施耐德：使自動化系統升級更加順暢的10個步驟
施耐德：使自動化系統升級更加順暢的10個步驟
在遷移或升級自動化系統時，不要忘記檢查HMI、控制器和輸入輸出外的區域。 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的過程中，或考慮在不久的將來這樣做，您的關注重點可能是人機界面、控制器和輸入/輸出——這些是在系統遷移中需要解決的關鍵部件。
但是自動化系統所需的遠不止這些硬件組件，如果在規劃階段沒有執行盡職調查，這些次要領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領域的一個*好方法是執行前段裝載（FEL）評估。 FEL評估是評估某一自動化系統升級或其他項目的所有方面的一種分析。 在其他交付物中應該包括一個項目任務列表，其中包含持續時間和整體項目進度。
大多數終端用戶會與外部服務提供商合作進行FEL評估，因為他們通常沒有可用的人力資源。 合適的服務提供商會對自動化系統升級項目進行許多FEL評估，因此可以*優方式幫助終端用戶進行深入研究。
FEL評估將有助于制定預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的自動化系統這樣艱巨的任務做準備。 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升級的一個可選任務，甚至是令其分神之事。 在FEL評估上精打細算不僅會增加風險，也會導致錯過改進和增強長期可持續性的機會。 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個領域
開發自動化系統升級的主要架構時，主要組件始終是人機界面、控制器和輸入/輸出。
規劃和預算階段的大部分時間和精力花在這些關鍵組件上，通常會對系統、這些超出界外的領域的平衡造成損害。
正確執行的FEL評估將闡明10個重要的次要領域（在表1中列出，討論如下）。
現場設備和基礎設施
現場設備和布線主要由四個部分組成：
- 線路、管道和電纜槽
- 開關柜、機柜、接線板和接線盒
- 儀器，包括內聯設備、分析儀、發射器等，以及
- 機械設備，包括電機、閥門、驅動器及其他現場設備。
所有這些項目都必須予以檢查，以確定可接受的物理狀態和適當文檔。 此外，儀器和機械設備必須予以檢查和/或測試，以確保與新自動化系統的輸入/輸出以及數字通信接口的適當接口。
現場布線的總體情況（包括終端、標簽和接地）應在FEL過程中予以評估。 如果任何領域達不到標準或不處于良好的工作狀態，應制定計劃和預算來糾正任何不足和缺陷。
自動化系統啟動并運行時，各種現場設備（如電機、閥門和行程開關）的狀態通過將這些組件硬接線至自動化系統輸入來確定。 因此，這些設備之間的接口和輸入必須予以測試，以確保適當的電壓水平和電氣隔離。
同樣，閥門、電機和狀態燈是由自動化系統輸出驅動。 此外，必須確保兼容性，以便每個輸出可以驅動或激活其關聯設備。
自動化系統模擬I/O接口可以成為一個特定的問題領域。 在一個老舊自動化系統中的4-20毫安輸出可能已經能夠驅動比新自動化系統的4-20毫安輸出更多的回路連接儀器。 該問題如果在FEL評估中發現就是個小問題，但如果在調試期間發現就是個大問題。 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的支持。
大多數工廠都有智能儀器和分析儀，通過自己的網絡連接至自動化系統（參見圖1），另一個在FEL評估期間必須予以詳細檢查的領域。
網絡基礎設施和連通性
現代自動化系統連接到各層的各種其他系統和組件，包括：
- 控制層 - 過程模塊上的輔助控制系統、排放監測系統、建筑自動化系統等。
- 企業層 - 歷史記錄、制造執行系統（MES）、企業資源計劃（ERP）、企業網絡等。
- 現場設備層 - 可尋址遠程傳感器高速通道（HART）、Fieldbus、Profibus、設備網等。
- 其他 - 實驗室系統、遠程訪問、分析儀、**過程控制設備等。
物理基礎設施，包括光纖/銅干線、網絡設備、無線硬件和其他項目，必須予以檢查以確定可接受狀態和適當文檔。 但這僅僅是**步，因為兼容性問題比比皆是，即使當新的自動化系統支持與舊的自動化系統完全相同的協議時。
每一層的主要接口應予以測試，以確保通信以可接受的方式發生，且性能等于或超過現有系統。 新自動化系統必須能夠直接或通過協議轉換器支持所有現有的通信協議。 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接口的系統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場總線協議，更好的辦法可能是替換這些異類，而不是添加一個協議轉換器將它們連接到新自動化系統。
較陳舊的自動化系統通常會有控制器和智能設備，如由同一供應商提供的儀器和驅動器。 如果新自動化系統是從不同的供應商處購買，在幾乎所有情況下，智能設備的數字接口在功能性方面將會受到更多限制，哪怕協議在名義上是一樣的。 對這一功能降低的系統的操作必須做出規定，或者更換智能設備。
新的自動化系統組件將被安置在一個特定區域，通常是存放老舊系統的控制室。 應當對以下方面進行檢查，以確保它們滿足要求的新系統規范，以及持續的操作與維護需求：
- 電源要求，包括UPS、
- 暖通空調要求、
- 物理占用空間，以及
- 控制室人機工程學。
UPS和其他電力系統必須有足夠的能力來處理新的自動化系統組件。 同樣，暖通空調系統必須能夠使新的電子設備保持冷卻，同時為操作員提供一個舒適的工作環境。
必須提供足夠的整體空間來放置和安裝新的系統組件，包括控制硬件和操作員工作站。 許多老舊的自動化系統有不能與新的自動化系統一起使用或必須做大幅修改的自定義控制臺。
當沒有執行徹底的FEL評估時一個經常被忽視的方面是調試計劃及其對輔助系統和空間需求的影響。 許多調試轉換計劃需要舊的自動化系統與新的自動化系統同時運行。 這顯然會產生深遠的影響，通常需要進行仔細的規劃，以適應兩個系統的同時運行。 臨時輔助電力系統通常是必要的，連同過渡的安裝空間。
關鍵文檔
新自動化安裝以及與現場設備和布線、網絡基礎設施和輔助系統的所有接口與連接將需要對文檔和圖紙做大量更改。
某些關鍵文檔必須予以審查并經常更新，以便成功運行和維護新的自動化系統。 一些必須予以檢查的*重要文檔包括管道儀表圖、循環表、I/O數據庫、系統配置、軟件程序、軟件文檔、批處理需求、功能規范、控制系統說明、編程及設計標準。
拆除、安裝和調試
徹底的FEL評估將檢查所需的拆除、安裝和調試服務，以確保這些活動適當考慮預算、時間表和可用人力資源。生產設備通常配備人員處理日常運行，沒有人員執行重大項目。
因此，FEL評估應該確定所需人員，并就與額外人力訂約做出規定。
調試計劃是任何自動化系統升級的一個關鍵組成部分。 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，以及使用熱轉換。 與安裝和調試有關的其他活動一樣，可能需要補充人力。 同樣必須做出規定，以考慮通常在安裝和調試期間損失的工廠產量。
與安裝和調試相關的施工設計活動也應該在FEL評估中進行估計和計劃，以便能夠予以正確執行。 可能需要執行的一些關鍵活動包括制定新的電纜和管道計劃表、儀器和現場設備圖紙圖表、面板和箱體設計、循環表、電機原理圖、點對點布線圖，以及安裝詳細圖。
合規和異常狀況管理
為適應自動化系統升級所做的變更需要進行檢查，以確保符合所有標準、規范和操作程序。
必須檢查**儀表系統（SIS），以確保維持所有必需的SIL水平。 可能需要執行保護層分析（LOPA），環境健康和**程序必須維持在可接受的水平。
必須維持對現行法規和標準（如NEC、NFPA和FDA法規）的遵守，就NEC和NFPA規定而言通常需獲得許可并接受檢查。 同樣，FDA針對驗證系統的法規包含一個非常嚴格的協議，生產醫藥產品的設施的所有變更必須遵循這一協議。 許多食品和飲料廠在執行變更和升級時也必須遵守FDA法規，盡管不是那么嚴格。
您的老舊自動化系統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置于自動化系統的功能以及通過實施當前的異常情況管理（ASM）圖形和報警管理標準及*佳實踐得到改進。
事實上，FEL評估應該檢查所有可能的改進領域，包括ASM，因為這將確保新的自動化系統的*大投資回報。
改進領域
新的自動化系統通常具有舊的DCS或基于PLC的系統不可用的特性和功能，可以對現有操作進行改進。 進一步改進可以通過修改現有的操作和實踐實現，同時自動化系統升級為執行這些活動提供了理想時機。
一個主要的改進領域是實現舊的自動化系統中以手動模式運行的流程與系統的自動化。 如果由于工廠的組件和設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，新的自動化系統可以實現舊的自動化系統無法自動控制的各領域的自動化。 更新的自動化系統通常內置有**過程控制功能，從而實現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生的人為錯誤，通過避免停工，通過提高產量以及通過增加生產量將產生直接、可觀的投資回報。
許多老舊的自動化系統通過分辨率低、屏幕質量**及屏幕尺寸不足的過時的圖形顯示器向設備操作員展示數據和圖表。 相比之下，更新的自動化系統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，以及改善異常情況管理。
自動化系統升級可以用更容易予以支持和維護的系統來替換過時的系統，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是一個巨大的機會損失。 為了充分利用系統升級并*大限度降低風險，必須執行徹底的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。
