利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術逐步實現(xiàn)工廠現(xiàn)代化

　　——艾默生自動化解決方案

　　亞太區(qū)應用技術總監(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)絡架構，并通過英特網(wǎng)將數(shù)據(jù)集中到運營中心，但是大多數(shù)工廠還沒有達到這個階段。當然工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用可以是逐步進行的。一般在初級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)的時候，再請IT部門介入。

　　第一步

　　搭建全廠數(shù)字傳感網(wǎng)絡

　　為了彌補原有工廠最初設計上未覆蓋到的測點，有時會在現(xiàn)有控制系統(tǒng)基礎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)場總線技術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。有些工廠的數(shù)據(jù)依靠人工采集，無法很好地實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測和能源管理。要安裝 4-20mA 的變送器則成本高昂而且會破壞現(xiàn)有線纜，因此可以考慮搭建WirelessHART (IEC 62591) 網(wǎng)絡，然后通過網(wǎng)關與 DCS、歷史和狀態(tài)監(jiān)測軟件連接。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案是現(xiàn)有工廠網(wǎng)絡的一種擴展，必須能夠與其兼容，現(xiàn)場總線和無線儀表構成了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的基礎層，當 WirelessHART 網(wǎng)絡部署完成后，其傳感器就能滿足可靠性、維護、能源效率、運行、HSE 和一體化的各種需求。

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

　　第二步

　　對設備資產(chǎn)進行監(jiān)測

　　如果工廠采用的是現(xiàn)場總線，那么要添加儀表是很方便的。對工廠進行一次現(xiàn)場調研，以發(fā)現(xiàn)提高運行及維護效率的機會，了解各職能部門所面臨的挑戰(zhàn)，如人工采集數(shù)據(jù)、無法預見故障、無法根據(jù)優(yōu)先級別安排維護工作、腐蝕監(jiān)測、排污監(jiān)測、能源浪費等。

　　根據(jù)需求確定配備的儀表及設備，用來進行可靠性、維護、一體化、能源效率、HSE 和生產(chǎn)效率等應用的測量，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)采集這種簡單的應用，并不需要特定的軟件。您可以從一臺傳感器開始，根據(jù)應用逐步增加新的測點。

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

　　第三步

　　采用預測分析軟件

　　許多工廠一方面有很多過程數(shù)據(jù)，但是很少對其進行分析，另一方面對于設備數(shù)據(jù)則很少采集?，F(xiàn)有資源已不足以掌握設備可靠性和工廠運行性能的信息，比如，僅依靠振動數(shù)據(jù)還無法全面了解設備健康狀態(tài)。因此通過傳感器和軟件能夠使設備變得更加智能化，分析軟件能夠根據(jù)采集到的原始數(shù)據(jù)提供可執(zhí)行的預測信息。例如，換熱器的維護人員現(xiàn)在可以通過直觀的圖示了解換熱器結垢對于產(chǎn)品混合的影響。分析軟件只是安裝在企業(yè)內(nèi)部的服務上，不需要用到云服務，有些軟件甚至可以裝在某個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)搭建了這樣一個平臺。

　　第四步

　　改進工作流程

　　有了軟件和數(shù)據(jù)，必需要運用到日常的運行維護工作中才能體現(xiàn)其價值。第一，維護人員要比運行人員先收到預報。第二，只針對關鍵問題進行報警。報警要能夠體現(xiàn)緊急程度并提供清晰的描述。在標準運行流程中加入軟件和數(shù)據(jù)。最后，對工作人員進行培訓。

　　第五步

　　實現(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)驗的專家來解讀振動、腐蝕或結垢數(shù)據(jù)，也沒有足夠的人員可以長期在偏遠的地方工作。在這種情況下，就可以考慮通過網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠傳，讓員工無論身處何處都能查看現(xiàn)場數(shù)據(jù)，或是由全球的專家團隊遠程查看數(shù)據(jù)。查看權限僅限于公司內(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)場總線和無線技術，但還沒有連接到英特網(wǎng)，就不能稱之為物聯(lián)網(wǎng)。

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

　　將系統(tǒng)與英特網(wǎng)相連，允許經(jīng)過授權的外部供應商或服務機構查看數(shù)據(jù)，這就是完整的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構。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)模式也應運而生。

　　商業(yè)模式

　　獨立服務機構或是設備廠商的專家可以遠程監(jiān)測企業(yè)的設備，并提供設備性能報告和維護策略，通過這種服務訂制模式，由服務方提供測量儀表和軟件，企業(yè)無需前期資金投入，只需每月支付相應的服務費用。此外，設備廠商也可以提供專業(yè)的維護服務，以確保設備更高效地運行。企業(yè)可根據(jù)產(chǎn)出或設定要達到的目標來支付相應的服務費用。

　　服務機構通過設備數(shù)據(jù)，預先發(fā)現(xiàn)潛在問題，從而避免停機、解決問題，并讓工廠達到最佳產(chǎn)能。

　　網(wǎng)絡安全和IT/OT融合

　　考慮到整個工廠不同層面的設備，可能有多家廠商需要獲得授權查看設備數(shù)據(jù)。這就對網(wǎng)絡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，明確訪問權限，一般采用安全控制級別為 3.5 的防火墻建立一個網(wǎng)絡隔離區(qū)。

　　有些工廠設備監(jiān)測系統(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)關和 3G 移動路由器直接傳到云端軟件。這種結構用于外包遠程監(jiān)測服務，既然數(shù)據(jù)不經(jīng)過控制系統(tǒng)或工廠網(wǎng)絡，那么也就不需要 IT 部門提供網(wǎng)絡連接。

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