基于化工行業(yè)的儀控設備智能化云平臺設計與應用

王飛

(藍卓數(shù)字科技有限公司,浙江 杭州 310000)

化工行業(yè)中儀控設備在企業(yè)生產(chǎn)過程中的作用日益突出。目前,很多智能儀控設備管理軟件只能支持生產(chǎn)商各自的設備類型、品牌和協(xié)議,無法對企業(yè)生產(chǎn)過程中遇到的各種故障提供故障處理措施[1],設備健康狀態(tài)不能實時展示,設備工藝參數(shù)不能預測優(yōu)化。現(xiàn)有的儀控設備報警管理系統(tǒng)智能化程度有限,存在多種無效報警信息,系統(tǒng)不能及時排除,無法有效地指導設備運維管理;儀控設備的數(shù)據(jù)分散在DCS,企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)(EAM)等系統(tǒng)平臺中,各個系統(tǒng)在平臺上不能互聯(lián)互通;儀控設備日常巡檢工作量大,工作效率低下。李媛[2]等設計了智能儀表云平臺,實現(xiàn)了B/S系統(tǒng)架構,狀態(tài)實時監(jiān)測、故障報警與預警等功能;任玉超[3]通過DCS技術實現(xiàn)了智能儀表系統(tǒng)設計,實現(xiàn)了智能設備自動化應用與自動化檢測。因此,儀控設備需要一款智能化云平臺軟件系統(tǒng),該系統(tǒng)可以提高工作效率和設備可靠性,實現(xiàn)儀控設備的有效管理和運行。

以化工行業(yè)儀控設備作為研究對象,基于supOS工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺作為技術底座,設計了儀控設備智能化云平臺。該平臺通過“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺+工業(yè)APP應用服務”(1+X)模式實現(xiàn)了企業(yè)儀控設備數(shù)字化、智能化、協(xié)同化管理。該平臺采用集中管理、遠程協(xié)同方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通、信息匯總,幫助化工企業(yè)提高儀控設備的管理效率,使設備發(fā)揮最大價值,降本增效,實現(xiàn)企業(yè)高價值回報。

1 平臺架構

1.1 儀控設備智能化云平臺架構

儀控設備智能化云平臺架構如圖1所示。

圖1 儀控設備智能化云平臺架構示意

該云平臺采用三層架構,有設備層、平臺層、應用層。設備層提供了現(xiàn)場設備物聯(lián),數(shù)據(jù)采集管理,通過系統(tǒng)內(nèi)置協(xié)議實現(xiàn)儀表、閥門、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;平臺層的supOS工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺作為技術底座,通過數(shù)據(jù)清洗和對象化模型組織實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的標準化,為上層的業(yè)務應用提供基礎數(shù)據(jù);應用層基于supOS工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺構建的儀控設備智能化云平臺實現(xiàn)儀控設備管理工業(yè)APP應用服務,并實現(xiàn)儀控設備的智能化統(tǒng)一管理。

1.2 網(wǎng)絡架構

該云平臺核心網(wǎng)絡以機房網(wǎng)絡為核心,構建匯聚平臺、服務器、交換機、防火墻、路由器網(wǎng)絡;現(xiàn)場網(wǎng)絡以現(xiàn)場網(wǎng)絡設備、儀表、系統(tǒng)為核心,構建現(xiàn)場設備、儀表、系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡。網(wǎng)絡架構如圖2所示。

圖2 儀控設備智能化云平臺網(wǎng)絡架構示意

2 功能應用設計與實現(xiàn)

該云平臺功能應用主要包括： 儀控設備的位號管理、報警管理、知識庫管理、巡檢管理,高頻故障統(tǒng)計分析,儀控設備健康可視化等工業(yè)APP應用服務,云平臺功能應用結構如圖3所示。該平臺通過儀控設備數(shù)據(jù)分析,實現(xiàn)儀控設備與視頻攝像頭聯(lián)動,監(jiān)控危險區(qū)域儀控設備,出現(xiàn)異常實時報警,從而保證工廠的安全生產(chǎn)[4]。

圖3 儀控設備智能化云平臺功能應用結構示意

2.1 儀控設備位號管理

該應用根據(jù)現(xiàn)場的設備情況同步設備信息,并與現(xiàn)場的測量點位進行關聯(lián),確定每個設備的測量點位,如控制閥的開度值、溫度等。臺賬和點位關系是整個儀控設備的數(shù)據(jù)基礎,可以通過對設備位號的增、刪、改、查,生成報警記錄數(shù)據(jù)。

2.2 儀控設備報警管理

該應用實現(xiàn)的功能有報警規(guī)則配置和報警記錄。該功能可以對每個報警單獨配置和定義,同時可以設置日期時間、操作員級別、報警類型等不同的類型;用戶可以根據(jù)設備的位號、地理位置、所處裝置、流體介質(zhì)、壓力、溫度等參數(shù)和屬性,通過編輯相應的邏輯運算規(guī)則制定相應的報警規(guī)則[5];在滿足報警條件后,將相應的報警信息通過短信和郵件的形式發(fā)送至相關人員,同時儀控設備產(chǎn)生的異常報警,該應用會通過大數(shù)據(jù)分析和管理及時解除誤判,解決了生產(chǎn)實際過程中通常會有些干擾或不正常的報警現(xiàn)象[6]。

2.3 儀控設備知識庫管理

該應用可以讓用戶上傳文檔到知識庫中,知識庫允許用戶對每個文檔進行分類、設置相應的標簽、指定一批關聯(lián)的位號。在檢索時,可以使用文檔名、標簽、分類或位號名稱搜索到相應的文檔。用戶上傳的文檔需要經(jīng)過管理員審核后方可發(fā)布,等待發(fā)布的文檔暫時無法被其他用戶檢索、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被收藏;在移動端,用戶能夠隨時查閱相關文檔。該應用支持Word,Excel,PPT,PDF等多種格式文檔的預覽。

2.4 儀控設備智能巡檢管理

該應用包括巡檢計劃、巡檢路線、巡檢過程、巡檢統(tǒng)計管理。巡檢計劃分為周期性巡檢與臨時巡檢,同時支持自由巡檢和指定順序巡檢;巡檢路線通過巡檢計劃路線的設置,能夠對現(xiàn)場的設備結合定位信息進行巡檢作業(yè),并上傳巡檢結果;巡檢過程可以實時查看巡檢負責人、巡檢結果等信息,并支持巡檢過程全程可視化,實時軌跡回放;傳統(tǒng)儀控設備管理缺乏智能化故障診斷和排除能力,儀控設備巡檢應用通過融合監(jiān)控技術、通信技術、信息處理技術,能及時對故障設備發(fā)出預警,并有效處理設備缺陷[7]。

2.5 高頻故障統(tǒng)計分析

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

2.6 儀控設備健康狀態(tài)可視化

該應用提供更加全面和準確的設備運行狀態(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人員及時發(fā)現(xiàn)設備的故障和問題,從而更好地進行維護和管理。同時,將開關閥、控制閥、在線分析儀表等設備的運行狀態(tài)以三維圖像的形式呈現(xiàn)出來,讓現(xiàn)場工作人員能夠更加直觀地了解設備的運行情況,提高設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 平臺應用成效

該云平臺針對化工企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行監(jiān)督和控制,以supOS工業(yè)操作系統(tǒng)作為載體,實現(xiàn)了儀控設備管理的自動化、數(shù)字化和智能化[9]。該云平臺實現(xiàn)了全廠儀控設備分布的可視化;實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)監(jiān)控與歷史數(shù)據(jù)存儲;形成了儀控設備知識庫;降低了儀控設備錯誤率指標;實現(xiàn)了儀表設備動態(tài)報警規(guī)則可配置,報警參數(shù)的動態(tài)優(yōu)化;完善了儀控設備的相關統(tǒng)計報表;實現(xiàn)公司儀控設備實時數(shù)據(jù)遠程瀏覽及生產(chǎn)作業(yè)遠程協(xié)同。該云平臺提高了儀控設備的集中監(jiān)控和管理水平,實現(xiàn)了任何儀表人員可在任何時間、任何地點處理與儀表業(yè)務相關的任何信息,形成儀表專業(yè)信息化“4A”工作模式,提升儀表維護業(yè)務運作效率[10]。根據(jù)化工企業(yè)儀控設備上云的實踐經(jīng)驗,智能化云平臺在儀控設備上展現(xiàn)出以下特點和優(yōu)勢。

3.1 儀控設備數(shù)據(jù)透明化

儀控設備產(chǎn)生的相關數(shù)據(jù)自動上傳和保存在supOS工業(yè)操作系統(tǒng)中,并提供與其他業(yè)務系統(tǒng)對接的數(shù)據(jù)接口。為保證數(shù)據(jù)源頭的一致性,當該云平臺數(shù)據(jù)需要修改時,可以通過移動端修改功能修改設備臺賬的信息,也可以通過云平臺要求的Excel設備臺賬模板進行填寫并上傳至云平臺,supOS工業(yè)操作系統(tǒng)會自動更新設備臺賬數(shù)據(jù),實現(xiàn)異構系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)集成和透明化展示,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)、業(yè)務之間的融合和高效管理。

3.2 儀控設備管理精細化

該云平臺的設備管理頁面能夠實時展示全廠儀控設備的總體情況,包含全廠儀控設備的分布位置、運行狀態(tài)、故障狀態(tài)、工藝流程實時狀態(tài)等信息。同時,該云平臺也管理單個設備信息,包括控制系統(tǒng)及儀表閥門的狀態(tài)信息、故障信息、視頻數(shù)據(jù)、現(xiàn)場儀表故障信息等。企業(yè)通過云平臺實現(xiàn)對儀表控制系統(tǒng)和專屬設備的運行狀態(tài)監(jiān)控、健康運行分析、智能報警的實時監(jiān)控,實現(xiàn)了高效化和精細化管理。

3.3 工業(yè)APP管理便捷化

該云平臺基于supOS工業(yè)操作系統(tǒng)開發(fā)出不同場景的工業(yè)APP,可隨時查看平臺監(jiān)控頁面及統(tǒng)計報表等,實現(xiàn)了便捷的移動辦公。APP支持智能巡檢,通過集成化工企業(yè)GIS地圖、設備定位管理功能,實現(xiàn)了儀表設備在線上、線下,PC端、移動端的統(tǒng)一管理,提高了企業(yè)儀控設備的巡檢質(zhì)量及效率。

3.4 儀控設備預測維護智能化

該云平臺通過對儀控設備全生命周期監(jiān)控,基于機器學習算法和模型來分析評估設備健康狀況,預測下一次故障發(fā)生的時間、維護期限,實現(xiàn)運維智能化管理[11]。目前,該云平臺在化工企業(yè)主要實現(xiàn)了高頻故障儀表統(tǒng)計分析、控制閥流量特征異常監(jiān)測、S-zorb裝置程控閥內(nèi)漏監(jiān)測。儀控設備預測性維護為電儀中心管理人員提供了管理決策方案,提高了企業(yè)管理運營效率,降低生產(chǎn)成本和停機時,提高企業(yè)生產(chǎn)效率。

4 結束語

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