超越过程控制

Jonas Berge阐述了来自无线传感器的信息如何与企业的其余部分集成,以便在控制室以外的区域为工厂工作人员提供支持。

随着大量无线传感器在工厂中的应用,测量仪表覆盖到以前没有安装仪表的区域,工厂的运营变得更可靠、节能、环保、安全。普适测量技术将信息送到中控室的操作员数据库,增加了现场诊断信息的获取,同事更多的现场信息送到运营监测办公室,包括有关工厂的可靠性、能源管理、设备维护、人员及设备的安全管理及环境环保。

历史数据送至工厂相关部门

工厂中历史数据集成系统

无线网关可以同时与多个系统集成。因此,无线网络可以将无线仪表数据送到控制系统和资产管理系统AMS或历史数据库中。AMS 应用可以通过HART-IP接口集成,历史数据趋势可以通过OPC集成。控制系统可以通过  Modbus/RTU  RS485 或Modbus/TCP Ethernet集成数据,有时,采用 Modbus/RTU是首选,以避免TCP/IP的网络安全要求。
 
历史数据可采集不同数据源数据送至不同用户

工厂历史数据库也被称为工厂信息管理系统(PIMS),系统与遍布工厂各区域的无线传感器网络、控制系统、安全仪表系统及其他单元通讯以传输数据。无线网关支持OPC通讯,工厂历史数据库同样支持OPC,因此可以通过普适测量管理现代化工厂。工厂历史数据库是典型的不依赖DCS的普适测量的广泛应用。工厂历史数据库可以覆盖世界上多个公司多个工厂,每个工厂有不同品牌的控制系统。全球公司在公司层面通过历史数据库可以访问所有工厂任何控制系统的数据,用以比较每个工厂的性能来生产出更好的产品。

对于过程应用的各种软件很多都会支持OPC,因此可以直接通过OPC server与无线网关集成。

工厂历史数据库服务器存储所有工厂的实时数据,几百万个位号可能会存储十年以上,这是非常庞大信息量。通常被称为大数据。

为了使大数据更容易管理,数据根据不同的资产设备,例如换热器或泵群等重新组织划分以便于管理,这样使得不同的设备管理人员获取信息更合理快捷。

历史数据库包含了简单的平均、累加、计算、先进控制、报警及统计质量等分析能力,可以将原始数据转换成可操作性的信息。不同控制系统的过程变量可以同无线网络的测量数据一起用于历史数据的分析、比较进行数据处理。多个传感器的测量数据可以与计算机集成到一起,多个设备的测量信息也可以集成到计算机的KPI中。分析软件为设备诊断提供很好的维护信息,并可以通过邮件将这些信息发出。

专业的第三方软件,例如能源管理软件,可以通过历史数据库获得控制系统和无线网络传感器数据,通过这些分析软件的集成可以用于管理工厂的能源管理系统。

工厂信息历史数据库可以不通过控制系统而从网络客户端获得数据,可以得到更多的工厂维护,可靠性,能源管理,HSE的相关信息,可以帮助工厂维护以及管理人员获得更多的工厂信息。

在历史数据库上可以获得任何新的传感器送来的数据,这些数据可以在任何电脑上显示。公司建造公司局域网,任何工厂的数据都可以上传到服务器。这可以在全球范围内来管理工厂的维护,可靠性,能源,HSE,SME能访问这些信息知道工厂任何位置设备的状况,以便很好的解决泵,热交换器和其他资产设备的问题。

从DCS、无线网关和其他数据源的送过来的数据,都可以与历史数据库通讯,通过MS-Excel 和 web server, 可以将数据制成电子表格,含有棒状图的仪表板,趋势以及积分卡等等。这些数据可以通过公司的局域网来访问,而不用通过中控室。

可靠性维护

在大多数工厂里,可靠性维护工程师及专家都没有得到日常巡检维护的所需的设备信息,如果有了这些信息,他们可以合理规划日常维护工作,规划成百上千个工厂设备,像泵,热交换器,压缩机等维护维修计划,由于这些设备不是仪表人员负责,也没有相应的维护软件。通过温度振动监测,设备的数据手动收集,有些点没有收集到。他们将这些人工采集数据输入到表格中来计算设备的性能。然而,这些数据不能实时的反应设备的状态,采集数量少,温度震动采样点不是同一时间的,字迹模糊难以辨认,数据表的丢失都为维护工作带来了很多问题。

实时数据分析提升了设备管理和维护能力

通过无线温度、振动及压力变送器的使用,我们的工厂现在更加现代化,这些数据可以直接送到历史数据库中。历史数据库实时数据分析现场从泵,热交换器,压缩机送过来的数据,连同控制系统送来的过程变量一起来优化工厂的管理及控制。

例如,计算每个热交换器的热负荷,当热负荷过高时会有报警提示。其他设备例如风扇,空冷装置,冷却塔,搅拌器,传送带也有相应的监测计算方法。

这些设备诊断信息 将我们的设备变成的智能设备。这些信息可以最为每天每周每月的设备维护依据,也可以实时传递。

维护人员可以在办公室通过查询历史数据库,根据这些报告来监测这些设备的工作状态。他们可以根据这些信息来制定清洗,维护巡检计划,以及其他的维修补救计划,以确保工厂设备都处在良好的工作状态。

在工厂大修之前,通过监测所有设备的工作状态,来决定哪些设备需要彻底大修,哪些不用。这样可以缩短停车时间,又不会有漏掉需要维修的设备。甚至可以延迟停车大修维护的时间。可以制成电子维护表格。

历史数据提供了归类信息,即实现对原始数据的“挖掘” 应用

比较不同的工厂的各种类型设备的维护可靠性信息,为现场来制定最好的维修维护方案。从公司层面来讲,可靠性数据可以在不同的现场进行比较。在控制中心SME可以远程监控现场设备,这样可以减少在现场的工作人员,不需本地的专家,专家们可以远程访问现场数据,指导现场工作,保证现场出于良好的工作状态。

历史数据库不能取代机械健康监测软件及振动频谱波形图分析软件。

能源效率

在大多数现场,能源管理经理无法得到他们所需的信息来减少能源的浪费,这主要是因为能源消耗没法按照装置准确测量,数据也没有连接到软件上,造成能源消耗的测量数据丢失,少量的数据也是手工输入到数据表中。

再者,疏水器失效和安全阀的泄漏也因为没有仪器或没有连接到相关分析软件上而无法发现。利用便携式超声探测仪或温度枪也可以得到一些数据。许多这样的数据根本没有分析过。而且分析的频率太低以至于能量损失在被发现之前已经持续数月之久。一个失效的疏水器可能导致热效率的降低或者可能导致设备的损坏。

实时数据收集和分析驱动能源测量

用来测量各种能源消耗,例如蒸汽、压缩空气、燃料和水的无线变送器已经遍布全厂并提供原始的数据的历史记录。电力消耗也得到测量.实时能量管理系统分析软件集中了控制系统和无线传感器系统中的原始数据,并将装置的能源消耗数据传送到能源管理中心. 这些信息变成了能源管理经理桌面上的日、周、阅读能源报告。利用历史数据或算法库,基于产量和环境条件的能源消耗目标能够实时动态的计算. 当能源消耗超过目标时,性能报告就会被发送.

可以同时测量温度和声波的声波变送器被安装在疏水器和安全阀上。历史记录会产生泄漏安全阀的总结会出现在日、周、月度的能源报告上,也可以实时查看。

实时分析软件能够用来计算安全阀造成的损失。.

能源经理能够识别出能源在哪里消耗和消耗了多少,并能识别出工厂在能源上的花费。能源管理系统的分析软件能够识别出何时何地的能源消耗超过了目标,这使能源浪费的识别和降低成为可能. 另一方面,能源经理也可以识别出表现最好的时段并使行动可以重复。在工厂层面上,可以比较相同车间的能源消耗并找出最佳方案。在公司的层面,工厂之间可以进行比较。

能源分析软件可以实时监测能源消耗

识别泄漏的安全阀能够帮助制定安全阀的检修计划来组织昂贵的物料和产品的浪费。疏水器故障报告能够使故障的疏水器得到及时更换以避免蒸汽的浪费。重点是能够理解疏水器监测的成本不能够同疏水器的成本进行比较,而要同浪费的蒸汽的成本进行比较。疏水器能够连续工作几年而没有故障,但是当发生故障时,可能需要一年的时间才能够发现,而在此期间一台疏水器浪费的蒸汽的价值可达数千美元。因此疏水器监测方案带来的节约院大于其实施成本。
历史数据库不能取代疏水器监测软件。疏水器监测软件可以基于无线声波变送器的温度和 声波数据来对疏水器进行诊断。疏水器监测软件可以通过OPC-A&E与历史数据库进行集成, 使能源报告包含疏水器故障的信息。历史数据库的实时分析软件可以用来计算疏水器带来的损失。

健康、安全、环境

当旁路阀或排放阀在性能试验结束后仍处于开启状态时,在DCS操作室的操作员应当得到通知,他们才能安排人将其关闭;当现场的冲洗设备或洗眼器动作时,操作员也应当得到信号以便派人协助处于困境中的同事;或者当安全阀开启器,他们能够得到信息以便纠正生产过程中的问题。与此同时HS&E 办公室也应当得到相关的信息并做好记录。如果无法知道泄放何时发生和持续的时间,也就无法估算泄放的质量。在储罐周围或浮顶罐顶的碳氢化合物如果无法发现将会带来火灾的风险。 最后,许多工厂依靠现场操作工的现场巡检来记录压力表、玻璃板液位、阀门开度 、计量表读数并进行产品采样。

实时数据收集帮助HS&E 降低风险和符合法律规范

工厂现在采用无线变送器来采集这些信息并将原始数据传送到控制系统和历史数据库。操作员会利用操作系统中的数据,而历史记录数据库中的数据则被HS&E办公室用做日、周、月度报告。

无处不在的传感器与工厂历史记录数据库结合在一起能够帮助HS&E 办公室满足法律法规关于排放方面报告的要求,并能够方便的确认旁路阀和其他阀门没有处于错误的位置。也可以自动的记录安全冲洗器和洗眼器定期功能试验.

减少操作工的现场巡检来记录压力表、玻璃板液位、阀门开度 、计量表读数并进行产品采样活动,能够带来两点好处:可以减少人员暴露在项城的时间,并且可以节省他们的时间去做更有价值的工作。从公司的层面上HS&E事故和合规可以在不同的工厂间进行比较。

综合运营操作

综合运营操作的概念首先在油气行业得到应用,现在部分综合运营操作的概念也开始应用与下游和其他过程工业。通过将公司的操作层,工程中心和遍布世界的工程远程中心连接起来,使高级专家(SME)能够远程观察任何设备并协助进行诊断和故障排除。也就是说,处于中心位置的高级专家(SME)能够支持许多没有专家的工厂。能够安全的传输工厂数据和视频会议的宽带连接是必不可少的条件。

许多工厂现在正在工厂的各个生产单元安装WirelessHART网关,这使无处不在的传感器网络成为可能。无线传感器数据,被集成到现有的控制系统和历史记录数据库. 历史记录数据库也需要资产管理和能源管理模块。 另外的一个选择是采用全新的资产管理系统。

工厂的现代化无需改变原有系统。无线网关可以通过TCP/IP 或者其他通讯协议与现有的系统集成到一起。需要指出的是传感器的数据可以从任何地方接入,其本身并不需要IP地址。将来,这些非关键过程的数据可以采用云数据的方式,任何得到授权的人能够在任何地方使用。 WirelessHART协议可以提供维修、可靠性、能源效率、和HS&E 等领域所需的各类传感器,采用这种标准通讯协议的无线架构,在工厂的各个部门之间即可实现数据共享。

Jonas Berge是艾默生过程管理亚太区应用技术主管

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