数字化革命:一切皆有可能

作者:Mike Boudreaux,Emerson过程管理技术公司的性能和可靠性监控部主任。 文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:61 发布时间:2016-11-24
随着数字化革命的到来,流程设备的可靠性和性能也提高到很高的水平——贯穿所有行业,包括很长时间以来在流程工业生产领域中,人们一直在激烈地争论数字化革命的话题。数字化革命是什么?它将给流程工业生产带来什么样的变化呢?数字化革命的范围和前景给业内人士带来了许多困惑。今天,尽管流程工业企业已经知道了许多数字化革命的优点,但这都只是一些皮毛。本文将深入地挖掘数字化革命真正能够做些什么。
数字化革命:一切皆有可能

数字化革命,不管它是在工业物联网(IIoT)中,还是在工业4.0的话题中,都被称为“智能能源”或者是有着其他的名称,但一个基本概念是始终不变的:技术能够实现有着更高运营性能和可靠性的全新经营模式,并能解决尚未解决的问题。

全新经营模式中的一种就是提供性能和可靠性监控的技术服务,利用数据流和分析模型发现原来可能被忽略的问题。在这种技术服务中,技术服务商的传感器和网关保证了在线数据的可靠。电缆连接或者无线连接的网关安装在专用的监控网络中,把其他网络隔离开来,从而使被监控、被保护的网络有着很高的安全性和性能。这一网络建立了网络数据与流程工艺历史数据相互对话的“语言环境”,可以实时地组合成当下可以使用的分析模型。利用这种方法,技术服务商可以有了比以往更加深刻的特定资产应用和工业应用的认识,这是在不同流程工业设备的不同应用中都可以使用的宝贵知识和经验。

流程设备和流程工艺过程潜在故障的早期识别能够帮助流程工业企业更好地安排维护保养计划,能够有效避免计划外的生产设备停机,改善了流程设备的可用性,也减少了维护保养的成本费用。这里的敲门砖就是新技术,例如创新型的传感器、无线网络、经济实惠的微处理器、灵活的信息日志、云计算、现代化的分析技术和移动工具等。所有这些技术都聚焦于工作过程的自动化——迄今为止一直是一些非常复杂的问题,手工操作并要求认真做好操作记录的工作程序,即那些很难拓展应用、很难维护的工作程序。

可靠的服务:无线网络简化了流程工艺过程的自动化,也能够及早地发现故障

无处不在的传感器

企业资产监控的标准办法建立在工艺流程基础之上的数据采集。它能提供监控领域中每一步的数据值,但它也需要大量昂贵的手工操作,而且操作过程也非常容易出现干扰,数据的采集也很少是顺利的。在这样的环境中,这一工作过程基本上是基于对流程设备的现场检验,而且这种检验与现场检验技术人员和操作者的素质有着密切的关系。

在关键性的流程设备中,具有前瞻性的维护保养计划与现场监控设备的安装使用情况越来越具有了密切的联系。新的传感器工具,能够在较低的投资费用情况下,在流程工业设备资产或者流程工艺过程中完成更多的检测任务并得到更好的检测结果。像振动或者腐蚀等情况的监测,在发现这些情况的过程中常常会受到许多意外事件的干扰,例如泄漏、过热或者设备资产受损等。将传感器连接起来,构成一个独立的监控和安全网络意味着可以快速地部署一个网络系统,也降低了网络安全的风险。在许多工作情况下,这样的监控网络完全独立于其他网络。

开辟数据传递的新途径

许多流程设备运营商都尝试着改善其流程工艺过程的精确性和可靠性。但他们缺少保证成功所必须的能力,即在技术领域和技术服务领域对投资总体情况的了解。对于投资数据采集装备领域的企业来讲,招聘和雇用这一领域中高素质的专业人员是昂贵和复杂的事情。即便是一位在流程设备领域中有经验的设备运行工程师,他们也要在设备现场耗费大量的时间来快速地解决复杂的问题,而不是在办公室里研究数据。在这两种情况下,都会有大量有用数据无法及时处理。

以至于常常会出现这种情况,不能为每一台流程设备都聘用一位高素质的运行工程师。同时,又总是有一些经验丰富的工程师退休,而且很难找到他们的接班人。无论是企业缺少所需的资金或者是找不到高素质的专业人员,若想把流程工艺技术保持在最新的水平上,就需要开辟把数据交到专家手中的新途径。

多功能的技术中心

对于有着多个生产基地的流程工业企业来讲,可以通过下述方法解决资源紧缺的难题,即把提高流程设备安全可靠性和精确性问题集中到技术中心来处理。今天,这种解决问题的方法已经在石化工业领域、热电厂和矿山开采等领域中得到了应用。随着无线通信技术和视频通信技术的进步,技术中心中的专业工程师已经能够实时地收到不同生产基地的流程设备、流程工艺数据,并对它们进行监控了。这样,企业各个生产基地的流程设备就能够在不增加人员的情况下,从前瞻性的维护保养中获益了。

这样的技术中心可以是一个多功能的技术中心。大多数情况下,这一技术中心里汇集着不同专业相互协作的专业技术人员。在生产现场,至少有4台监控器、多种计算机应用软件提供信息,对快速地找出问题,拿出解决问题的方案提供帮助。通常情况下,在生产现场会发现仪表、运行趋势和KPI(关键绩效指标)等共有一个显示屏。这样的技术中心也不一定必须建立在企业众多的生产基地中。由许多专家组成的分散在多个基地中的虚拟专家团队常常是一种理想的“技术中心”。这种方法也使企业能够与外部技术服务公司的专家合作。

数据远程分析

在一些应用领域中,流程设备运营商们尝试着寻找数据采集和数据分析的技术服务商。对于一些比较简单的应用情况,常常采取对技术人员利用移动式仪器设备对流程设备的运行状况和数据记录状况进行检验的技术培训。当需要较高的分析技巧时,可由受过培训的技术人员采集好现场数据,然后利用移动式通信工具发送给技术服务中心的专家们。这是机械设备状况监控的一种有效模式,可以用于罕见故障的故障诊断,并可以在长期预防时及时发现故障隐患。

通常,根据振动数据远程分析的机械状态监控都是由振动技术生产商提供的。技术服务商也在一些关键的流程工艺装备中提供这类状态监控,但不同的是,这不再是机械性的状态监控了。例如,调节阀就有许多的参数可以用数字的位置调节器来采集数据,利用手持式数字化设备、笔记本电脑或者经像Hart或者Fieldbus等现场总线的数字化传输协议在线传送并采集起来。受过培训的专业人员,通过对控制阀传感器数据的监控,可以及早地发现早期磨损的迹象和其他能够导致流程性能下降或者完全失效的故障隐患。

设备紧急问题的状态监控

技术服务商和实时报警系统的联网能够实现流程工业运营商所需要的快速反应,以便能够解决紧急问题的状态监控。这样的技术服务可以把产品支持服务也结合到一起。有了这样的相互结合,就可以在流程设备发生异常的同时,把故障报警信息自动地发送给技术服务商。而那些不需要流程设备运营商或者维修工马上处理的事件则都被过滤掉了。

控制系统的状态监控就是一个最好的实例。在流程工业企业的关键设备中都安装了许多电子元器件。流程工艺过程调节的所有数据、输入输出信号、传感器、计算机工作站和网络交换机等的数据都可以由性能安全可靠的网关汇总起来。各种事件的数据都可用于监控,必要时,那些需要迅速做出反应的数据也可以传输给控制系统供应商。即便是一些监控系统之外的故障事件,例如防止服务器过热,并最终导致控制系统关闭,对服务器进行冷却的冷却水流失等问题也能够及时发现。此时的技术服务商们向流程设备运营商提供他们所需的信息,帮助他们对控制系统出现的新问题做出反应,避免了长时间的中断流程工艺过程。

同时,状态和性能监控的技术服务商们也可以提供增强型的信息通报服务。只要被监控的数据出现偏差,技术服务商们就会与流程设备运营商进行合作。增强型的分析模型还可以扩展到数据流的检测分析之中,以便能够根据数据流的数据生成报警提示信息。

建立数字化模型

随着能够探测数据差异的数据模型的日益精确,能够更早地更加经济地预测可能发生的故障或异常情况。专业技术知识仍然像以前一样,是故障诊断、全面分析、预测和提出合理建议措施所必须的,但这里也可以使用现代化分析技术模型,实现分析技术的自动化。

从事这类技术服务的服务商需要有很高的专业技术知识并有数据模型的支持。许多流程工业企业不可能有自己的这类部门,除非企业有着足够大的规模并能证明建立一个自己的远程监控和故障分析中心。

通常情况下都是针对特别关键的流程设备建立数字化模型的,例如涡轮机、输油管线和热电站等等,但也有在其他关键流程工艺装备中使用数字化模型的可能性,包括像流程泵、热交换器、空气压缩机和调节控制阀等等。只有业内的大型企业才有能力得到这种内部方案的支持,因为他们的规模使得这种投资显得非常有价值。

为了能够支持这种技术服务,需要一些额外的辅助检查。所需的检测技术可以是企业现有的基础设施的一部分,也可以是技术服务合同的一部分。如果是技术服务合同的一部分时,则技术服务商拥有这些检测仪器设备并负责它们的安装维护和使用操作。在需要外部技术服务商自己的软件工具和分析工具生成数据信息的时候,制造商自己建立的监控网络也可以把数据发送给外部的技术服务商。这种服务方式无需用户支付前期投资,只需每月向技术服务商支付一定的服务费就可以了。这种服务方式能够明显的减少用户的现金流量,并且这种技术服务方式能够给用户带来节约能源,提高产品质量,改善流程设备工作可靠性的效果。

最后举一个例子,蒸汽疏水阀的在线监控,可以有效避免能源损失、冷凝器结垢并由此带来的冷凝器堵塞。对此,Emerson过程管理技术公司提供了一种被称之为Opex-Modell的服务模式。在这种服务模式中,用户每月只需支付每一个疏水器所产生的服务费,所得到的是技术服务公司提供的企业所需的检测技术和检测仪器设备的安装、数据的评估分析和准确的故障分析等技术服务。这样用户没有必要一次性的投资购置检测仪器设备了,像能源损失这类的潜在问题也能够及时的发现,这样能够为用户节约最多高达20%的能源费用。

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