壓縮空氣系統(tǒng)云平臺(tái)應(yīng)用的發(fā)展與挑戰(zhàn)

高立剛

（愛(ài)景節(jié)能科技（上海）有限公司 上海 200000）

引言

壓縮空氣系統(tǒng)云平臺(tái)是制造企業(yè)公輔設(shè)備能效管控的細(xì)化呈現(xiàn)，近幾年在國(guó)內(nèi)空壓機(jī)市場(chǎng)上涌現(xiàn)出幾個(gè)專精于此的云平臺(tái)，對(duì)空壓站內(nèi)設(shè)備、管道壓降、流量、氣體品質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)分析，提供設(shè)備管理（臺(tái)帳、維保）、數(shù)據(jù)監(jiān)控（實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)報(bào)表、信息追溯、組態(tài)畫(huà)面、異常報(bào)警）、決策優(yōu)化（反向控制、執(zhí)行優(yōu)化）等智能管控服務(wù)，通過(guò)平臺(tái)系統(tǒng)解決數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析、預(yù)警、控制等各環(huán)節(jié)的問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)空壓系統(tǒng)的高效、安全的運(yùn)行，從而向智慧用能邁出關(guān)鍵的一步。

在鋼鐵、紡織、玻璃、白色家電、化工等行業(yè)、空壓機(jī)耗電占比較大的企業(yè)都得了到推廣與應(yīng)用，通過(guò)合同能源管理、能源托管等方式起到幫忙企業(yè)節(jié)能降耗，增效減排的目標(biāo)。

1 平臺(tái)硬件

云平臺(tái)功能的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)在適當(dāng)位置安裝適當(dāng)?shù)挠?jì)量、檢測(cè)儀表，在測(cè)試時(shí)使用插入式（熱式/壓差）流量計(jì)，在進(jìn)行貿(mào)易計(jì)量是選用渦街流量計(jì)；安裝帶有485通訊協(xié)議的智能電表；壓力表；溫度計(jì)；在線露點(diǎn)儀；超聲波氣密性檢測(cè)儀等的選用，對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的空壓機(jī)、冷干機(jī)、電表、流量計(jì)、壓力變送器、其它控制系統(tǒng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)采集，并上傳到可視化能效管理中心進(jìn)。

2 數(shù)據(jù)傳輸

通過(guò)對(duì)不同設(shè)備通訊協(xié)議的破解，云平臺(tái)可接入許多種設(shè)備與儀表，通過(guò)ModBus-RTU協(xié)議方式以有線或無(wú)線傳輸?shù)姆绞?，將采集的?shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器中；數(shù)據(jù)盒可一對(duì)多，現(xiàn)在云模盒可帶有兩個(gè)串口，外接2種最多各10個(gè)的設(shè)備，在空壓站內(nèi)進(jìn)行組網(wǎng)，基本做到一站一盒一系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)大量冗余無(wú)效的篩選，可實(shí)現(xiàn)分鐘級(jí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳，提高企業(yè)空壓站管理的自動(dòng)化與智能化，為實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守空壓站奠定堅(jiān)實(shí)的軟、硬件基礎(chǔ)。

3 就地控制與遠(yuǎn)程監(jiān)控結(jié)合

通過(guò)對(duì)空壓站內(nèi)空壓機(jī)、冷干機(jī)、吸干機(jī)等設(shè)備壓力、流量、露點(diǎn)；以及冷卻系統(tǒng)溫度、流量的就地監(jiān)控，以及遠(yuǎn)程集中控制，可使出站的壓縮空氣壓力波動(dòng)在0.03-0.10bar，恒壓即節(jié)能，并滿足客戶對(duì)氣體品質(zhì)和流量的要求。

4 云平臺(tái)算法的優(yōu)化與功能

通過(guò)對(duì)算法的優(yōu)化，平臺(tái)制定一個(gè)主要參數(shù)“氣電比”進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，以此為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行是否經(jīng)濟(jì)節(jié)能進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，主要具有的功能如下：

4.1 分鐘級(jí)的能效管理

基于高速、有效的數(shù)據(jù)采集，云端實(shí)時(shí)的存儲(chǔ)，科學(xué)合理的計(jì)算方法，以每分鐘的實(shí)時(shí)單耗來(lái)對(duì)標(biāo)整站的運(yùn)行能效，從而保證項(xiàng)目始終處于高效的運(yùn)行狀態(tài)。及時(shí)的警告信息，幫助運(yùn)維人員快速預(yù)防、處理異常事件。

4.2 精準(zhǔn)的設(shè)備定制

通過(guò)對(duì)前期大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及用氣規(guī)律的分析，按照客戶實(shí)際需求進(jìn)行供氣設(shè)備的定制生產(chǎn)，依據(jù)客戶的用氣規(guī)律對(duì)主、輔機(jī)等設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，包括出站壓力、露點(diǎn)、水溫、水壓、相應(yīng)的閥門等，以達(dá)到整站的運(yùn)行始終處于高效的狀態(tài)。

4.3 高速的數(shù)據(jù)采集

單個(gè)采集終端最高支持20臺(tái)不同類型的設(shè)備、1000個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位秒級(jí)的采集、上傳，采用本地采集、篩選分析、定時(shí)上傳的方式，有效保證數(shù)據(jù)的有效性和完備性。

4.4 清晰的設(shè)備流程

通過(guò)完善的組態(tài)圖庫(kù)，可快速建立整站設(shè)備及管路流程圖，快速添加、顯示關(guān)鍵數(shù)據(jù)點(diǎn)。當(dāng)能效或運(yùn)行異常情況出現(xiàn)時(shí)，設(shè)備將出現(xiàn)異常提示，對(duì)整站能效管理提供全面、有效的幫助。

4.5 完整的能耗統(tǒng)計(jì)與詳細(xì)的歷數(shù)數(shù)據(jù)

兼容各種帶有通訊功能的計(jì)量設(shè)備，通過(guò)合理有效的算法可實(shí)現(xiàn)每分鐘的整站能效分析。根據(jù)足夠多的歷史數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)整站能效異常時(shí)的智能提醒，為未來(lái)的智慧運(yùn)行提供做夠的策略。自動(dòng)升級(jí)的云空間，實(shí)現(xiàn)多設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)長(zhǎng)時(shí)存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)全生命周期的記錄。為未來(lái)的大數(shù)據(jù)分析提供足夠的數(shù)據(jù)源。

4.6 故障判斷和實(shí)時(shí)報(bào)警

設(shè)置預(yù)警、報(bào)警規(guī)則，平臺(tái)可通過(guò)短信、APP方式推送，及時(shí)通知運(yùn)維人員故障風(fēng)險(xiǎn)，記錄并推送相關(guān)問(wèn)題、時(shí)間、關(guān)聯(lián)報(bào)警點(diǎn)，預(yù)判故障發(fā)生，確保生產(chǎn)安全。未來(lái)可實(shí)現(xiàn)預(yù)見(jiàn)性故障判斷。故障報(bào)警過(guò)程中推送關(guān)聯(lián)故障的密集數(shù)據(jù)，有利于整體分析故障原因，確保故障分析過(guò)程中信息的全面性，及時(shí)找到故障原因。

4.7 實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控和智慧運(yùn)行

高清攝像頭實(shí)時(shí)全覆蓋空壓站，確保設(shè)備運(yùn)行安全，提高站內(nèi)管理安全等級(jí)，減少人員浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備管理。通過(guò)足夠多的歷史數(shù)據(jù)采集、專家數(shù)據(jù)庫(kù)建立、歷史運(yùn)行規(guī)律，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)律變化對(duì)設(shè)備的運(yùn)行、參數(shù)等進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智慧運(yùn)行。

4.8 穩(wěn)定的系統(tǒng)平臺(tái)

支持移動(dòng)、PC雙平臺(tái)登錄，快速、便捷的了解各項(xiàng)目運(yùn)行情況、警告信息、實(shí)時(shí)視頻等，提升企業(yè)管理效率，增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維管控能力。

5 政府支持設(shè)備上云

“江蘇省星級(jí)上云企業(yè)評(píng)定工作指南（2019年）”中規(guī)定對(duì)數(shù)據(jù)上云和設(shè)備上云進(jìn)行星級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)，其中設(shè)備上云對(duì)企業(yè)通用設(shè)備中的大型空壓機(jī)接入云端，開(kāi)展運(yùn)行監(jiān)測(cè)、故障預(yù)警、預(yù)測(cè)性維護(hù)、能效優(yōu)化等服務(wù)，保障設(shè)備安全、可靠、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的企業(yè)進(jìn)行政策扶持，上云形式分為采購(gòu)公有云服務(wù)、自建私有云或以混合云等形式上云。

這一政策大大加速了江蘇省內(nèi)擁有大功率空壓機(jī)企業(yè)的應(yīng)用壓縮空氣系統(tǒng)云平臺(tái)的積極性和主動(dòng)性，并且與企業(yè)的能源管理平臺(tái)或互補(bǔ)。

6 云平臺(tái)應(yīng)用的挑戰(zhàn)

（1）提高協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)獲取能力，設(shè)備接入挑戰(zhàn)很大，數(shù)據(jù)接口不開(kāi)放。協(xié)議轉(zhuǎn)換的困難導(dǎo)致設(shè)備接入難，設(shè)備品類少。而設(shè)備種類制約了平臺(tái)提供跨行業(yè)跨領(lǐng)域服務(wù)能力的構(gòu)建。

（2）邊緣計(jì)算能力有待提高，云端模型導(dǎo)入邊緣設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并通過(guò)雙向迭代優(yōu)化實(shí)現(xiàn)邊緣—云端協(xié)同，提升平臺(tái)和服務(wù)能力和智能化水平。

（3）專業(yè)數(shù)據(jù)建模能力分析不足，目前平臺(tái)上提供的分析算法、分析工具、工業(yè)模型的數(shù)量和種類較少，難以支撐用戶挖掘量數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值。

（4）平臺(tái)在工業(yè)APP服務(wù)能力和開(kāi)發(fā)者運(yùn)營(yíng)能力兩個(gè)方面要提高。

（5）可以撬動(dòng)計(jì)量檢測(cè)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，與大學(xué)合作開(kāi)發(fā)在線陳列式管道測(cè)漏技術(shù)、引入德國(guó)CS流體檢測(cè)儀器設(shè)備，定制各種節(jié)能省氣的系統(tǒng)設(shè)備。

（6）通過(guò)對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)按“生產(chǎn)、凈化、傳輸，末端應(yīng)用”進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)分布和進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、提供可視化的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡圖和能源消耗報(bào)告。

結(jié)語(yǔ)

國(guó)家工信部發(fā)布的“2019年工業(yè)節(jié)能監(jiān)察重點(diǎn)工作計(jì)劃”中，在重點(diǎn)用能產(chǎn)品設(shè)備能效提升專項(xiàng)監(jiān)察中明確提到了《容積式空氣壓縮機(jī)能效限定制及能效等級(jí)》GB19153-2009；以及中國(guó)通用機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)2018年10月頒布，2019年執(zhí)行的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《壓縮空氣站能效分級(jí)指南》TCGMA 033001-2018，這些都表明空壓機(jī)節(jié)能領(lǐng)域越來(lái)越被重視，壓縮空氣系統(tǒng)云平臺(tái)在許多行業(yè)企業(yè)實(shí)施后起到了立竿見(jiàn)影的效果，加大云平臺(tái)應(yīng)用推廣，完善云平臺(tái)的功能，面對(duì)挑戰(zhàn)，在國(guó)際空壓機(jī)節(jié)能領(lǐng)域“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)+智能空壓站”的藍(lán)海中引領(lǐng)潮流。