關于發酵行業自動化生產線操作手冊編寫的探討

摘 要：本文主要闡述了編寫系統的、完整的操作手冊在新建發酵類自動化生產線中的必要性、編寫人員需具備的能力、編制過程、編制要求、需使用的文件材料、編制內容及各部分編寫中應注意的方面等內容。

關鍵詞：操作手冊;自動化;控制回路

1 現狀與改進思路

目前很多工程公司在實施發酵類自動化工廠建設時，都不重視系統的、完整的操作手冊編制工作。基本憑借其與工藝人員的口頭和（或）書面溝通來確定工藝運行流程，再由自動化專業人員根據其理解來轉化為編程語句。這樣導致的結果是效率低下，可靠性不高，可復制性不強，最終的質量很大程度上取決于實施團隊的經驗和能力。對于后期的工廠運行及改造也是極為不利的。因此編寫一套系統的、完整的操作手冊對于一個高質量的自動化工廠尤為重要。

操作手冊的編寫涉及范圍廣、專業性要求高，因此編寫人員需具備長期的工程實施經驗，熟悉工藝流程，組織實施過完整自動化生產線的調試工作，懂得自動化及儀表的專業知識，了解所使用的DCS系統的結構及特點、現場總線及現場儀表閥門的控制等。

2 操作手冊概述

通常，操作手冊有初版和終版。初版的編制是在完成項目的技術交流及與關鍵設備及成套設備供應商的澄清和交流之后。編制完成后的初版會交由建設單位的工藝人員及自控人員確認。經過修正并確認后的初版會用于編程公司編程。在編程完成后，有編制人員參與的FAT見注釋①將在編程公司進行，根據實際調試結果考慮是否安排第二次FAT。如果改動很小，則一次FAT就可以了。等整個項目安裝完成，具備現場調試后，編寫人員必須到現場進行水試，成功后進行整個生產線的帶物料調試。在調試后，需要根據調試中修正的部分進行整理，完成后形成終版的操作手冊，交付給建設單位，以便建設單位存檔，并做后期改造時參考。

3 操作手冊編制材料及內容

在準備操作手冊時我們需要用到以下文件：

（1）工藝描述。

（2）PFD見注釋②。

（3）UFD見注釋③。

（4）P&ID見注釋④。

（5）成套系統的相關資料，如P&ID，操作和維護手冊（例如分離機系統、過濾系統等）。

（6）I/O清單 。

該操作手冊通常用Microsoft Word文檔整理，方便使用及修改。

操作手冊的結構和涵蓋的內容如下：

（1）總述。該部分寫明手冊編寫的目的、用途、內容等。

（2）工藝描述。該部分寫明各個單元的運行流程。

（3）各單元的控制要求及功能描述。該部分列出各單元需要實現的控制功能，這是第5、6部分的基礎。

（4）自動化要求。該部分定義工藝控制所需的各種不同的控制回路類型及顯示界面安排。

所有與運行相關的回路都應當在運行總覽中展示出來。用戶可以通過選擇總覽中的回路來進入控制回路。

控制回路上顯示的信息取決于回路類型，可以通過程序來修改（自動）或者操作員（手動）或者聯鎖。

下面按回路類型進行描述：

1）單回路。采用模擬信號實現順序控制，計算，監控和/或報警。

顯示的信息為設定值、報警設定和曲線。

2）控制回路。模擬信號的輸出受模擬輸入（現場數據）和設定值的控制。

設定值可以是一個固定參數（單元件控制），來自另一個控制器的多變量控制（串級控制）或者運算變量控制。

在串級控制中，存在主從控制器。從控制器的設定點由主控制器的輸出調節。

在運算變量控制中，設定值為計算數值或配方數據， 譬如配置表里的數據。

現場數據可以用于報警，順序控制條件和/或聯鎖。而且現場數據可以導入到曲線或者報表，也可以用于提醒和警示操作人員。

在控制回路上顯示如下信息：現場值、設定值、輸出值、報警設置、輸出模式（手動/自動）、設定值方式（外部/內部）、曲線、PID控制設置。

3）離散閥門類。帶1，2個位置開關的閥門可用程序語句，外部信號或者操作人員進行控制。

顯示信息為：模式（手動/自動）、狀態（開/關）。

4）電機類。這類回路可以實現對帶反饋的電機的控制并指示電機狀態。反饋用于報警。

顯示信息為：模式（手動/自動）、狀態（開/關）。

控制回路、曲線和報警信息在不同的界面顯示。根據回路類型，可顯示的狀態也有區別，按下表的原則實現：

5）控制語句目錄。該部分按單元列出所有的控制語句目錄。

6）詳細的控制語句。該部分給出詳細的控制語句作為編程公司的編程依據。

下面給出一個回收水的運行語句編寫示例，供格式參考：

6.38. Op 32： 回收水

Op32 Sq1： 啟動回收水系統

必備條件：

見7.5. 程序聯鎖

低壓蒸汽正常

手動閥 32001 已打開 ！ 32-T-01 出口

手動閥 32006 已打開 ！ 32-P-03 出口

手動閥 32007 已打開 ！ 32-E-04 低壓供氣

手動閥 32009 / 32013 / 32763 已打開！ 32-E-04 回流

關閉閥門 FV-32216 ！ CIP#3 回流

關閉閥門 FV-32213 ！ 排污

打開閥門 FV-32214 ！ 循環

等待到 LI-32404 > 10 %或者 Op32 Sq2 運行

如果Op32 Sq2 運行， 那么：

跳轉到結束

啟動泵 32-P-03 ！ 回收水泵

設置閥門 FV-32204 （FO） 為自動 ！ 32-E-04 排污

設置 TCV-32704 為手動 （50 %）

設置 TCV-32704 由TIC-32704自動控制

（s.p. = “回收水溫度” ?C）

等待 Op32 Sq2 Step2 運行 ！ 停止回收水系統

Op32 Sq1結束

Op32 Sq2： 停止回收水系統

必備條件：

見 7.5. 程序聯鎖

第一步： 停止回收水系統信息提示

顯示 “需要使用回收水.

停止. 取消”

等待操作人員選擇

取消信息顯示

如果選擇取消， 那么：

跳轉到Op32 Sq2結束

第二步： 停止回收水系統

設置閥門 FV-32204 （FO） 為自動 ！ 32-E-04 排污

設置TCV-32704為手動 （0 %）

停止泵 32-P-03 ！ 回收水泵

關閉閥門 FV-32214 ！ 循環

Op32 Sq2 結束

7）聯鎖表。該部分列出各種情況的連鎖。

泵、風機、容器類聯鎖優先于攪拌器、過程聯鎖。

對于所有防混閥，用于閥座清洗的電磁閥（A和B）將相互聯鎖防止同時打開。

8）顯示界面要求。該部分詳細定義界面的元素種類、不同回路的各種參數顯示的要求以及各單元需包括的顯示界面。

9）批處理管理。該部分首先介紹批處理，然后分別列出可獨立于批次的程序及需要在批處理中運行的程序，再給出批處理的名稱規范，最后給出各個批處理的方框圖。

10）發酵控制。該部分列出工藝人員提供的對發酵過程的所有控制參數及控制曲線要求。

11）報表管理要求。該部分由使用單位根據自己的生產管理要求給出各種報表的樣式及要求。

12）I/O表。該部分由電儀人員整理提供，包含所有現場控制的I/O點的信息。

13）P&ID。該部分給出所有的P&ID圖。他們是在與使用單位充分的技術交流并與關鍵、成套設備的供應商做了技術澄清后整理的用于指導編制各施工資料的版本。

14）健康，安全與環境（HSE）。該部分主要介紹相關設施的HSE情況。

健康：

該部分講人們的健康，他們在廠里工作，在工廠周圍生活， 工廠的管理應充分考慮員工的健康。 生活在工廠周圍的生物的健康也應加以考慮。例如，那些受工廠影響的水下生物。

該部分中，應提供工廠/單位使用的化學品的毒性狀況，人類和其他動物可接受的噪音水平，火災和爆炸造成的傷害程度，應對傷害的急救措施等。

安全：

該部分涉及在整個使用壽命期間的安全，包括其開車，運行和停車。 該部分應涉及工廠日常運行中可能遇到的危害，還應闡述預防事故的安全措施。

一些常見的危險可能是由于有害物質溢出，泄漏或破裂，靜電累積，高處墜落，表皮暴露于高溫引起的燒傷，取樣時暴露在有毒物質下，堆放易燃固體垃圾（木材，紙張，布料等）。

安全措施包括：

對一些操作，例如采樣、旋轉機械的定期維護，應有特殊的步驟;

實行高溫作業和受限空間工作許可證制度;

使用個人防護用品（安全帽，勞保鞋，護目鏡，耳罩，呼吸器等）的;

提供指示現場危險類型的指示牌;

定期打掃;

緊急撤離方案;

環境：

該部分描述根據當地的法律法規和規章制度，所排放有害的固體，液體和氣體廢物的指標。

15）附錄1 現場控制柜。該部分列出各個現場控制柜的指示燈用途及按鈕用途。

16）附錄2 參數表。該部分提供過程控制系統運行所需的所有設定值。

17）附錄3 通訊信號。該部分提供DCS系統與其它獨立運行系統之間的通訊模式及信號交換規劃。

18）附錄4 固定配方的配置數據。該部分提供10套發酵風量、發酵溫度及壓力的每小時自動設定的賦值表

19）附錄6 接種數量計算.該部分提供接種量的計算公式。

Q = （100*RQ/DM） / （D * （c/1000））

設定值 （“接種量” kg） = Q （kg） （用于DCS的數量）

配方量 = RQ （kg） （配方中的用量， 干物質100%）

濃度= c （g/l） （化驗室提供， 過濾）

干物質 = DM （%） （化驗室提供， 過濾后濾餅）

密度 = D （kg/l） （化驗室提供）

20）附錄7 發酵風機控制。該部分提供磁懸浮風機的運行組合以滿足通風要求。

注釋：

①FAT：工廠驗收測試。

②PFD：過程流程圖。

③UFD：公用工程流程圖。

④P&ID：管道和儀表圖。

參考文獻：

[1]徐湘元.過程控制技術及其應用[M].清華大學出版社，2015.

[2]凌志浩.DCS與現場總線控制系統[M].華東理工大學出版社，2008.

[3]呂蕾.基于西門子PLC的污水處理自動控制及算法研究[D].東華大學，2016.

[4]張連營.職業健康安全與環境管理[M].天津大學出版社，2006.

作者簡介：楊春（1976-），男，湖北宜都人，本科，從事電氣及自動化工作。