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利用工业物联网技术逐步实现工厂现代化

--艾默生自动化解决方案亚太区应用技术总监 Jonas Berge

供稿:艾默生自动化解决方案 2016/12/19 12:36:18
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工业物联网工业4.0 能够带来更为丰富的过程和设备信息以实现更有效的工厂运行。但是该从何着手呢? 您可以分阶段实施,从工厂内部开始,然后再连接英特网。已经有许多工厂行动起来了。

分阶段步骤

某些工厂在传感层面已经搭建了数字网络架构,并通过英特网将数据集中到运营中心,但是大多数工厂还没有达到这个阶段。当然工业物联网的应用可以是逐步进行的。一般在初级阶段还不需要与连接英特网,因此仪控部门可以先行一步,需要接入英特网的时候,再请IT部门介入。

第一步:搭建工厂范围的数字传感网络

为了弥补原有工厂最初设计上未覆盖到的测点,有时会在现有控制系统基础上采用一部分无线传感器,以提高工厂效率和可靠性。原来采用现场总线技术的工厂不但可以方便地添加传感器,也可以方便地部署无线传感网络。有些工厂的数据依靠人工采集,无法很好地实现状态监测和能源管理。要安装4-20mA的变送器则成本高昂而且会破坏现有线缆,因此可以考虑搭建WirelessHART (IEC 62591)网络,然后通过网关与DCS、历史和状态监测软件连接。

工业物联网解决方案是现有工厂网络的一种扩展,必须能够与其兼容,现场总线和无线仪表构成了工业物联网的基础层,当WirelessHART网络部署完成后,其传感器就能满足可靠性、维护、能源效率、运行、HSE和一体化的各种需求。

如果工厂尚未使用WirelessHART,那么赶紧找一个需要解决的问题,开始体验无线技术。

第二步、对设备资产进行监测

如果工厂采用的是现场总线,那么要添加仪表是很方便的。对工厂进行一次现场调研,以发现提高运行及维护效率的机会,了解各职能部门所面临的挑战,如人工采集数据、无法预见故障、无法根据优先级别安排维护工作、腐蚀监测、排污监测、能源浪费等。

根据需求确定配备的仪表及设备,用来进行可靠性、维护、一体化、能源效率、HSE和生产效率等应用的测量,有些可在历史记录中查看,有些则在控制系统中使用。如果只是数据采集这种简单的应用,并不需要特定的软件。您可以从一台传感器开始,根据应用逐步增加新的测点。

一旦WirelessHART网络和传感器安装就位,不但能减少人工数据采集,而且可在系统不停机的情况下实现预测维护、腐蚀和泄漏探测,从而降低成本、减少停车和事故,这在过去是难以实现的。

第三步、采用预测分析软件

许多工厂一方面有很多过程数据,但是很少对其进行分析,另一方面对于设备数据则很少采集。现有资源已不足以掌握设备可靠性和工厂运行性能的信息,比如,仅依靠振动数据还无法全面了解设备健康状态。因此通过传感器和软件能够使设备变得更加智能化,分析软件能够根据采集到的原始数据提供可执行的预测信息。例如,换热器的维护人员现在可以通过直观的图示了解换热器结垢对于产品混合的影响。分析软件只是安装在企业内部的服务上,不需要用到云服务,有些软件甚至可以装在某个类似控制器的装置上。

到这一步还算不上工业物联网,因此不需要IT部门提供英特网的连接。工业物联网要向后兼容现有软件,OPC为工业物联网搭建了这样一个平台。

第四步、改进工作流程

有了软件和数据,必需要运用到日常的运行维护工作中才能体现其价值。第一,维护人员要比运行人员先收到预报。第二,只针对关键问题进行报警。报警要能够体现紧急程度并提供清晰的描述。在标准运行流程中加入软件和数据。最后,对工作人员进行培训。

第五步、实现内联网

现在已经有了足够的数据,但是工厂可能缺乏有经验的专家来解读振动、腐蚀或结垢数据,也没有足够的人员可以长期在偏远的地方工作。在这种情况下,就可以考虑通过网络实现数据远传,让员工无论身处何处都能查看现场数据,或是由全球的专家团队远程查看数据。查看权限仅限于公司内部,我们可以称之为内联网,依然还不能算是物联网.

第六步、物联网商业模式

您可能已经采用了现场总线和无线技术,但还没有连接到英特网,就不能称之为物联网。

最好的设备专家来自于设备厂商,但是他们并不在现场,仅管现场有足够的人员从事维护工作。

将系统与英特网相连,允许经过授权的外部供应商或服务机构查看数据,这就是完整的工业物联网架构。有了数字传感和工业物联网,一种全新的外包商业模式也应运而生。

商业模式

独立服务机构或是设备厂商的专家可以远程监测企业的设备,并提供设备性能报告和维护策略,通过这种服务订制模式,由服务方提供测量仪表和软件,企业无需前期资金投入,只需每月支付相应的服务费用。

此外,设备厂商也可以提供专业的维护服务,以确保设备更高效地运行。企业可根据产出或设定要达到的目标来支付相应的服务费用。

服务机构通过设备数据,预先发现潜在问题,从而避免停机、解决问题,并让工厂达到最佳产能。

网络安全和IT/OT融合

考虑到整个工厂不同层面的设备,可能有多家厂商需要获得授权查看设备数据。这就对网络安全提出一定的要求,物联网涉及英特网和仪表,需要IT部门与仪控部门共同协作,明确访问权限,一般采用安全控制级别为3.5的防火墙建立一个网络隔离区。

有些工厂设备监测系统与控制系统是分开的,无线传感器的数据可以不经过DCS,通过无线网关和3G移动路由器直接传到云端软件。这种结构用于外包远程监测服务,既然数据不经过控制系统或工厂网络,那么也就不需要IT部门提供网络连接。

马上行动

工业物联网不可能在一夜之间就能实现,您要做的是马上行动,开始进行工厂升级改造的现场调研,并制定一个工业物联网的3年实施规划。

更多内容请访问 艾默生自动化解决方案(http://c.gongkong.com/?cid=2781)

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