在线分析仪表局域网及其维护平台功能介绍

刘斌

[摘 要] 本文重点讨论如何构建在线分析仪表局域网，为什么要分析仪表网络化维护管理，及网络化维护管理的功能和优点。

[关键词] 分析仪表；局域网；网络化；维护管理平台；TCP/IP；OPC技术

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

[中图分类号] F270.7；TP393 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）03- 0041- 04

1 为什么要构建在线分析仪表局域网

越来越多的国内大型石油化工企业采用多种网络信息技术平台，提高设备的可靠性与故障的诊断分析水平。在线分析仪表网络化和远程操作维护，是在线分析仪表系统信息化发展的必然趋势，也是精细化工和石化工艺发展的要求。国内外很多最新设计的石化企业和技术改造升级的企业，都把过程分析仪表网络系统信息化列为必须要求。环保要求、产品质量要求、降低能耗、优化操作和劳动力资源合理配置，都要求在线分析仪表的维护上台阶。在线分析仪表网络系统信息化管理，是信息技术在石油化工行业应用的一个重要发展要求。

分析仪表作为一种特殊的仪表，在石油化工生产装置控制和环境保护中的作用越来越重要，应用范围和形式也越来越多，因此，分析仪表的维护和管理也变得非常重要。由于分析仪表的多样性，样品预处理的维护工作量大，及各种应用工况的复杂性，需要有一个集中监控与维护管理的系统。

目前，国内实验室的LIMS系统已经广泛开始应用，并获得了成功，实现了实验室办公自动化。这也推动了在线分析仪表网络化维护管理平台的推广和应用，准确的在线分析仪表承担了实验室的大量工作，减轻了实验室的工作负荷。

分析仪表网络化维护管理网络作为整个石化企业网络的一个部分，在新项目设计阶段就得到了提出。现代化的石化企业要做到各种功能网络之间互相连接，数据交换资源共享。每个独立的网络还要实现其特有的信息管理功能，如分析仪表局域网络，就要实现维护校表平台，信息记录，分析仪表性能评估能等。

2 如何构建分析仪表局域网络

联合化工公司装置设计时都要求分析仪表厂家提供分析仪表网络（PAS网络），这个网络主要功能是该网络上分析仪表间的数据通讯和校验使用。一个大型石化项目不可能由一家分析仪表公司供货，为此，我们要设计整合各生产装置间的分析仪表网络，连成一个分析仪表大网络——分析仪表局域网。设计院的过程分析系统与分析小屋设计规定：卖方必须在分析小屋内提供光电转换器、光纤连接盘，必须在FAR内提供分析仪网络机柜，并且在CCR中央控制室提供全厂性的分析仪表工程师站。这个设计规定，给我们构建分析仪表局域网络提供了强大的硬件支持。

首先，我们在中控室放置一个分析仪表网络机柜，机柜内设置一个服务器、网络集线器和防火墙。网络集线器将各供货商提供的PAS网络连接，使各装置存在的分析仪表网络实现硬件资源共享，构建一个分析仪表局域网。当然，作为网络资源，要做好服务器、各终端、各网络路由器的TCP/IP地址设置。

每个分析仪表厂家都有自己的网络管理软件，将这些网络软件安装在分析仪表网络服务器中，远程启动，就可访问分析仪表局域网各个网络分支上的在线分析仪表。在有授权的情况下，可调整局域网内任何分析仪表内的设置数据。

考虑到网络的安全性，在分析仪表局域网和DCS网络间设置防火墙和防病毒软件也必不可少的。

基于工艺装置安全设计考虑和现场防护等级要求，通常设计要求分析仪表数据直接送到DCS。就是总线信号，4～20maM信号，或Modbus串行接口通信协议。将公司各装置所有分析仪表引入大分析仪表网络，是分析仪表局域网联网的最终目的。DCS厂家的Window sTCP/IP的OPC技术接口，能提供这样的技术支持。

DCS的OPC技术通讯能将大量数据在DCS和在线分析仪表局域网之间双向传送，分析仪表局域网上拥有的一些数据，如分析仪表的故障信号，正在维护分析仪表，校表等，也可传送到DCS上。操作工允许校表，允许预防性维护等指令，也可在操作工应答下传送到分析仪表局域网，指令分析仪表维护人员工作。设计规定的另一条要求：每个网络控制站可与中央控制室内的中心数据采集和管理系统实现连接。就是利用DCS的OPC技术，实现分析仪表局域网络数据采集是可行的。即把直接送DCS的分析仪表信号，如pH分析仪，电导率分析仪，TOC等毫安信号分析仪，这些无法链接到分析仪表网络的信号，引入分析仪表网络，实现所有在线分析仪表实时监控，进行分析仪表性能分析和问题诊断的远程维护功能。

实际应用中，国内某大型企业就有多达10套生产装置和辅助装置实现局域网络互联，多达530多台分析仪表及25个分析小屋在这个网络上实现信息管理。

3 为什么要分析仪表网络化维护管理

构建分析仪表局域网络的最终目的是构建一个分析仪表局域网络维护管理平台。将所有分析仪器数据采集过来，进行数据显示、处理及传输。当分析仪表维护人员打开这个远程维护系统时，可检查每台分析仪表的历史趋势，查看该分析仪表的维护历史，分析仪表的校验记录，定期提示分析仪表预防性维护信息，生成数据报表。通过这个信息化网络分析仪表维护系统，在线分析仪表维护人员可判断出分析仪表的性能，分析仪表存在的现实问题和历史问题，对分析仪表与处理系统提出改进建议。

制约在线分析仪表广泛应用的关键就是分析仪表的准确性和大量的维护工作。分析仪表要保持长期运行和准确性，需要维护人员的精心维护。过程分析仪表网络维护管理平台恰恰就是在线分析仪表维护人员非常有用的工具，能使目前的分析仪表性能和应用有质的飞跃。

目前的过程分析仪表网络化维护管理软件，是基于英文信息记录和报表，再加上软件成本投资高，限制了国内的推广和应用。

分析仪表厂商也都推出了自己的分析仪表管理系统，如ABB的VistaNET LAN，Yokogawa的AMADAS（分析仪表维护和数据获得系统）等分析仪表网络化维护管理系统。

作为分析仪表网络化的维护管理平台，要具有如下功能：

（1）维护平台：分析仪表人员每次对该表的维护，都将在这个网络维护平台上填写维护记录。做了什么维护，更换了什么备品备件，停表维护时间，校表情况等，都在网络的时间戳下保存起来，实现无纸化维护管理。我们可通过这些维护记录，对该表进行性能评估和长周期运行改造。

（2）管理平台：分析仪表管理人员可通过维护人员名称搜索、分析表位号搜索等，调出一个月、一年的维护工作记录，通过评判维护量，校验记录，修改预防性维护周期，平衡维护人员工作强度，提高维护维修水平。同时，将一定时期备品备件的使用情况，作为备件库存数量依据，调整库存，判定分析仪表是否换型。

（3）数据有效性审核：环保部门上传数据，工艺安全生产数据，都要有准确性和有效性，分析仪表网络的维护平台能提供分析仪表维护、校表等有效信息，保证分析仪表的准确性。以往的维护记录是纸质的，存在不利于检索汇总，易丢失涂改等缺欠。这个信息管理平台可打印出某台分析仪表在一定时间段内的维护记录、校表/校准记录、预防性维护记录等，当然，信息还包括维护人员、时间、工作内容、标准气/液值及保质期、允许校验偏差、是否通过校验等。

（4）预维护功能：分析仪表的预防性维护极为重要，要定期更换过滤芯、吹扫、伴热检查等。一旦错过预防性维护，样品里的油或水就会对分析仪表造成严重伤害，甚至导致更换备件等大修理工作，既耽误分析仪表投用，又花费维大量修费用。该分析仪表网络软件具有定期弹出每台表预先设定的定期维护项目功能，如质谱仪每半年定期更换真空泵机油维护，时间一到，该表的位号出弹出维护提示，直到维护人员应答才消失，管理人员可通过检查维护记录，确认是否做了更换维护。

（5）远程技术支持： 当现场维护人员遇到维护问题时，回报给技术人员，技术人员远程登录（另一个分析小屋或管理终端，根据设置权限），就如现场画面一样，修改/调试该分析仪表。如色谱仪的波峰调整、报警问题分析等，维护人员和技术支持人员可同时研究修改。

（6）支持实验室：分析仪表长周期准确投用，可大量减少实验室采样频率和延长分析周期，支持实验室人员的编制改革。如果将实验室的LIMS（实验室信息管理系统）与分析仪表系统连接，实验室分析到的数据，依据采样时间，直接与相对应的在线分析仪表数据比对。当分析表维护人员在分析仪表网络画面看到该表实验室比对要求后确认，就能将该表当时的读数与实验室分析数据比对，并将双方数据、比对偏差、比对结果通过与否（按一定的偏差比率比对，如+/-5%）等，给出分析仪表运行状态判断。分析仪表维护人员进入比对画面，发现与实验室比对偏差大时进行报警，对分析仪表运行情况进行调校，实现真正的在线分析仪表和实验室数据间的有意义比对。这些比对结果当然也存入系统内，可随时调出检查。

（7）各类报表功能：在线分析仪表维护情况、各类记录等。

4 分析仪表网络化维护管理具有的优点

4.1 实现工艺生产平稳操作

当分析仪表人员进行维护和校表时，分析仪表网络会利用OPC技术与DCS数据交换，发给操作员维护和校表请求信号，DCS窗口给出提示，操作工确认后，回执到分析仪表维护人员窗口——分析仪表网络，分析仪表人员才可有效地进行下步工作。这也避免了因工作票不到位，交接不清而引起的数据混乱。操作人员确认的同时，DCS参与监控的数据保持当前值，并显示分析仪表处于维护中，直到达到维护或校表结束后几个分析周期（设置时间滞后）的工艺真实数据，再继续变化。这个技术避免了因校表维护引起的数据巨大波动而造成的麻烦，实现无扰动指示。这能避免工艺技术人对分析仪表趋势分析质疑，装置先进过程控制的突然终止，环保上传数据时的纠纷等。

4.2 信息管理和维护平台

分析仪表局域网上显示的分析仪表数据不是DCS功能的重复，通过OPC技术传到分析仪表网络的数据，是分析仪表人员判断分析分析仪表性能和工艺操作变化的重要工具。分析仪表与工艺运行介质等密切相关，对样品处理技术要求高。通过发现分析仪表数据的异常，分析仪表维护人员能及时地检查分析仪表的运行状态和故障诊断。操作员窗口是专用的，不支持在线分析仪表的日常维护管理。

目前各大石化公司都在向高效发展转型，维护人员的配置和维护形式都发生了变化，再加上精细化工的设计要求高，对分析仪表的性能、运行状态的监控管理要求也特别高。尤其是公司装置单元多，区域广阔，分析小屋众多，分析仪表数量巨大时，技术管理人员不能及时巡查到异常的分析仪表，并发出维护指令。分析仪表网络化维护管理，就显得极为重要。

5 结束语

笔者使用这种在线分析仪表网络进行分析仪表维护管理多年，获得了很多经验。通过与国内石油化工系统从事在线仪表管理工作同行间的探讨，结合目前国内在外资和合资公司的应用，本文认为，这一系统能将在线分析仪表投用率和准确率大幅度提高，是在线分析仪表维护的新发展。其在国内在线分析仪表领域得到应用，将是分析仪表维护技术的一场革命，为在线分析仪表行业的发展提供助力。