王 鵬，彭先濤

（浙江恒逸集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 313200）

1 引言

《關(guān)于加強(qiáng)產(chǎn)融合作推動(dòng)工業(yè)綠色發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出，要加強(qiáng)產(chǎn)融合作推動(dòng)工業(yè)綠色發(fā)展。自2021年以來(lái)，綠色產(chǎn)品、綠色工廠及綠色制造等成為主流趨勢(shì)，是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)碳中和的重要途徑與目標(biāo)。制造業(yè)是實(shí)體經(jīng)濟(jì)的支柱，實(shí)現(xiàn)工業(yè)碳中和既能助力實(shí)現(xiàn)國(guó)家層面的戰(zhàn)略目標(biāo)，又能使企業(yè)降低成本，實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。對(duì)于制造業(yè)而言，要想實(shí)現(xiàn)工業(yè)碳中和，最直接、效果最顯著的方式是實(shí)現(xiàn)節(jié)能，通過(guò)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)的落地，信息技術(shù)在其中起到核心作用。

2 綠色發(fā)展

自第一次工業(yè)革命將人類社會(huì)帶入“機(jī)械時(shí)代”后，能源就成為工業(yè)發(fā)展、人類進(jìn)步所離不開(kāi)的“動(dòng)力”，能源的穩(wěn)定供給更是“電氣時(shí)代”“信息時(shí)代”高速發(fā)展、穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。

制造業(yè)場(chǎng)景極多，不同行業(yè)的工藝、業(yè)務(wù)需求決定了設(shè)備、解決方案均會(huì)差別大、通用性低，本文就常見(jiàn)、重要的幾個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行闡述，希望為工業(yè)碳中和的技術(shù)落地提供一定的借鑒意義。

2.1 電機(jī)節(jié)能場(chǎng)景

不論離散行業(yè)，還是流程行業(yè)，電機(jī)是最為常見(jiàn)的拖動(dòng)設(shè)備，同時(shí)也是較大的耗能場(chǎng)景。電機(jī)的分類較多，本文從能耗角度進(jìn)行剖析。電機(jī)不論用作何種用途，電能始終是其主要的能源供給。結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)電機(jī)節(jié)能實(shí)現(xiàn)較明顯的效果主要從兩方面考慮：正常運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)、節(jié)能。

對(duì)于制造業(yè)的關(guān)鍵拖動(dòng)設(shè)備處的電機(jī)，一定要確保關(guān)鍵設(shè)備在一個(gè)檢維修周期內(nèi)平穩(wěn)、安全地運(yùn)行，而一個(gè)檢維修周期可能為3年以上。關(guān)鍵電機(jī)如發(fā)生故障或異常導(dǎo)致停車事故，會(huì)給企業(yè)帶來(lái)直接和間接的損失，尤其是流程行業(yè)，會(huì)直接導(dǎo)致批量產(chǎn)品的報(bào)廢，間接的設(shè)備清理/清洗、重開(kāi)車等需額外增加時(shí)間、費(fèi)用成本等。隨著傳感器、5G和信息技術(shù)等的發(fā)展，對(duì)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、異常處理及設(shè)備巡檢等提供了高效的手段。

1）設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視。傳統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視是通過(guò)SCADA組態(tài)軟件獲取PLC、DCS、設(shè)備控制器等中的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵設(shè)備畫面需安排人員24小時(shí)值守，狀態(tài)出現(xiàn)異常通過(guò)對(duì)講機(jī)呼叫維修人員進(jìn)行處理。目前較為成熟的方案為在關(guān)鍵設(shè)備的電機(jī)上安裝傳感器（傳感器供電方式為自帶電池或外接電源），可連續(xù)采集電機(jī)運(yùn)行期間的電壓、電流、XYZ三向振動(dòng)、聲音及扭矩等信息，將傳感器數(shù)據(jù)定時(shí)上傳至系統(tǒng)中，系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、事后分析，根據(jù)曲線中的異常情況對(duì)設(shè)備隱患進(jìn)行預(yù)判，給出是否需要提前維修的建議，保證了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)該系統(tǒng)可與設(shè)備管理系統(tǒng)對(duì)接聯(lián)動(dòng)，當(dāng)需要維修時(shí)，設(shè)備管理系統(tǒng)結(jié)合歷史維修經(jīng)驗(yàn)、設(shè)備關(guān)聯(lián)部件及備品備件庫(kù)存等，向維修人員終端推送建議維修方案、需更換的備品備件等信息。

該部分在應(yīng)用時(shí)需要注意幾個(gè)問(wèn)題：①由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，直接應(yīng)用運(yùn)營(yíng)商提供的5G可能會(huì)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)中斷、延時(shí)等問(wèn)題，造成數(shù)據(jù)丟失?？煽紤]：現(xiàn)場(chǎng)部署局域無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，接入工廠的網(wǎng)絡(luò)；傳感器具備一定的數(shù)據(jù)緩存能力，完善數(shù)據(jù)斷點(diǎn)續(xù)發(fā)能力。②在流程行業(yè)，電機(jī)異常信息不能單獨(dú)看待與分析，需關(guān)聯(lián)上下游的工藝信息，比如某攪拌泵電機(jī)運(yùn)行電流發(fā)生波動(dòng)，但電機(jī)其余狀態(tài)都正常，此時(shí)需要關(guān)聯(lián)上下游工藝參數(shù)進(jìn)行分析，不能直接判定設(shè)備異常。

2）設(shè)備巡檢。傳統(tǒng)的設(shè)備巡檢主要是依靠人工完成，存在漏檢、巡檢不到位及管理難度大等問(wèn)題。中大型企業(yè)會(huì)上線設(shè)備管理系統(tǒng)，其中有設(shè)備巡檢功能模塊。在現(xiàn)場(chǎng)需巡檢設(shè)備處放置二維碼，人工通過(guò)PDA（Personal Digital Assistant，掌上電腦）掃描二維碼確認(rèn)、錄入巡檢信息。該方式減輕了人工部分工作量，若人員偷懶，拍攝現(xiàn)場(chǎng)二維碼的照片，不去現(xiàn)場(chǎng)就用PDA掃描巡檢點(diǎn)二維碼完成巡檢，會(huì)帶來(lái)設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，也加大了管理難度。

隨著機(jī)器視覺(jué)、AI、語(yǔ)音識(shí)別等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，AR頭盔集成這些技術(shù)后在工業(yè)設(shè)備巡檢中進(jìn)行應(yīng)用，取得了較為明顯的效果?？稍谙到y(tǒng)中提前設(shè)置巡檢路線，人員戴上AR頭盔按指定路線進(jìn)行巡檢，到達(dá)某一巡檢位置時(shí)，人員可以通過(guò)語(yǔ)音下達(dá)抄表、拍照等指令，完成指令后AR將數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)，系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)、通過(guò)圖片判斷設(shè)備狀態(tài)（如是否漏油、位置是否偏移等），并可與設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)備檢維修功能模塊對(duì)接聯(lián)動(dòng)，出現(xiàn)異常時(shí)通知相關(guān)班組人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)、維修等。該技術(shù)的應(yīng)用可大幅減少人員巡檢時(shí)的工作量，精準(zhǔn)記錄巡檢數(shù)據(jù)，對(duì)人員巡檢行為是否合規(guī)及時(shí)判斷，根據(jù)上傳的儀表數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)視工藝情況是否正常，根據(jù)設(shè)備圖片對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)判定。但AR自帶的攝像頭存在成像角度、效果有時(shí)不理想等情況，對(duì)設(shè)備狀態(tài)的判斷會(huì)存在一定的誤差，結(jié)合系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)部署的攝像頭聯(lián)動(dòng)可以取得不錯(cuò)的效果。

2.2 空壓機(jī)節(jié)能場(chǎng)景

空壓機(jī)是規(guī)模企業(yè)中最常見(jiàn)、關(guān)鍵的設(shè)備，也是能耗較高的地方。常規(guī)的節(jié)能方案主要是用在離心機(jī)、螺桿機(jī)機(jī)組的節(jié)能，透平機(jī)組目前幾乎無(wú)節(jié)能方案。工廠設(shè)置空壓機(jī)組時(shí)，一般均會(huì)預(yù)留幾臺(tái)備用機(jī)，此處也是節(jié)能方案、延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命的關(guān)鍵所在。

結(jié)合實(shí)際使用情況，效果顯著、性價(jià)比高的方案為“聯(lián)控”方式，即：根據(jù)主管道、分管道的壓力變化，采用PLC+變頻的方式實(shí)現(xiàn)壓力恒定，根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間切換備用機(jī)組，可有效保證管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定，設(shè)備均衡使用，延長(zhǎng)機(jī)組的運(yùn)維時(shí)間與使用壽命。部分空壓機(jī)廠商也可提供該方案。對(duì)于空壓機(jī)機(jī)組節(jié)能需要注意以下幾點(diǎn)：

1）壓縮空氣管網(wǎng)鋪設(shè)后，隨著生產(chǎn)工況與需求變化，可能做過(guò)比較大的改動(dòng)，甚至是臨時(shí)進(jìn)行分管的改造，未做全局合理的規(guī)劃與優(yōu)化。在對(duì)空壓機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化前，需要對(duì)管網(wǎng)分布、終端用氣情況、漏氣點(diǎn)及堵點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的了解與梳理，對(duì)漏點(diǎn)和堵點(diǎn)進(jìn)行治理。對(duì)于主管和分管安裝傳感器（流量、壓力等）的位置進(jìn)行確認(rèn)，如存在不適合安裝的位置，對(duì)改造方案、節(jié)能方案需進(jìn)行充分的論證與評(píng)估，切勿為了節(jié)能而做節(jié)能，若為了節(jié)能而做過(guò)大的改造，反而會(huì)增加生產(chǎn)成本與停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。

2）要確定節(jié)能是否有效果，需要收集1~2年的歷史數(shù)據(jù)，主要包括耗電量、空壓機(jī)加載率、用氣量及生產(chǎn)工況等，建立生產(chǎn)工況與能耗的實(shí)際關(guān)系，對(duì)節(jié)能效果真實(shí)情況進(jìn)行合理、有效的對(duì)比。

3）在工業(yè)場(chǎng)景中，加裝的傳感器要能與系統(tǒng)或人員進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“閉環(huán)”。例如在空壓機(jī)機(jī)房中加裝露點(diǎn)儀檢測(cè)空氣中的濕度，實(shí)時(shí)了解機(jī)組工作條件，此時(shí)需要考慮若空氣中濕度較高時(shí)，該如何進(jìn)行處理？對(duì)于在海邊的廠房，是否有加裝該傳感器的必要？對(duì)于儀表氣，其供氣中已包含過(guò)濾、干燥工藝，是否還有加裝露點(diǎn)儀的必要？

4）合理的設(shè)備配置是節(jié)約成本的方案，過(guò)高的配置會(huì)導(dǎo)致設(shè)備閑置率過(guò)高，造成浪費(fèi)；過(guò)低的配置難以滿足生產(chǎn)多變的狀況，會(huì)存在使用不久就要改造的情況，二次投資增加運(yùn)營(yíng)成本。從這個(gè)角度來(lái)看空壓機(jī)節(jié)能，合理配置的情況下節(jié)能空間在3%~5%，若節(jié)能效果超過(guò)10%，是否應(yīng)該對(duì)當(dāng)時(shí)配置的技術(shù)方案進(jìn)行反思？對(duì)節(jié)能方案進(jìn)行充分的論證？

2.3 鍋爐燃煤效率優(yōu)化

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，高溫高壓蒸汽是較為常見(jiàn)的需求，其靠鍋爐燃燒所產(chǎn)生。眾所周知，鍋爐是燃煤消耗大戶，對(duì)于鍋爐節(jié)能優(yōu)化，主要從兩方面考慮：燃煤效率優(yōu)化，節(jié)約用煤量；對(duì)蒸汽輸送管道“治堵防漏”，優(yōu)化終端用能效率。

燃燒效率優(yōu)化。借助傳感器、攝像頭等，實(shí)時(shí)采集鍋爐點(diǎn)位數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和原料數(shù)據(jù)（如熱值）進(jìn)行多維度分析和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)視鍋爐燃燒核心指標(biāo)變化，變化超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，算法/模型自動(dòng)推薦需要調(diào)節(jié)的參數(shù)和推薦值，將該值反饋給鍋爐中控操作人員，人員進(jìn)行確認(rèn)后進(jìn)行調(diào)參操作。該部分涉及到大數(shù)據(jù)分析、AI建模等相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用。

用汽終端優(yōu)化。通過(guò)AR巡檢及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸汽管道中的漏點(diǎn)，將位置信息推送至相關(guān)維修人員；通過(guò)壓力傳感器實(shí)時(shí)獲取壓力變化情況，與鍋爐燃燒聯(lián)動(dòng)，穩(wěn)定壓力在合理的范圍內(nèi)；通過(guò)MES獲取相關(guān)生產(chǎn)計(jì)劃，根據(jù)產(chǎn)能預(yù)算用汽量，與供煤系統(tǒng)、鍋爐燃燒控制系統(tǒng)等聯(lián)動(dòng)，提前對(duì)用煤量、所需蒸汽及壓力波動(dòng)等情況有所預(yù)判。

鍋爐是一個(gè)典型的非線性、復(fù)雜控制系統(tǒng)，隨著傳感器、大數(shù)據(jù)及AI等技術(shù)的發(fā)展，能夠多維度采集、獲取鍋爐數(shù)據(jù)；通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探索數(shù)據(jù)內(nèi)在的聯(lián)系進(jìn)行建模；結(jié)合歷史工藝情況、專家調(diào)參經(jīng)驗(yàn)等數(shù)據(jù)，應(yīng)用AI建立生產(chǎn)與參數(shù)穩(wěn)定的模型，當(dāng)參數(shù)變化超出規(guī)定閾值時(shí)，模型能給出參數(shù)調(diào)整建議值。

此部分的難點(diǎn)：

1）流程行業(yè)工藝流程長(zhǎng)且復(fù)雜，用汽需求端與工藝、生產(chǎn)息息相關(guān)，結(jié)合這些實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒優(yōu)化控制是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)，目前所建立的模型屬于探索、嘗試階段，建立準(zhǔn)確、有效的模型還有很長(zhǎng)的路要走。

2）節(jié)約的用煤量較難準(zhǔn)確計(jì)量，很多時(shí)候并不是系統(tǒng)所產(chǎn)生的節(jié)能效果，主要因素：每批煤的熱值高低直接影響用煤量，當(dāng)某批次的燃煤熱值較高時(shí)，用煤量會(huì)顯著減少；破碎機(jī)對(duì)煤塊破碎程度高，進(jìn)入爐膛燃燒時(shí)顆粒越細(xì)，燃燒越充分，耗煤量越少。

3 展望

節(jié)能和擴(kuò)大綠色能源的使用占比是實(shí)現(xiàn)工業(yè)碳中和的直接手段。光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等新能源的使用可減少碳排放，新能源投用目前最大的問(wèn)題是能源供應(yīng)不穩(wěn)定，可通過(guò)儲(chǔ)能裝置進(jìn)行解決。在綠電使用過(guò)程中，通過(guò)信息技術(shù)對(duì)設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)視、實(shí)現(xiàn)能源供給與調(diào)度等，充分用好新能源。

4 結(jié)束語(yǔ)

能源是制造業(yè)驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)，節(jié)能是降低企業(yè)經(jīng)營(yíng)制造成本重要、有效的手段。通過(guò)信息技術(shù)助力節(jié)能減排是必不可少的途徑，傳感器技術(shù)讓數(shù)據(jù)獲取的方式多樣性、多維度，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性更高；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)讓數(shù)據(jù)傳輸與交互更為高效、可靠，打通了復(fù)雜工業(yè)場(chǎng)景中的毛細(xì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；IT技術(shù)讓數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與應(yīng)用、系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)、管理效率提升等逐步成熟與完善；新一代信息技術(shù)是企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化的關(guān)鍵所在，如通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)去發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的內(nèi)在聯(lián)系，讓數(shù)據(jù)開(kāi)始反哺生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)AI可建立相應(yīng)場(chǎng)景下的模型，解決相應(yīng)場(chǎng)景下的難題，對(duì)某些行業(yè)也會(huì)帶來(lái)改變。信息技術(shù)與工業(yè)業(yè)務(wù)場(chǎng)景結(jié)合應(yīng)用，通過(guò)數(shù)據(jù)去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，找到問(wèn)題的根本，突破瓶頸。

信息技術(shù)是助力工業(yè)碳中和落地的關(guān)鍵手段。能源貫穿生產(chǎn)制造的全過(guò)程，隨著工業(yè)數(shù)字化的建設(shè)，終將打通全廠供應(yīng)鏈、生產(chǎn)制造與經(jīng)營(yíng)管理等的數(shù)據(jù)壁壘，構(gòu)建全域數(shù)據(jù)平臺(tái)，建立工廠級(jí)的模型，聯(lián)動(dòng)資源，通過(guò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋生產(chǎn)狀況，某環(huán)節(jié)發(fā)生異常時(shí)能通過(guò)模型，及時(shí)對(duì)各環(huán)節(jié)給出最優(yōu)化的聯(lián)動(dòng)、調(diào)整參數(shù)等建議，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能化，助力制造業(yè)盡快實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和。