关于发酵行业自动化生产线操作手册编写的探讨
摘 要：本文主要阐述了编写系统的、完整的操作手册在新建发酵类自动化生产线中的必要性、编写人员需具备的能力、编制过程、编制要求、需使用的文件材料、编制内容及各部分编写中应注意的方面等内容。
关键词：操作手册;自动化;控制回路
1 现状与改进思路
目前很多工程公司在实施发酵类自动化工厂建设时，都不重视系统的、完整的操作手册编制工作。基本凭借其与工艺人员的口头和（或）书面沟通来确定工艺运行流程，再由自动化专业人员根据其理解来转化为编程语句。这样导致的结果是效率低下，可靠性不高，可复制性不强，最终的质量很大程度上取决于实施团队的经验和能力。对于后期的工厂运行及改造也是极为不利的。因此编写一套系统的、完整的操作手册对于一个高质量的自动化工厂尤为重要。
操作手册的编写涉及范围广、专业性要求高，因此编写人员需具备长期的工程实施经验，熟悉工艺流程，组织实施过完整自动化生产线的调试工作，懂得自动化及仪表的专业知识，了解所使用的DCS系统的结构及特点、现场总线及现场仪表阀门的控制等。
2 操作手册概述
通常，操作手册有初版和终版。初版的编制是在完成项目的技术交流及与关键设备及成套设备供应商的澄清和交流之后。编制完成后的初版会交由建设单位的工艺人员及自控人员确认。经过修正并确认后的初版会用于编程公司编程。在编程完成后，有编制人员参与的FAT见注释①将在编程公司进行，根据实际调试结果考虑是否安排第二次FAT。如果改动很小，则一次FAT就可以了。等整个项目安装完成，具备现场调试后，编写人员必须到现场进行水试，成功后进行整个生产线的带物料调试。在调试后，需要根据调试中修正的部分进行整理，完成后形成终版的操作手册，交付给建设单位，以便建设单位存档，并做后期改造时参考。
3 操作手册编制材料及内容
在准备操作手册时我们需要用到以下文件：
（1）工艺描述。
（2）PFD见注释②。
（3）UFD见注释③。
（4）P&ID见注释④。
（5）成套系统的相关资料，如P&ID，操作和维护手册（例如分离机系统、过滤系统等）。
（6）I/O清单 。
该操作手册通常用Microsoft Word文档整理，方便使用及修改。
操作手册的结构和涵盖的内容如下：
（1）总述。该部分写明手册编写的目的、用途、内容等。
（2）工艺描述。该部分写明各个单元的运行流程。
（3）各单元的控制要求及功能描述。该部分列出各单元需要实现的控制功能，这是第5、6部分的基础。
（4）自动化要求。该部分定义工艺控制所需的各种不同的控制回路类型及显示界面安排。
所有与运行相关的回路都应当在运行总览中展示出来。用户可以通过选择总览中的回路来进入控制回路。
控制回路上显示的信息取决于回路类型，可以通过程序来修改（自动）或者操作员（手动）或者联锁。
下面按回路类型进行描述：
1）单回路。采用模拟信号实现顺序控制，计算，监控和/或报警。
显示的信息为设定值、报警设定和曲线。
2）控制回路。模拟信号的输出受模拟输入（现场数据）和设定值的控制。
设定值可以是一个固定参数（单元件控制），来自另一个控制器的多变量控制（串级控制）或者运算变量控制。
在串级控制中，存在主从控制器。从控制器的设定点由主控制器的输出调节。
在运算变量控制中，设定值为计算数值或配方数据， 譬如配置表里的数据。
现场数据可以用于报警，顺序控制条件和/或联锁。而且现场数据可以导入到曲线或者报表，也可以用于提醒和警示操作人员。
在控制回路上显示如下信息：现场值、设定值、输出值、报警设置、输出模式（手动/自动）、设定值方式（外部/内部）、曲线、PID控制设置。
3）离散阀门类。带1，2个位置开关的阀门可用程序语句，外部信号或者操作人员进行控制。
显示信息为：模式（手动/自动）、状态（开/关）。
4）电机类。这类回路可以实现对带反馈的电机的控制并指示电机状态。反馈用于报警。
显示信息为：模式（手动/自动）、状态（开/关）。
控制回路、曲线和报警信息在不同的界面显示。根据回路类型，可显示的状态也有区别，按下表的原则实现：
5）控制语句目录。该部分按单元列出所有的控制语句目录。
6）详细的控制语句。该部分给出详细的控制语句作为编程公司的编程依据。
下面给出一个回收水的运行语句编写示例，供格式参考：
6.38. Op 32： 回收水
Op32 Sq1： 启动回收水系统
必备条件：
见7.5. 程序联锁
低压蒸汽正常
手动阀 32001 已打开 ！ 32-T-01 出口
手动阀 32006 已打开 ！ 32-P-03 出口
手动阀 32007 已打开 ！ 32-E-04 低压供气
手动阀 32009 / 32013 / 32763 已打开！ 32-E-04 回流
关闭阀门 FV-32216 ！ CIP#3 回流
关闭阀门 FV-32213 ！ 排污
打开阀门 FV-32214 ！ 循環
等待到 LI-32404 > 10 %或者 Op32 Sq2 运行
如果Op32 Sq2 运行， 那么：
跳转到结束
启动泵 32-P-03 ！ 回收水泵
设置阀门 FV-32204 （FO） 为自动 ！ 32-E-04 排污
设置 TCV-32704 为手动 （50 %）
设置 TCV-32704 由TIC-32704自动控制
（s.p. = “回收水温度” ?C）
等待 Op32 Sq2 Step2 运行 ！ 停止回收水系统
Op32 Sq1结束
Op32 Sq2： 停止回收水系统
必备条件：
见 7.5. 程序联锁
第一步： 停止回收水系统信息提示
显示 “需要使用回收水.
停止. 取消”
等待操作人员选择
取消信息显示
如果选择取消， 那么：
跳转到Op32 Sq2结束
第二步： 停止回收水系统
设置阀门 FV-32204 （FO） 为自动 ！ 32-E-04 排污
设置TCV-32704为手动 （0 %）
停止泵 32-P-03 ！ 回收水泵
关闭阀门 FV-32214 ！ 循环
Op32 Sq2 结束
7）联锁表。该部分列出各种情况的连锁。
泵、风机、容器类联锁优先于搅拌器、过程联锁。
对于所有防混阀，用于阀座清洗的电磁阀（A和B）将相互联锁防止同时打开。
8）显示界面要求。该部分详细定义界面的元素种类、不同回路的各种参数显示的要求以及各单元需包括的显示界面。
9）批处理管理。该部分首先介绍批处理，然后分别列出可独立于批次的程序及需要在批处理中运行的程序，再给出批处理的名称规范，最后给出各个批处理的方框圖。
10）发酵控制。该部分列出工艺人员提供的对发酵过程的所有控制参数及控制曲线要求。
11）报表管理要求。该部分由使用单位根据自己的生产管理要求给出各种报表的样式及要求。
12）I/O表。该部分由电仪人员整理提供，包含所有现场控制的I/O点的信息。
13）P&ID。该部分给出所有的P&ID图。他们是在与使用单位充分的技术交流并与关键、成套设备的供应商做了技术澄清后整理的用于指导编制各施工资料的版本。
14）健康，安全与环境（HSE）。该部分主要介绍相关设施的HSE情况。
健康：
该部分讲人们的健康，他们在厂里工作，在工厂周围生活， 工厂的管理应充分考虑员工的健康。 生活在工厂周围的生物的健康也应加以考虑。例如，那些受工厂影响的水下生物。
该部分中，应提供工厂/单位使用的化学品的毒性状况，人类和其他动物可接受的噪音水平，火灾和爆炸造成的伤害程度，应对伤害的急救措施等。
安全：
该部分涉及在整个使用寿命期间的安全，包括其开车，运行和停车。 该部分应涉及工厂日常运行中可能遇到的危害，还应阐述预防事故的安全措施。
一些常见的危险可能是由于有害物质溢出，泄漏或破裂，静电累积，高处坠落，表皮暴露于高温引起的烧伤，取样时暴露在有毒物质下，堆放易燃固体垃圾（木材，纸张，布料等）。
安全措施包括：
对一些操作，例如采样、旋转机械的定期维护，应有特殊的步骤;
实行高温作业和受限空间工作许可证制度;
使用个人防护用品（安全帽，劳保鞋，护目镜，耳罩，呼吸器等）的;
提供指示现场危险类型的指示牌;
定期打扫;
紧急撤离方案;
环境：
该部分描述根据当地的法律法规和规章制度，所排放有害的固体，液体和气体废物的指标。
15）附录1 现场控制柜。该部分列出各个现场控制柜的指示灯用途及按钮用途。
16）附录2 参数表。该部分提供过程控制系统运行所需的所有设定值。
17）附录3 通讯信号。该部分提供DCS系统与其它独立运行系统之间的通讯模式及信号交换规划。
18）附录4 固定配方的配置数据。该部分提供10套发酵风量、发酵温度及压力的每小时自动设定的赋值表
19）附录6 接种数量计算.该部分提供接种量的计算公式。
Q = （100*RQ/DM） / （D * （c/1000））
设定值 （“接种量” kg） = Q （kg） （用于DCS的数量）
配方量 = RQ （kg） （配方中的用量， 干物质100%）
浓度= c （g/l） （化验室提供， 过滤）
干物质 = DM （%） （化验室提供， 过滤后滤饼）
密度 = D （kg/l） （化验室提供）
20）附录7 发酵风机控制。该部分提供磁悬浮风机的运行组合以满足通风要求。
注释：
①FAT：工厂验收测试。
②PFD：过程流程图。
③UFD：公用工程流程图。
④P&ID：管道和仪表图。
参考文献：
[1]徐湘元.过程控制技术及其应用[M].清华大学出版社，2015.
[2]凌志浩.DCS与现场总线控制系统[M].华东理工大学出版社，2008.
[3]吕蕾.基于西门子PLC的污水处理自动控制及算法研究[D].东华大学，2016.
[4]张连营.职业健康安全与环境管理[M].天津大学出版社，2006.
作者简介：杨春（1976-），男，湖北宜都人，本科，从事电气及自动化工作。
