在线分析仪管理系统的开发与应用①

王俊美 钟 军

(1.江苏联合职业技术学院无锡机电分院；2.江苏艾德曼森工程设计有限公司)

在线分析仪管理系统的开发与应用①

王俊美1钟 军2

(1.江苏联合职业技术学院无锡机电分院；2.江苏艾德曼森工程设计有限公司)

开发在线分析仪管理系统，给出了系统结构、主要功能和软件的设计开发，将在线分析仪的数据采集、操作维护、校验及标定等功能纳入该平台。实际应用表明：系统具有较高的可靠性和实用性，在提高维护效率、降低维护成本的同时，为生产操作人员提供可靠的分析数据，实现了对在线分析仪的管理维护和优化控制。

ADMS 在线分析仪 系统结构 软件流程

在线分析仪表可以直接安装在工业生产工艺流程中，对被测介质的组成或物性参数进行自动连续测量，并实现自动采样、预处理，自动分析、信号处理以及远传，在现代石油化工生产中被广泛应用。人们甚至将其应用水平作为判断现代石化企业自动化程度的重要指标[1]。分析仪表的工作特性又决定了它需要经常性做校验、标定和维护工作，以保证测量的可靠性、精度及重复性等关键性能指标。提高分析仪的性能和数据可靠性，加强对在线分析仪的维护管理，成为目前石化生产过程中值得关注的课题。

随着工业自动过程控制理论和工业物联网的快速发展，工业控制系统开放性进一步扩大，为在线分析仪网络化指明了方向。笔者利用工业物联网技术和基于B/S(Browser/Server)结构的软件体系，研究开发在线分析仪管理系统 (Analyzer Data Management System，ADMS)，利用信息化手段和数据统计分析，对在线分析仪进行管理、维护、标定和校验，实现在线分析仪管理的规范化和自动化。

1 ADMS整体设计

根据在线分析仪网络化管理控制需求，ADMS(图1)自下而上包括生产现场的在线分析仪、数据采集转换模块、分析仪数据管理系统服务器和软件客户端。该系统可集成不同厂家不同类型的分析仪，通过与分析仪Modbus网络、DCS系统和其他系统接口进行通信互联，实现对整个工厂在线分析仪的集中管理。同时开发了基于Web的客户端，访问灵活。还有企业采用具有无线通信功能的在线分析仪表，使得整个系统更为简洁。

图1 在线分析仪管理系统网络结构框图

在系统通信方面，通过开放式的Modbus和OPC通信协议，以及多种通信协议转换设备的技术支持，实现对在线分析仪运行状态的实时监控和管理。同时，智能化程度较高的企业还可以利用工业互联网将ADMS数据上传至PIMS或者MES，最终送至ERP或OA[2]，从而实现现场层、过程层和管理层间的信息互联共享。通过办公室计算机终端可以观察在线分析仪的运行情况，甚至对在线分析仪的参数进行修改。方便在线分析仪的操作维护，同时还能及时发现问题并及时处理，提高企业管理水平。

值得一提的是，根据实际项目设计的不同需求，ADMS与DCS之间的数据通信设有3种形式：第1种是ADMS和DCS并行从现场仪表读取数据；第2种是ADMS将现场分析仪的数据集中统一后与DCS进行数据通信，DCS将ADMS作为一个子系统；第3种是ADMS作为DCS的上一层级，即ADMS从DCS中读取分析仪数据，通过DCS进行操作和维护。

2 系统主要功能

目前，在线分析仪表在石油化工自动化生产中的应用越来越多，并向智能化、标准化方向发展。其应用发展规模化和分析系统集成的统一化为在线分析仪管理系统的搭建提供了基础[3]。该系统建立在ADMS平台之上，可对在线分析仪实时监控、全面管理，并以低成本高效益的方式进行优化，提升在线分析仪的性能和维护效率。

2.1 对分析仪进行集中监视和管理

ADMS工程组态方便快捷，支持Excel批量导入和导出功能，可大幅提高工程组态效率。本系统可对不同厂家、不同型号的智能仪表进行统一管理，操作简单方便。可实现对在线分析仪运行维护中的实时数据自动采集，如测量读数、运行状态、报警信号、远程标定/校验及对采集的数据进行统计分析等。所有采集的数据和操作维护记录存储在数据库中，便于历史数据的查询和对比。在ADMS中，用户可以输入仪表出厂数据信息，参数设置、标准样品气体信息，方便维护。同时能与DCS交互，使生产和维护更加协调和安全。

2.2 计算显示关键性能参数

在线分析仪从实验室发展而来，在恶劣的石化生产环境中在线分析仪表的准确性、稳定性和可靠性对工业生产来说至关重要。利用数据库中的大数据，采用统计学的分析方法，评估在线分析仪的关键性能指标见表1。

表1 在线分析仪的关键性能指标

2.3 进行仪表的预测性维护

ADMS实时采集现场分析仪的数据，利用趋势图反映生产过程数据的变化，实时监视分析仪表的报警信息和网络系统的状态，使得维护工作更加快捷和有效。此外，系统对仪表的日常维护和故障维护信息进行分类统计和汇总，与之前的手写记录相比，不仅数据不易丢失、易于查询，而且统计汇总的维护记录通过日报、月报和年报方式更科学和准确地揭示仪表故障原因，为预防性维护计划和决策提供可靠依据。帮助用户定制和调整维护维修计划，减少不必要的周期性维护和停机，减少维护成本，提高维护效率。另外，ADMS采用电子签名的方式，可以在系统中对所有用户的登录、操作维护进行记录，使系统更加安全。

2.4 在线分析仪的校验

在线分析仪最主要的作用是及时为生产操作人员提供准确可靠的分析结果，从而保证产品的品质，或者实时监视工业生产排放物的安全合法。

为保证分析数据的准确性，必须进行标定和校验[4]。ADMS参照ASTM D6299-2013[5]，利用统计学分析、I chart和质量控制规则策略，对分析仪的校验结果进行评估，同时对分析仪的关键性能指标进行自动统计。本系统为实际工厂生产中不同类型的分析仪提供了3种校验方式：第1种是对带有远程校验功能的分析仪进行标准样品校验，称为Auto模式或Semi-Auto模式；第2种是对不带有远程校验功能的分析仪进行现场手动标准样品校验，即Manual模式；第3种是对不带有标准样品的分析仪，将ADMS记录的现场仪表的分析结果与实验室对生产取样的分析结果进行对比，称为Lab Validation。3种校验方式具体实现的流程如图2所示，校验方式的选用取决于在线分析仪的类型和能力，以及被测量的生产过程、安全性或环境要求。值得注意的是，工业生产现场与实验室的环境有很大差别，现场条件恶劣，影响因素较多，在标定校验时需进行多次取样测量。

图2 在线分析仪的校验流程

3 系统软件开发

系统软件采用B/S结构开发，用户操作界面可通过网页浏览器登录，软件程序、功能和数据在服务器中进行部署和维护。主要功能模块有项目层级结构、分析仪概况、分析仪参数、校验、标定、维护、故障、趋势图、控制图及报表等。其中分析仪概况中包含分析仪的基本信息、分析结果、运行状态、报警状态及关键性能指标等，如图3所示。通过软件系统完成对仪表的实时运行状态和测量值的监测，并对分析仪日常运行中的操作和维护数据进行记录，统计和分析，进而对分析仪的关键性能指标进行计算。

图3 ADMS中分析仪的人机界面

ADMS系统通过集散控制理念，将分散在工厂不同区域的大量不同厂家和型号的分析仪表集中在一个平台上进行远程管理和维护。用户可借助强大的数据库系统进行查询、操作、维护、分析，并绘图和制表，同时可对日常生产维护过程中的测量数据、测试报告、维护记录、报表、项目数据库进行文档化和数字化备份，保证系统和数据的安全性。

4 实际应用

本系统主要针对连续流程生产性企业，如石化企业的在线分析仪(如色谱分析仪、氧分析仪、pH分析仪、硫化物分析仪及氮氧化物分析仪等)进行有效管理。并深层挖掘影响仪表关键性能参数的主要因素，帮助设备维护人员进行故障原因分析、制定周期性维护计划及备品备件的管理等。为生产操作人员提供高可靠性的仪表测量数据，延长连续生产时间。为企业提高生产产品质量、降低设备采购和维护成本。实现管理工作的数字化、网络化和智能化，可提高管理效率以及对管理决策具有积极的辅助作用。在学习以及进行国内外调研的基础上，经近两年研发和完善，将所开发的ADMS进行测试，并先后成功应用于沙特基础工业公司AMS系统、沙特阿美石油公司Fadhili Gas Program项目和巴林国家天气公司CGP-III项目。

5 结束语

提高企业的生产效率并降低企业的维护成本一直是国内外各石化公司技改的重要方向。ADMS作为先进的在线分析仪表管理系统，已经成为欧美和中东地区新建石化和天然气项目的必上系统，未来的中国市场也将有巨大的推广应用空间。随着国内外工业物联网标准的逐步完善，为ADMS提供了更为成熟的发展空间。因为此类系统涉及硬件、软件、网络及平台等多方面的集成，其中标准化、兼容性是不容忽视的重要问题。同时还需要进一步考虑完善信息安全，预防网络安全问题，使它更好地为工业自动化服务。

[1] 李斯亮.在线分析仪表管理系统的设计与开发[D].大连:大连理工大学,2012.

[2] 郭建民.石化企业在线分析仪表管理模式的初步探讨[J].化工自动化及仪表,2001,28(5):57～60.

[3] 刘蓉.ANMS在线分析仪表管理系统在石化生产中的发展与应用[J].中国仪器仪表,2013,(9):52～56.

[4] ASTM D3764-2015,Standard Practice for Validation of the Performance of Process Stream Analyzer Systems[S].Philadelphia:American Society for Testing and Materials，2015.

[5] ASTM D6299-2013,Standard Practice for Applying Statistical Quality Assurance and Control Charting Techniques to Evaluate Analytical Measurement System Performance[S].Philadelphia：American Society for Testing and Materials,2013.

DevelopmentandApplicationofOn-lineAnalyzerManagementSystem

WANG Jun-mei1, ZHONG Jun2
(1.WuxiMechanical&ElectricalBranch,JiangsuUnionTechnicalInstitute; 2.JiangsuAutomationEngineeringDesignCo.,Ltd.)

The ADMS (analyzer data management system) was developed and both design and development of its structure, main functions and software were presented; the analyzer’s data acquisition, operation maintenance and validation were brought into the system platform. The practical application shows that, this ADMS has high reliability and practicability and it provides operators with reliable analysis data while having maintenance efficiency increased and the maintenance cost reduced. The maintenance, management and optimal control of on-line analyzers can be realized.

ADMS, on-line analyzer, system structure, software process

王俊美(1981-)，讲师，从事控制理论与控制工程、智能仪表与检测的研究，wangjunmei81@163.com。

TH865

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1000-3932(2017)12-1122-04

2017-10-05，

2017-10-31)