王飛

(藍(lán)卓數(shù)字科技有限公司,浙江 杭州 310000)

化工行業(yè)中儀控設(shè)備在企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的作用日益突出。目前,很多智能儀控設(shè)備管理軟件只能支持生產(chǎn)商各自的設(shè)備類(lèi)型、品牌和協(xié)議,無(wú)法對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中遇到的各種故障提供故障處理措施[1],設(shè)備健康狀態(tài)不能實(shí)時(shí)展示,設(shè)備工藝參數(shù)不能預(yù)測(cè)優(yōu)化?，F(xiàn)有的儀控設(shè)備報(bào)警管理系統(tǒng)智能化程度有限,存在多種無(wú)效報(bào)警信息,系統(tǒng)不能及時(shí)排除,無(wú)法有效地指導(dǎo)設(shè)備運(yùn)維管理;儀控設(shè)備的數(shù)據(jù)分散在DCS,企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)(EAM)等系統(tǒng)平臺(tái)中,各個(gè)系統(tǒng)在平臺(tái)上不能互聯(lián)互通;儀控設(shè)備日常巡檢工作量大,工作效率低下。李媛[2]等設(shè)計(jì)了智能儀表云平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了B/S系統(tǒng)架構(gòu),狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警與預(yù)警等功能;任玉超[3]通過(guò)DCS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了智能儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了智能設(shè)備自動(dòng)化應(yīng)用與自動(dòng)化檢測(cè)。因此,儀控設(shè)備需要一款智能化云平臺(tái)軟件系統(tǒng),該系統(tǒng)可以提高工作效率和設(shè)備可靠性,實(shí)現(xiàn)儀控設(shè)備的有效管理和運(yùn)行。

以化工行業(yè)儀控設(shè)備作為研究對(duì)象,基于supOS工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)作為技術(shù)底座,設(shè)計(jì)了儀控設(shè)備智能化云平臺(tái)。該平臺(tái)通過(guò)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)+工業(yè)APP應(yīng)用服務(wù)”(1+X)模式實(shí)現(xiàn)了企業(yè)儀控設(shè)備數(shù)字化、智能化、協(xié)同化管理。該平臺(tái)采用集中管理、遠(yuǎn)程協(xié)同方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通、信息匯總,幫助化工企業(yè)提高儀控設(shè)備的管理效率,使設(shè)備發(fā)揮最大價(jià)值,降本增效,實(shí)現(xiàn)企業(yè)高價(jià)值回報(bào)。

1 平臺(tái)架構(gòu)

1.1 儀控設(shè)備智能化云平臺(tái)架構(gòu)

儀控設(shè)備智能化云平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 儀控設(shè)備智能化云平臺(tái)架構(gòu)示意

該云平臺(tái)采用三層架構(gòu),有設(shè)備層、平臺(tái)層、應(yīng)用層。設(shè)備層提供了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備物聯(lián),數(shù)據(jù)采集管理,通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)置協(xié)議實(shí)現(xiàn)儀表、閥門(mén)、視頻監(jiān)控、DCS等系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái);平臺(tái)層的supOS工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)作為技術(shù)底座,通過(guò)數(shù)據(jù)清洗和對(duì)象化模型組織實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化,為上層的業(yè)務(wù)應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù);應(yīng)用層基于supOS工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)構(gòu)建的儀控設(shè)備智能化云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)儀控設(shè)備管理工業(yè)APP應(yīng)用服務(wù),并實(shí)現(xiàn)儀控設(shè)備的智能化統(tǒng)一管理。

1.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

該云平臺(tái)核心網(wǎng)絡(luò)以機(jī)房網(wǎng)絡(luò)為核心,構(gòu)建匯聚平臺(tái)、服務(wù)器、交換機(jī)、防火墻、路由器網(wǎng)絡(luò);現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)以現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、儀表、系統(tǒng)為核心,構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、儀表、系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 儀控設(shè)備智能化云平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意

2 功能應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

該云平臺(tái)功能應(yīng)用主要包括： 儀控設(shè)備的位號(hào)管理、報(bào)警管理、知識(shí)庫(kù)管理、巡檢管理,高頻故障統(tǒng)計(jì)分析,儀控設(shè)備健康可視化等工業(yè)APP應(yīng)用服務(wù),云平臺(tái)功能應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖3所示。該平臺(tái)通過(guò)儀控設(shè)備數(shù)據(jù)分析,實(shí)現(xiàn)儀控設(shè)備與視頻攝像頭聯(lián)動(dòng),監(jiān)控危險(xiǎn)區(qū)域儀控設(shè)備,出現(xiàn)異常實(shí)時(shí)報(bào)警,從而保證工廠的安全生產(chǎn)[4]。

圖3 儀控設(shè)備智能化云平臺(tái)功能應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意

2.1 儀控設(shè)備位號(hào)管理

該應(yīng)用根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備情況同步設(shè)備信息,并與現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量點(diǎn)位進(jìn)行關(guān)聯(lián),確定每個(gè)設(shè)備的測(cè)量點(diǎn)位,如控制閥的開(kāi)度值、溫度等。臺(tái)賬和點(diǎn)位關(guān)系是整個(gè)儀控設(shè)備的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),可以通過(guò)對(duì)設(shè)備位號(hào)的增、刪、改、查,生成報(bào)警記錄數(shù)據(jù)。

2.2 儀控設(shè)備報(bào)警管理

該應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的功能有報(bào)警規(guī)則配置和報(bào)警記錄。該功能可以對(duì)每個(gè)報(bào)警單獨(dú)配置和定義,同時(shí)可以設(shè)置日期時(shí)間、操作員級(jí)別、報(bào)警類(lèi)型等不同的類(lèi)型;用戶可以根據(jù)設(shè)備的位號(hào)、地理位置、所處裝置、流體介質(zhì)、壓力、溫度等參數(shù)和屬性,通過(guò)編輯相應(yīng)的邏輯運(yùn)算規(guī)則制定相應(yīng)的報(bào)警規(guī)則[5];在滿足報(bào)警條件后,將相應(yīng)的報(bào)警信息通過(guò)短信和郵件的形式發(fā)送至相關(guān)人員,同時(shí)儀控設(shè)備產(chǎn)生的異常報(bào)警,該應(yīng)用會(huì)通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和管理及時(shí)解除誤判,解決了生產(chǎn)實(shí)際過(guò)程中通常會(huì)有些干擾或不正常的報(bào)警現(xiàn)象[6]。

2.3 儀控設(shè)備知識(shí)庫(kù)管理

該應(yīng)用可以讓用戶上傳文檔到知識(shí)庫(kù)中,知識(shí)庫(kù)允許用戶對(duì)每個(gè)文檔進(jìn)行分類(lèi)、設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)簽、指定一批關(guān)聯(lián)的位號(hào)。在檢索時(shí),可以使用文檔名、標(biāo)簽、分類(lèi)或位號(hào)名稱(chēng)搜索到相應(yīng)的文檔。用戶上傳的文檔需要經(jīng)過(guò)管理員審核后方可發(fā)布,等待發(fā)布的文檔暫時(shí)無(wú)法被其他用戶檢索、查看和下載;用戶能夠收藏感興趣的文檔,用戶自身上傳的文檔將自動(dòng)被收藏;在移動(dòng)端,用戶能夠隨時(shí)查閱相關(guān)文檔。該應(yīng)用支持Word,Excel,PPT,PDF等多種格式文檔的預(yù)覽。

2.4 儀控設(shè)備智能巡檢管理

該應(yīng)用包括巡檢計(jì)劃、巡檢路線、巡檢過(guò)程、巡檢統(tǒng)計(jì)管理。巡檢計(jì)劃分為周期性巡檢與臨時(shí)巡檢,同時(shí)支持自由巡檢和指定順序巡檢;巡檢路線通過(guò)巡檢計(jì)劃路線的設(shè)置,能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備結(jié)合定位信息進(jìn)行巡檢作業(yè),并上傳巡檢結(jié)果;巡檢過(guò)程可以實(shí)時(shí)查看巡檢負(fù)責(zé)人、巡檢結(jié)果等信息,并支持巡檢過(guò)程全程可視化,實(shí)時(shí)軌跡回放;傳統(tǒng)儀控設(shè)備管理缺乏智能化故障診斷和排除能力,儀控設(shè)備巡檢應(yīng)用通過(guò)融合監(jiān)控技術(shù)、通信技術(shù)、信息處理技術(shù),能及時(shí)對(duì)故障設(shè)備發(fā)出預(yù)警,并有效處理設(shè)備缺陷[7]。

2.5 高頻故障統(tǒng)計(jì)分析

該應(yīng)用根據(jù)設(shè)備品牌型號(hào)的篩選條件,能夠快速獲取符合條件的設(shè)備信息,并統(tǒng)計(jì)出儀表故障頻率和使用壽命概率分布;通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和判斷,該應(yīng)用能夠推薦出合適的儀表預(yù)測(cè)性維護(hù)周期。該應(yīng)用提高了工作效率,減少企業(yè)維護(hù)成本[8]。

2.6 儀控設(shè)備健康狀態(tài)可視化

該應(yīng)用提供更加全面和準(zhǔn)確的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息,包括溫度、濕度、電壓等參數(shù),這些信息有助于工程師和技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障和問(wèn)題,從而更好地進(jìn)行維護(hù)和管理。同時(shí),將開(kāi)關(guān)閥、控制閥、在線分析儀表等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以三維圖像的形式呈現(xiàn)出來(lái),讓現(xiàn)場(chǎng)工作人員能夠更加直觀地了解設(shè)備的運(yùn)行情況,提高設(shè)備的安全性和可靠性,降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率。

3 平臺(tái)應(yīng)用成效

該云平臺(tái)針對(duì)化工企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)督和控制,以supOS工業(yè)操作系統(tǒng)作為載體,實(shí)現(xiàn)了儀控設(shè)備管理的自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化[9]。該云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了全廠儀控設(shè)備分布的可視化;實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控與歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ);形成了儀控設(shè)備知識(shí)庫(kù);降低了儀控設(shè)備錯(cuò)誤率指標(biāo);實(shí)現(xiàn)了儀表設(shè)備動(dòng)態(tài)報(bào)警規(guī)則可配置,報(bào)警參數(shù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化;完善了儀控設(shè)備的相關(guān)統(tǒng)計(jì)報(bào)表;實(shí)現(xiàn)公司儀控設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程瀏覽及生產(chǎn)作業(yè)遠(yuǎn)程協(xié)同。該云平臺(tái)提高了儀控設(shè)備的集中監(jiān)控和管理水平,實(shí)現(xiàn)了任何儀表人員可在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)處理與儀表業(yè)務(wù)相關(guān)的任何信息,形成儀表專(zhuān)業(yè)信息化“4A”工作模式,提升儀表維護(hù)業(yè)務(wù)運(yùn)作效率[10]。根據(jù)化工企業(yè)儀控設(shè)備上云的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),智能化云平臺(tái)在儀控設(shè)備上展現(xiàn)出以下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

3.1 儀控設(shè)備數(shù)據(jù)透明化

儀控設(shè)備產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳和保存在supOS工業(yè)操作系統(tǒng)中,并提供與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)對(duì)接的數(shù)據(jù)接口。為保證數(shù)據(jù)源頭的一致性,當(dāng)該云平臺(tái)數(shù)據(jù)需要修改時(shí),可以通過(guò)移動(dòng)端修改功能修改設(shè)備臺(tái)賬的信息,也可以通過(guò)云平臺(tái)要求的Excel設(shè)備臺(tái)賬模板進(jìn)行填寫(xiě)并上傳至云平臺(tái),supOS工業(yè)操作系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)更新設(shè)備臺(tái)賬數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)集成和透明化展示,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)之間的融合和高效管理。

3.2 儀控設(shè)備管理精細(xì)化

該云平臺(tái)的設(shè)備管理頁(yè)面能夠?qū)崟r(shí)展示全廠儀控設(shè)備的總體情況,包含全廠儀控設(shè)備的分布位置、運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、工藝流程實(shí)時(shí)狀態(tài)等信息。同時(shí),該云平臺(tái)也管理單個(gè)設(shè)備信息,包括控制系統(tǒng)及儀表閥門(mén)的狀態(tài)信息、故障信息、視頻數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)儀表故障信息等。企業(yè)通過(guò)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表控制系統(tǒng)和專(zhuān)屬設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、健康運(yùn)行分析、智能報(bào)警的實(shí)時(shí)監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)了高效化和精細(xì)化管理。

3.3 工業(yè)APP管理便捷化

該云平臺(tái)基于supOS工業(yè)操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)出不同場(chǎng)景的工業(yè)APP,可隨時(shí)查看平臺(tái)監(jiān)控頁(yè)面及統(tǒng)計(jì)報(bào)表等,實(shí)現(xiàn)了便捷的移動(dòng)辦公。APP支持智能巡檢,通過(guò)集成化工企業(yè)GIS地圖、設(shè)備定位管理功能,實(shí)現(xiàn)了儀表設(shè)備在線上、線下,PC端、移動(dòng)端的統(tǒng)一管理,提高了企業(yè)儀控設(shè)備的巡檢質(zhì)量及效率。

3.4 儀控設(shè)備預(yù)測(cè)維護(hù)智能化

該云平臺(tái)通過(guò)對(duì)儀控設(shè)備全生命周期監(jiān)控,基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法和模型來(lái)分析評(píng)估設(shè)備健康狀況,預(yù)測(cè)下一次故障發(fā)生的時(shí)間、維護(hù)期限,實(shí)現(xiàn)運(yùn)維智能化管理[11]。目前,該云平臺(tái)在化工企業(yè)主要實(shí)現(xiàn)了高頻故障儀表統(tǒng)計(jì)分析、控制閥流量特征異常監(jiān)測(cè)、S-zorb裝置程控閥內(nèi)漏監(jiān)測(cè)。儀控設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)為電儀中心管理人員提供了管理決策方案,提高了企業(yè)管理運(yùn)營(yíng)效率,降低生產(chǎn)成本和停機(jī)時(shí),提高企業(yè)生產(chǎn)效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究的儀控設(shè)備智能化云平臺(tái)提升了化工企業(yè)綜合管理能力,推進(jìn)了企業(yè)的數(shù)字化創(chuàng)新,進(jìn)而加速了企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型[12]。該云平臺(tái)在企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,解決了工廠儀控設(shè)備的數(shù)據(jù)融合互通問(wèn)題,所有信息統(tǒng)一匯總到云平臺(tái)智能監(jiān)控中心,采用數(shù)據(jù)可視化、智能巡檢、集中管理、遠(yuǎn)程協(xié)同模式,保障了儀控設(shè)備的智能化和高效性,完成了從設(shè)備粗放式管理到精細(xì)化管控的數(shù)字化轉(zhuǎn)變,有效解決了企業(yè)儀控設(shè)備管理不足的問(wèn)題。該云平臺(tái)的應(yīng)用為化工企業(yè)提供了良好的應(yīng)用范例。