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現場總線

數字化轉型對工廠的意義

  2018年04月24日  

  Jonas Berge 在儀控行業擁有30多年的工作經驗,致力于現場總線、無線技術、工業物聯網的研究,是數字轉型領域的專家。他是ISA104、108標准委員會以及亞太區現場總線委員會的高級會員,參與編寫ANSI/ISA/IEC/TR 61804-6標准,並獲得過安全通訊方面的專利。曾出版書籍 "Fieldbuses for process control: Engineering, Operation, and Maintenance" - 《用于過程控制的現場總線:工程、運行及維護》和 "Software for Automation: Architecture, Integration, and Security" - 《自動化軟件:架構、集成及安全》 , 且發表過諸多研究文章。

  艾默生先導技術高級總監Jonas Berge

 

  數字化轉型5個階段

 

  數字化轉型對工廠來說究竟意味著什麽?它是如何實現的?我花了很多時間來思考工廠的數字化轉型如何幫助那些確保工廠設備全天候正常運行的維護人員減輕工作負擔,以及幫助工廠實現安全合規、提高能效和減少排放。我們平時在家或是在公司所做的很多事就是基于數字化和數據的,那麽工廠也一樣,以下是我個人的想法:

  在工廠中,基本的過程控制和安全已經實現了自動化,也就是說石油、天然氣、汽油、乙烯、聚苯乙烯、電力、水、胰島素、氧化鋁、金屬片、紙張和啤酒等生産都已實現自動化。然而,仍有許多常規工作需要人工完成。數字化轉型是將人工記錄轉變爲基于數字化信息和通信技術(ICT)的數據工作。在此,我總結了以往在很多工廠看到的數字化轉型。請設想一下,它可以爲您工廠的操作人員做些什麽?

可靠性與維護的數字化轉型

  爲了更快、更好地完成任務,維護、可靠性和完整性團隊需要將很多人工操作的工作進行數字化轉型。

  數字化檢測

  無需使用手持式測試儀人工收集與維護、可靠性和完整性相關的數據,或對數據進行耗時的解讀,而是自動對數據進行收集、數字化傳輸並由軟件實施分析,從而發現早期問題。整體設備效率(OEE)可由軟件進行追蹤,如果還有人工巡檢,則不再需要使用記錄板和紙質表格,而是通過筆記本電腦和軟件進行,還能通過共享的專家資源(可以是公司內部的也可是外部的)對工廠工作人員進行遠程支持。

  數字化協同工作

  無需等待專家親臨現場,也無需電話連線描述現場問題;而是現場技術人員通過配備可穿戴式攝像機即可與任何地方的相關專家進行雙向數字視頻和語音溝通,輕松查看並解決問題。

  數字化文件盒

  無需攜帶紙質文件或返回辦公室拿取文件;而是在平板電腦的軟件中打開數字化流程、圖紙和手冊等,或從公司內網或互聯網上隨時隨地獲取信息。

安全與合規的數字化轉型

  數字化轉型使健康、安全、環保(HS&E)團隊工作更高效。

  數字化緊急呼叫

  遇險時無需使用對講機,操作員軟件和位置追蹤軟件可實現自動化監測和數字化信號傳輸,一旦安全噴淋裝置啓動或人員停止活動,就能發出報警。

  數字化安全檢查

  無需專門到現場檢查手動閥門是否關閉;儲罐是否將滿;或是親臨現場進行安全檢查,而是在控制室軟件中自動檢測,進行數字化傳輸和指示,並應用在安全聯鎖裝置中。

  數字化集結與定位

  緊急疏散集結期間無需書面清單及對講機清點人數,也不必通過搜索救援組尋找失蹤人員,而是通過軟件實現實時的數字化自動計數,並追蹤每個人的位置。

  數字化集結和定位在大修期間特別有用,可以實現承包商人員管理並對試圖跨越許可區域的違規人員進行管控並發出地理圍欄報警。

生産數字化轉型

  數字化轉型簡化了現場操作員和控制室操作員的任務,並提高其生産力。

  操作員數字化巡檢

  無需通過日常的人工記錄和書面報告形式收集運行數據;而是自動收集數據,數字化傳輸至曆史數據庫和操作員軟件等。人工巡檢均可由平板電腦中的軟件替代。

  數字化日志

  無需使用記事本記錄未遂事故、危險和維護需求,而是通過平板電腦內置軟件來捕獲事故、危險、泄漏以及設備損壞的記錄和數碼照片。

  數字化機組管理

  無需通過常規的硬接線報警獲得機組信息,也無需親自前往本地操作台了解機組狀態;而是所有的機組狀態信息都通過數字化方式傳輸並顯示在操作員站的軟件上。

能源與排放的數字化轉型

  使用新型數字化工具,能夠提高負責能效和控制能源損耗的工作人員效率。

  數字化能源管理

  無需人工收集電表讀數或計算能耗,而是自動收集耗電數據,然後通過數字化傳輸。用量過高時軟件會發出報警,最後生成ISO 50001報告。

數字化工廠轉型:從傳感器到軟件

  在對工廠運行和維護方式進行數字化轉型前,必須先對工廠內的自動化進行數字化轉型,數字化工廠是一個互連的工廠。依托數字化轉型,數字工廠能實現數字化大修數字架構的主要組件包括:

  數字化網絡基礎架構

  如果是現場總線工廠,就能方便地集成更多傳感器,只需將它們連接到現有接線盒即可。無論如何,儀控(I&C)部門都會需要在工廠範圍內部署無線傳感器網絡,並根據要進行數字化轉型的目標需求來確定是否要部署無線局域網(WLAN)基礎設施。除了WirelessHART傳感器之外,人員追蹤、視頻通訊、現場電腦以及對成套PLC數據進行數字化集成都需要使用工業Wi-Fi。由于這些屬于操作功能,這兩種無線網絡必須與控制系統、曆史數據庫、機械保護系統、安全系統和其它操作系統整合。無線網絡基礎架構由無線傳感器網絡的無線網關和Wi-Fi網絡的無線接入點組成。當同時部署WirelessHART和Wi-Fi時,可將無線網關嵌入無線接入點。

  數字化傳感器

  我們可以爲泵、壓縮機、熱交換器、鼓風機、冷卻塔、風冷熱換器、手動閥、儲罐等工藝設備甚至蒸汽疏水閥安裝額外的傳感器,以實現壓力、流量、液位、位置、開關接觸、震動、溫度、腐蝕、噪聲、電力、濕度、硫化氫、含沙、以及液位開關的監測,從而使它們成爲智能互連的設備。但如果要爲此鋪設更多電纜,並爲4-20 mA和開關信號安裝更多I/O那是不現實的,因此,可以通過現有的現場總線基礎設施或無線傳感器網絡對傳感器數據進行數字化傳輸,並對未經現場總線集成的控制閥和流量計配置無線適配器。自動化數據收集速度更快,能使資産管理更具預測性以及更高的生産力。

  用于遠程專家支持的頭戴式攝像機也是一種圖像傳感器。ID標簽用于位置檢測,還可提供應急按鈕和檢測人員停止移動(人員倒下)的傳感器選項。

  雲連接安全

  確保無線傳感器網絡、Wi-Fi網絡、無線網關、接入點、數據分析和其它軟件的網絡安全。

  對通過IIoT技術獲得遠程專家團隊更多支持的工廠,無論是自己運營企業監控中心或是外包給第三方服務提供商,雲連接都能確保其安全性。雲連接選項包括使用現有隔離區(DMZ)、Cloud Connect曆史庫、數據二極管,或將雲連接當作物理上獨立的網絡,以繼續使用3G/4G移動網絡。

  分析和應用

  許多數字化轉型解決方案都是簡單的監控,例如對于腐蝕(金屬缺損)、溫度、和壓力等監測數據無需分析,但是,對于多個測量的複雜工藝設備(如壓縮機、鼓風機、風機、泵、熱交換機、冷卻塔、風冷熱換器等)而言,需要方便易用的設備分析軟件自動對測量數據進行解讀,該分析軟件專爲工廠現有曆史數據庫或平台診斷而設計。無論哪種方式,工廠都可以繼續使用現有曆史數據庫,無需替換也無需添加任何中間軟件平台,從而減少投資、降低成本。因此,分析軟件通過曆史數據庫或OPC-UA可使用來自包括現有傳感器、成套PLC、控制系統、安全系統、機械保護系統、智能設備管理(IDM)和軟件等多個來源的數據。

  其它軟件包括人員跟蹤(用于地理圍欄、人員集結、承包商管理)和資産追蹤。

  移動應用

  這些任務大多是在現場開展,並不通過電腦,所以,一部分任務可以使用平板電腦軟件完成。基于平板電腦的功能包括現場數據輸入、數碼照相、以及訪問CMMS系統、MES系統和ERP系統網站接口獲取:例如數字化工作指令和數字化工作許可管理和訪問文檔等無需返回辦公室。

  移動應用的另一方面是,當您不在工廠也不在辦公室,可能在會議室、食堂或上下班途中,也可以通過智能手機或平板電腦訪問設備數據。該系統還可向您發送有關振動異常或關鍵泵故障的消息。

  遠程專家服務

  通常,當現場沒有足夠的專家,通過IIoT技術,在控制中心的專家可以遠程監控多個地點的設備。它可以是企業自己的全球監控中心,管理全球多家工廠的過程設備;也可以是一家第三方服務提供商,監控全球多家企業的過程設備。艾默生全球監測中心在旋轉機械振動、控制閥、分析儀、靜態過程設備和蒸汽疏水閥等領域擁有可進行資源共享的專家隊伍,通過專家咨詢服務爲現場人員提供支持。

  開啓數字化轉型發現之旅

  未來屬于數字化,但是不要試圖一下子改變一切,而要制定分階段的數字化轉型方法。在您的工廠開啓數字化轉型的發現之旅,探尋數字技術的當前狀態,去努力發現哪些部門和工作可從工廠的數字化轉型中受益。

  以上僅代表個人觀點。如果您對如何改造數字生態系統的自動化感興趣,請聯系艾默生自動化解決方案專家團隊。

關于Emerson

  總部位于美國密蘇裏州聖路易斯市的 Emerson (紐約證券交易所股票代碼: EMR),是一家全球性的技術與工程公司,爲工業、商業及住宅市場客戶提供創新性解決方案。艾默生自動化解決方案幫助過程、混合和離散制造商通過優化其能效和運營成本,從而最大化生産,並保護人員和環境。艾默生商住解決方案幫助確保人類舒適度和健康,保障食品質量和安全,提升能效,創造可持續發展的基礎設施。

標簽:艾默生 現場總線 無線技術 工業物聯網 數字化我要反饋
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