Frontier El Dorado Refining Company公司一直不断地对其过程自动化设施进行升级，以提高产量并满足环境要求。此类工厂通常都需要应对数以百计的信号线、软件标签和现代DCS的多种控制功能。为了改善开发DCS循环图表的速度和精度，Frontire公司开发了一款界面友好的、基于Microsoft excel电子表格应用程序，可以作为DCS设备的预设计、归档和索引工具。这种设备标签跟踪和循环图虚拟解决方案可以维护工作表，用来确认和索引设备标签，模拟实际设备安装，生成接线盒图纸、I/O模块图纸和循环图。

Frontier公司的自动化“墙”。

　　Frontier公司的EI Dorado精炼厂位于堪萨斯州EI Dorado外，靠近Flint Hills景区，它是美国最大石油加工厂。工厂占地1000英亩，是高度集成的现代化工厂，拥有超过400个雇员和100个承包商。
　　EI Dorado精炼厂具有一系列的复杂作业，包括蒸馏、直接脱硫、流化床催化裂化、烃化、延迟焦化、催化重整、异构化和硫磺回收，每天生产60000桶汽油、40000桶馏出燃料、900吨石油焦和175吨元素硫。
　　随着在此地区发现大量的原油储备，EI Dorado的精炼厂开始于1917年，它最初是一个简单的撇蒸厂，每天可以生产2000桶原油。今天，精炼厂具有110000桶/日的生产量，为大平原地区和落基山脉的用户提供原油和液化天然气。

　　背景
　　和其他石油加工厂一样，Frontier公司面临着日益激化的全球竞争——要求持续提升其过程自动化技术。其EI Dorado工厂这些年来完成了很多控制系统改造，将气动控制和单循环控制面板设备更新成为现代DCS系统。
　　2007年，Frontier公司将原油加工装置的控制系统由老式的TDC2000系统更新为Honeywell Process Managers（HPM）。此精炼厂通过原有的局部控制网（LCN）操作员接口，引入了多种创新的技术，实现了其过时控制系统向更快速的DCS系统的热切换。
　　精炼厂现在由DCS通过来自于两个不同控制室的7条LCN实现控制。整个工厂的自动化体系结构包含147个LCN节点、35个冗余HPM、和172个TDC2000基础控制器，所有这些都与Uniformance PHD过程历史数据库相连。目前精炼厂正在升级其过程设备，以满足环境要求并提高产量。Honeywell Experion是工厂的主要部分。本文的讨论主要基于特定的升级操作，同样的概念也适用于任何其他类似的平台改造。

　　情况描述
　　对于仪表和控制工程师来说，循环图可以用来说明自动化策略和整个控制系统体系结构的布线连接。在新项目建设阶段以及在过程运行期间的查错和维护时，这些图表对于安装设备非常有用。简单的循环图只有一个输入一个输出，复杂的循环图有多组输入和多组输出。
　　例如CONTROL ENGINEERING China版权所有，一台压力指示器的循环图可以指示压力变送器以及从变送器到输入模块的线路和连接。一个典型的控制循环包括一台变送器以及到DCS输入模块的连线，还有从输出模块到阀体的线路和连接。
　　现代DCS I/O信号既可以是模拟型号也可以是开/关（数字）信号，通过软件配置，控制系统可以显示并管理这些信号。现场仪表分布于过程装置的各处，信号通过一个线对上的电流传送至DCS。为了提高效率，使用多芯电缆将DCS控制室与现场仪表所在处的接线盒相连。
　　在控制室内，电缆线对合理分配，与输入/输出模块（IOM）相连，使电气回路形成闭环，确保现场信号可以被DCS使用。根据所连接的现场仪表，软件标签名被分配给I/O模块通道。

　　工程挑战
　　在过去，准备循环图是一个相对简单的工作。所有的连接都是硬接线，制图也符合ISA标准。但是随着二十世纪70年代晚期DCS技术的出现，控制系统工程师必须应对无数的软件连接。这造成了一种进退两难的局面：循环图应该是什么样的？它需要显示多少软件？硬件怎么处理？

随着DCS技术的出现，仪表和控制工程师不得不应对无数的软件连接。

　　软件功能很难解释。很多情况下，仪表归档的工厂标准和格式并没有很好地定义。当工作中涉及到多个不同的设计和建造承包商时，这种问题更加严重。
　　对于大多数工厂自动化项目，承包商需要提供循环图作为他们投标文件的一部分。然而，循环图总是迟于提供，并非在所有的配置任务时都能找到循环图。而且，标签通常都分布于不同的图纸上，不便于跟踪。在过多的项目图纸出现重复或者冗长的仪表标签是很常见的事。
　　对于DCS项目，有数以千计的数据需要跟踪，数以千计的关系需要确认。例如CONTROL ENGINEERING China版权所有，标签数量、电缆线对数量、I/O模块通道数量和图纸数量，这些信息都以某种方式彼此相关。这些相关的信息可以从不同角度获悉（例如标签数量、电缆线对数量或者I/O模块），以一定次序表达某些含义。然而，如果这些相关数据无需排列的话，就如同随机数据一样。例如CONTROL ENGINEERING China版权所有，如果按照电缆线对或者I/O模块来排序，那么标签数量信息看起来就是随机的，同样的，按照标签数量或者I/O模块来排序，电缆线对信息看起来也是随机的。
　　Excel工作表数据库允许随机输入大量数据，然后以合理的顺序分类或者筛选。

　　安装方法
　　Frontier公司现场仪表的安装方法基于唯一原则（例如CONTROL ENGINEERING China版权所有，一台现场仪表与一对干线电缆连接，与一个FTA通道连接），带来了显著的时间和成本节省。
　　在EI Dorado精炼厂CONTROL ENGINEERING China版权所有，控制仪表置于远程仪表外壳内（RIE），使用36对干线电缆与过程工作区域的接线盒相连。在电缆的端部，36对干线电缆中的每条线都与接线端子相连。为了辨识方便，端子使用电缆对号码+和-来标示。现场仪表在接线盒中与电缆相连，然后使用跳线将RIE中的相应端子与分配的I/O模块通道相连。
　　RIE端子板实际上是承包商的责任。建造承包商将电缆与端子板简单地按照线对次序连接。从RIE电缆端子到FTA通道的跨接可以在工厂或者现场完成。

　　电子数据表应用
　　为了减少控制系统施工的时间和精力上的花费，Frontier公司开发了一款基于Excel的工作表应用程序，作为DCS相关信息的预设计、归档和索引工具。在此创新的电子数据表应用程序中，可以轻松录入数据，然后分类数据或者筛选数据，为仪表和控制工程师提供最有用的视角。每个工作表具有特定的作用，便于使用。某些工作表设计用于模拟物理DCS I/O的安装www.cechina.cn，一旦安装完成，允许分配仪表标签。其他工作表作为仪表循环相关信息的索引目录，但是归档在其他地方。
　　此电子数据表工具可以指定区间以各种图形模板进行查找作业，确保数据有效性。针对现场接线盒、I/O模块、TI MUX盒和循环图表都提供了模板。这些图纸可以作为工厂、建设、配置和维护工作的有效的辅助工具。
　　Excel自动筛选功能对于浏览特定数据非常有用，每个工作表还具有列计数功能，可以显示筛选后的列数。使用计数功能对工作表中输入的标签进行确认CONTROL ENGINEERING China版权所有，避免重复；使用查找功能确保输入值已经在P&ID工作表上注册过。查找功能还可以将标签作为关键字交叉索引其他工作表。

　　使用工作表
　　使用独特的工作表结构设计的基于Excel的应用程序为仪表控制工程师提供了更快、更准确的生成仪表接线盒图纸和IOM图纸的方式。此应用程序配有仪表数据库www.cechina.cn，数据逻辑录入后以不同方式使用，用于配置工厂的自动化策略。3个工作表提供一组从仪表标签到图纸的索引。P&ID（工艺流程及仪表图）和布置图所提供的信息被插入相应的P&ID和PLOT工作表，电气和详细图纸的标签被录入Reference工作表。这种方法确保了从仪表标签到图纸的有效的交叉索引（见图1）。

　　P&ID是仪表和控制系统要求的基础。P&ID工作表提供了足够的信息，帮助确认DCS元件的尺寸和选型以及大多数现场布线的结构。I/O要求确定之后（例如CONTROL ENGINEERING China版权所有，输入输出端口的数量和类型），工程师就可以设计系统体系结构了。3个工作表就可以提供所有的干线电缆对、I/O通道和TI MUX通道序列列表。干线电缆中的每一组可能的线对都列在Instrument Junction Box (IJB)工作表中。IOP工作表列出了所有的输入和输出通道，MUX工作表列出了每一个可能的TI多路复用通道。
　　在控制系统体系结构确定之后，工程师开始为干线电缆线对、输入输出模块通道或者TI MUX通道分配标签。工作表应用程序内置有交叉检查功能，检查标签是否重复，并确认标签名称是否已经在主P&ID工作表中定义。（见图2.）

　　(翻译：辛磊夫)