利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)工廠現(xiàn)代化

　　——艾默生自動(dòng)化解決方案

　　亞太區(qū)應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)

　　Jonas Berge

艾默生打造工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)新框架

　　分階段步驟

　　某些工廠在傳感層面已經(jīng)搭建了數(shù)字網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并通過英特網(wǎng)將數(shù)據(jù)集中到運(yùn)營中心，但是大多數(shù)工廠還沒有達(dá)到這個(gè)階段。當(dāng)然工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可以是逐步進(jìn)行的。一般在初級(jí)階段還不需要與連接英特網(wǎng)，因此儀控部門可以先行一步，需要接入英特網(wǎng)的時(shí)候，再請(qǐng)IT部門介入。

　　第一步

　　搭建全廠數(shù)字傳感網(wǎng)絡(luò)

　　為了彌補(bǔ)原有工廠最初設(shè)計(jì)上未覆蓋到的測(cè)點(diǎn)，有時(shí)會(huì)在現(xiàn)有控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上采用一部分無線傳感器，以提高工廠效率和可靠性。原來采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的工廠不但可以方便地添加傳感器，也可以方便地部署無線傳感網(wǎng)絡(luò)。有些工廠的數(shù)據(jù)依靠人工采集，無法很好地實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和能源管理。要安裝 4-20mA 的變送器則成本高昂而且會(huì)破壞現(xiàn)有線纜，因此可以考慮搭建WirelessHART (IEC 62591) 網(wǎng)絡(luò)，然后通過網(wǎng)關(guān)與 DCS、歷史和狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟件連接。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案是現(xiàn)有工廠網(wǎng)絡(luò)的一種擴(kuò)展，必須能夠與其兼容，現(xiàn)場(chǎng)總線和無線儀表構(gòu)成了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)層，當(dāng) WirelessHART 網(wǎng)絡(luò)部署完成后，其傳感器就能滿足可靠性、維護(hù)、能源效率、運(yùn)行、HSE 和一體化的各種需求。

　　如果工廠尚未使用 WirelessHART，那么趕緊找一個(gè)需要解決的問題，開始體驗(yàn)無線技術(shù)。

　　第二步

　　對(duì)設(shè)備資產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)

　　如果工廠采用的是現(xiàn)場(chǎng)總線，那么要添加儀表是很方便的。對(duì)工廠進(jìn)行一次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，以發(fā)現(xiàn)提高運(yùn)行及維護(hù)效率的機(jī)會(huì)，了解各職能部門所面臨的挑戰(zhàn)，如人工采集數(shù)據(jù)、無法預(yù)見故障、無法根據(jù)優(yōu)先級(jí)別安排維護(hù)工作、腐蝕監(jiān)測(cè)、排污監(jiān)測(cè)、能源浪費(fèi)等。

　　根據(jù)需求確定配備的儀表及設(shè)備，用來進(jìn)行可靠性、維護(hù)、一體化、能源效率、HSE 和生產(chǎn)效率等應(yīng)用的測(cè)量，有些可在歷史記錄中查看，有些則在控制系統(tǒng)中使用。如果只是數(shù)據(jù)采集這種簡(jiǎn)單的應(yīng)用，并不需要特定的軟件。您可以從一臺(tái)傳感器開始，根據(jù)應(yīng)用逐步增加新的測(cè)點(diǎn)。

　　一旦 WirelessHART 網(wǎng)絡(luò)和傳感器安裝就位，不但能減少人工數(shù)據(jù)采集，而且可在系統(tǒng)不停機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)維護(hù)、腐蝕和泄漏探測(cè)，從而降低成本、減少停車和事故，這在過去是難以實(shí)現(xiàn)的。

　　第三步

　　采用預(yù)測(cè)分析軟件

　　許多工廠一方面有很多過程數(shù)據(jù)，但是很少對(duì)其進(jìn)行分析，另一方面對(duì)于設(shè)備數(shù)據(jù)則很少采集。現(xiàn)有資源已不足以掌握設(shè)備可靠性和工廠運(yùn)行性能的信息，比如，僅依靠振動(dòng)數(shù)據(jù)還無法全面了解設(shè)備健康狀態(tài)。因此通過傳感器和軟件能夠使設(shè)備變得更加智能化，分析軟件能夠根據(jù)采集到的原始數(shù)據(jù)提供可執(zhí)行的預(yù)測(cè)信息。例如，換熱器的維護(hù)人員現(xiàn)在可以通過直觀的圖示了解換熱器結(jié)垢對(duì)于產(chǎn)品混合的影響。分析軟件只是安裝在企業(yè)內(nèi)部的服務(wù)上，不需要用到云服務(wù)，有些軟件甚至可以裝在某個(gè)類似控制器的裝置上。到這一步還算不上工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，因此不需要IT部門提供英特網(wǎng)的連接。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)要向后兼容現(xiàn)有軟件，OPC 為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)搭建了這樣一個(gè)平臺(tái)。

　　第四步

　　改進(jìn)工作流程

　　有了軟件和數(shù)據(jù)，必需要運(yùn)用到日常的運(yùn)行維護(hù)工作中才能體現(xiàn)其價(jià)值。第一，維護(hù)人員要比運(yùn)行人員先收到預(yù)報(bào)。第二，只針對(duì)關(guān)鍵問題進(jìn)行報(bào)警。報(bào)警要能夠體現(xiàn)緊急程度并提供清晰的描述。在標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行流程中加入軟件和數(shù)據(jù)。最后，對(duì)工作人員進(jìn)行培訓(xùn)。

　　第五步

　　實(shí)現(xiàn)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)

　　現(xiàn)在已經(jīng)有了足夠的數(shù)據(jù)，但是工廠可能缺乏有經(jīng)驗(yàn)的專家來解讀振動(dòng)、腐蝕或結(jié)垢數(shù)據(jù)，也沒有足夠的人員可以長(zhǎng)期在偏遠(yuǎn)的地方工作。在這種情況下，就可以考慮通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，讓員工無論身處何處都能查看現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，或是由全球的專家團(tuán)隊(duì)遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。查看權(quán)限僅限于公司內(nèi)部，我們可以稱之為內(nèi)聯(lián)網(wǎng)，依然還不能算是物聯(lián)網(wǎng)。

　　第六步

　　物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式

　　您可能已經(jīng)采用了現(xiàn)場(chǎng)總線和無線技術(shù)，但還沒有連接到英特網(wǎng)，就不能稱之為物聯(lián)網(wǎng)。

　　最好的設(shè)備專家來自于設(shè)備廠商，但是他們并不在現(xiàn)場(chǎng)，僅管現(xiàn)場(chǎng)有足夠的人員從事維護(hù)工作。

　　將系統(tǒng)與英特網(wǎng)相連，允許經(jīng)過授權(quán)的外部供應(yīng)商或服務(wù)機(jī)構(gòu)查看數(shù)據(jù)，這就是完整的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)。有了數(shù)字傳感和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，一種全新的外包商業(yè)模式也應(yīng)運(yùn)而生。

　　商業(yè)模式

　　獨(dú)立服務(wù)機(jī)構(gòu)或是設(shè)備廠商的專家可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)企業(yè)的設(shè)備，并提供設(shè)備性能報(bào)告和維護(hù)策略，通過這種服務(wù)訂制模式，由服務(wù)方提供測(cè)量?jī)x表和軟件，企業(yè)無需前期資金投入，只需每月支付相應(yīng)的服務(wù)費(fèi)用。此外，設(shè)備廠商也可以提供專業(yè)的維護(hù)服務(wù)，以確保設(shè)備更高效地運(yùn)行。企業(yè)可根據(jù)產(chǎn)出或設(shè)定要達(dá)到的目標(biāo)來支付相應(yīng)的服務(wù)費(fèi)用。

　　服務(wù)機(jī)構(gòu)通過設(shè)備數(shù)據(jù)，預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在問題，從而避免停機(jī)、解決問題，并讓工廠達(dá)到最佳產(chǎn)能。

　　網(wǎng)絡(luò)安全和IT/OT融合

　　考慮到整個(gè)工廠不同層面的設(shè)備，可能有多家廠商需要獲得授權(quán)查看設(shè)備數(shù)據(jù)。這就對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全提出一定的要求，物聯(lián)網(wǎng)涉及英特網(wǎng)和儀表，需要IT部門與儀控部門共同協(xié)作，明確訪問權(quán)限，一般采用安全控制級(jí)別為 3.5 的防火墻建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)隔離區(qū)。

　　有些工廠設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)是分開的，無線傳感器的數(shù)據(jù)可以不經(jīng)過 DCS，通過無線網(wǎng)關(guān)和 3G 移動(dòng)路由器直接傳到云端軟件。這種結(jié)構(gòu)用于外包遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)服務(wù)，既然數(shù)據(jù)不經(jīng)過控制系統(tǒng)或工廠網(wǎng)絡(luò)，那么也就不需要 IT 部門提供網(wǎng)絡(luò)連接。

（轉(zhuǎn)載）