業(yè)就有多達10套生產(chǎn)裝置和輔助裝置實現(xiàn)局域網(wǎng)絡互聯(lián)，多達530多臺分析儀表及25個分析小屋在這個網(wǎng)絡上實現(xiàn)信息管理。

3 為什么要分析儀表網(wǎng)絡化維護管理

構(gòu)建分析儀表局域網(wǎng)絡的最終目的是構(gòu)建一個分析儀表局域網(wǎng)絡維護管理平臺。將所有分析儀器數(shù)據(jù)采集過來，進行數(shù)據(jù)顯示、處理及傳輸。當分析儀表維護人員打開這個遠程維護系統(tǒng)時，可檢查每臺分析儀表的歷史趨勢，查看該分析儀表的維護歷史，分析儀表的校驗記錄，定期提示分析儀表預防性維護信息，生成數(shù)據(jù)報表。通過這個信息化網(wǎng)絡分析儀表維護系統(tǒng)，在線分析儀表維護人員可判斷出分析儀表的性能，分析儀表存在的現(xiàn)實問題和歷史問題，對分析儀表與處理系統(tǒng)提出改進建議。

制約在線分析儀表廣泛應用的關(guān)鍵就是分析儀表的準確性和大量的維護工作。分析儀表要保持長期運行和準確性，需要維護人員的精心維護。過程分析儀表網(wǎng)絡維護管理平臺恰恰就是在線分析儀表維護人員非常有用的工具，能使目前的分析儀表性能和應用有質(zhì)的飛躍。

目前的過程分析儀表網(wǎng)絡化維護管理軟件，是基于英文信息記錄和報表，再加上軟件成本投資高，限制了國內(nèi)的推廣和應用。

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（分析儀表維護和數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)）等分析儀表網(wǎng)絡化維護管理系統(tǒng)。

作為分析儀表網(wǎng)絡化的維護管理平臺，要具有如下功能：

（1）維護平臺：分析儀表人員每次對該表的維護，都將在這個網(wǎng)絡維護平臺上填寫維護記錄。做了什么維護，更換了什么備品備件，停表維護時間，校表情況等，都在網(wǎng)絡的時間戳下保存起來，實現(xiàn)無紙化維護管理。我們可通過這些維護記錄，對該表進行性能評估和長周期運行改造。

（2）管理平臺：分析儀表管理人員可通過維護人員名稱搜索、分析表位號搜索等，調(diào)出一個月、一年的維護工作記錄，通過評判維護量，校驗記錄，修改預防性維護周期，平衡維護人員工作強度，提高維護維修水平。同時，將一定時期備品備件的使用情況，作為備件庫存數(shù)量依據(jù)，調(diào)整庫存，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)，都要有準確性和有效性，分析儀表網(wǎng)絡的維護平臺能提供分析儀表維護、校表等有效信息，保證分析儀表的準確性。以往的維護記錄是紙質(zhì)的，存在不利于檢索匯總，易丟失涂改等缺欠。這個信息管理平臺可打印出某臺分析儀表在一定時間段內(nèi)的維護記錄、校表/校準記錄、預防性維護記錄等，當然，信息還包括維護人員、時間、工作內(nèi)容、標準氣/液值及保質(zhì)期、允許校驗偏差、是否通過校驗等。

（4）預維護功能：分析儀表的預防性維護極為重要，要定期更換過濾芯、吹掃、伴熱檢查等。一旦錯過預防性維護，樣品里的油或水就會對分析儀表造成嚴重傷害，甚至導致更換備件等大修理工作，既耽誤分析儀表投用，又花費維大量修費用。該分析儀表網(wǎng)絡軟件具有定期彈出每臺表預先設定的定期維護項目功能，如質(zhì)譜儀每半年定期更換真空泵機油維護，時間一到，該表的位號出彈出維護提示，直到維護人員應答才消失，管理人員可通過檢查維護記錄，確認是否做了更換維護。

（5）遠程技術(shù)支持： 當現(xiàn)場維護人員遇到維護問題時，回報給技術(shù)人員，技術(shù)人員遠程登錄（另一個分析小屋或管理終端，根據(jù)設置權(quán)限），就如現(xiàn)場畫面一樣，修改/調(diào)試該分析儀表。如色譜儀的波峰調(diào)整、報警問題分析等，維護人員和技術(shù)支持人員可同時研究修改。

（6）支持實驗室：分析儀表長周期準確投用，可大量減少實驗室采樣頻率和延長分析周期，支持實驗室人員的編制改革。如果將實驗室的LIMS（實驗室信息管理系統(tǒng)）與分析儀表系統(tǒng)連接，實驗室分析到的數(shù)據(jù)，依據(jù)采樣時間，直接與相對應的在線分析儀表數(shù)據(jù)比對。當分析表維護人員在分析儀表網(wǎng)絡畫面看到該表實驗室比對要求后確認，就能將該表當時的讀數(shù)與實驗室分析數(shù)據(jù)比對，并將雙方數(shù)據(jù)、比對偏差、比對結(jié)果通過與否（按一定的偏差比率比對，如+/-5%）等，給出分析儀表運行狀態(tài)判斷。分析儀表維護人員進入比對畫面，發(fā)現(xiàn)與實驗室比對偏差大時進行報警，對分析儀表運行情況進行調(diào)校，實現(xiàn)真正的在線分析儀表和實驗室數(shù)據(jù)間的有意義比對。這些比對結(jié)果當然也存入系統(tǒng)內(nèi)，可隨時調(diào)出檢查。

（7）各類報表功能：在線分析儀表維護情況、各類記錄等。

4 分析儀表網(wǎng)絡化維護管理具有的優(yōu)點

4.1 實現(xiàn)工藝生產(chǎn)平穩(wěn)操作

當分析儀表人員進行維護和校表時，分析儀表網(wǎng)絡會利用OPC技術(shù)與DCS數(shù)據(jù)交換，發(fā)給操作員維護和校表請求信號，DCS窗口給出提示，操作工確認后，回執(zhí)到分析儀表維護人員窗口——分析儀表網(wǎng)絡，分析儀表人員才可有效地進行下步工作。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。操作人員確認的同時，DCS參與監(jiān)控的數(shù)據(jù)保持當前值，并顯示分析儀表處于維護中，直到達到維護或校表結(jié)束后幾個分析周期（設置時間滯后）的工藝真實數(shù)據(jù)，再繼續(xù)變化。這個技術(shù)避免了因校表維護引起的數(shù)據(jù)巨大波動而造成的麻煩，實現(xiàn)無擾動指示。這能避免工藝技術(shù)人對分析儀表趨勢分析質(zhì)疑，裝置先進過程控制的突然終止，環(huán)保上傳數(shù)據(jù)時的糾紛等。

4.2 信息管理和維護平臺

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，通過OPC技術(shù)傳到分析儀表網(wǎng)絡的數(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。分析儀表與工藝運行介質(zhì)等密切相關(guān)，對樣品處理技術(shù)要求高。通過發(fā)現(xiàn)分析儀表數(shù)據(jù)的異常，分析儀表維護人員能及時地檢查分析儀表的運行狀態(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管理。

目前各大石化公司都在向高效發(fā)展轉(zhuǎn)型，維護人員的配置和維護形式都發(fā)生了變化，再加上精細化工的設計要求高，對分析儀表的性能、運行狀態(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，技術(shù)管理人員不能及時巡查到異常的分析儀表，并發(fā)出維護指令。分析儀表網(wǎng)絡化維護管理，就顯得極為重要。

5 結(jié)束語

筆者使用這種在線分析儀表網(wǎng)絡進行分析儀表維護管理多年，獲得了很多經(jīng)驗。通過與國內(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)合目前國內(nèi)在外資和合資公司的應用，本文認為，這一系統(tǒng)能將在線分析儀表投用率和準確率大幅度提高，是在線分析儀表維護的新發(fā)展。其在國內(nèi)在線分析儀表領(lǐng)域得到應用，將是分析儀表維護技術(shù)的一場革命，為在線分析儀表行業(yè)的發(fā)展提供助力。