基于化工行業的儀控設備智能化云平臺設計與應用

王飛

(藍卓數字科技有限公司,浙江 杭州 310000)

化工行業中儀控設備在企業生產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商各自的設備類型、品牌和協議,無法對企業生產過程中遇到的各種故障提供故障處理措施[1],設備健康狀態不能實時展示,設備工藝參數不能預測優化。現有的儀控設備報警管理系統智能化程度有限,存在多種無效報警信息,系統不能及時排除,無法有效地指導設備運維管理;儀控設備的數據分散在DCS,企業資產管理系統(EAM)等系統平臺中,各個系統在平臺上不能互聯互通;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,實現了B/S系統架構,狀態實時監測、故障報警與預警等功能;任玉超[3]通過DCS技術實現了智能儀表系統設計,實現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,該系統可以提高工作效率和設備可靠性,實現儀控設備的有效管理和運行。

以化工行業儀控設備作為研究對象,基于supOS工業互聯網平臺作為技術底座,設計了儀控設備智能化云平臺。該平臺通過“工業互聯網平臺+工業APP應用服務”(1+X)模式實現了企業儀控設備數字化、智能化、協同化管理。該平臺采用集中管理、遠程協同方式實現數據互通、信息匯總,幫助化工企業提高儀控設備的管理效率,使設備發揮最大價值,降本增效,實現企業高價值回報。

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。設備層提供了現場設備物聯,數據采集管理,通過系統內置協議實現儀表、閥門、視頻監控、DCS等系統數據接入工業互聯網平臺;平臺層的supOS工業互聯網平臺作為技術底座,通過數據清洗和對象化模型組織實現基于數據的標準化,為上層的業務應用提供基礎數據;應用層基于supOS工業互聯網平臺構建的儀控設備智能化云平臺實現儀控設備管理工業APP應用服務,并實現儀控設備的智能化統一管理。

1.2 網絡架構

該云平臺核心網絡以機房網絡為核心,構建匯聚平臺、服務器、交換機、防火墻、路由器網絡;現場網絡以現場網絡設備、儀表、系統為核心,構建現場設備、儀表、系統數據傳輸網絡。網絡架構如圖2所示。

圖2 儀控設備智能化云平臺網絡架構示意

2 功能應用設計與實現

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,高頻故障統計分析,儀控設備健康可視化等工業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據分析,實現儀控設備與視頻攝像頭聯動,監控危險區域儀控設備,出現異常實時報警,從而保證工廠的安全生產[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

該應用根據現場的設備情況同步設備信息,并與現場的測量點位進行關聯,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據基礎,可以通過對設備位號的增、刪、改、查,生成報警記錄數據。

2.2 儀控設備報警管理

該應用實現的功能有報警規則配置和報警記錄。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;用戶可以根據設備的位號、地理位置、所處裝置、流體介質、壓力、溫度等參數和屬性,通過編輯相應的邏輯運算規則制定相應的報警規則[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送至相關人員,同時儀控設備產生的異常報警,該應用會通過大數據分析和管理及時解除誤判,解決了生產實際過程中通常會有些干擾或不正常的報警現象[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過管理員審核后方可發布,等待發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,能夠對現場的設備結合定位信息進行巡檢作業,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控技術、通信技術、信息處理技術,能及時對故障設備發出預警,并有效處理設備缺陷[7]。

2.5 高頻故障統計分析

該應用根據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,并統計出儀表故障頻率和使用壽命概率分布;通過大數據分析和判斷,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,減少企業維護成本[8]。

2.6 儀控設備健康狀態可視化

該應用提供更加全面和準確的設備運行狀態信息,包括溫度、濕度、電壓等參數,這些信息有助于工程師和技術人員及時發現設備的故障和問題,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以三維圖像的形式呈現出來,讓現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,降低生產成本和提高生產效率。

3 平臺應用成效

該云平臺針對化工企業生產環節進行監督和控制,以supOS工業操作系統作為載體,實現了儀控設備管理的自動化、數字化和智能化[9]。該云平臺實現了全廠儀控設備分布的可視化;實現了實時數據監控與歷史數據存儲;形成了儀控設備知識庫;降低了儀控設備錯誤率指標;實現了儀表設備動態報警規則可配置,報警參數的動態優化;完善了儀控設備的相關統計報表;實現公司儀控設備實時數據遠程瀏覽及生產作業遠程協同。該云平臺提高了儀控設備的集中監控和管理水平,實現了任何儀表人員可在任何時間、任何地點處理與儀表業務相關的任何信息,形成儀表專業信息化“4A”工作模式,提升儀表維護業務運作效率[10]。根據化工企業儀控設備上云的實踐經驗,智能化云平臺在儀控設備上展現出以下特點和優勢。

3.1 儀控設備數據透明化

儀控設備產生的相關數據自動上傳和保存在supOS工業操作系統中,并提供與其他業務系統對接的數據接口。為保證數據源頭的一致性,當該云平臺數據需要修改時,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工業操作系統會自動更新設備臺賬數據,實現異構系統之間的數據集成和透明化展示,實現了數據、業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、故障狀態、工藝流程實時狀態等信息。同時,該云平臺也管理單個設備信息,包括控制系統及儀表閥門的狀態信息、故障信息、視頻數據、現場儀表故障信息等。企業通過云平臺實現對儀表控制系統和專屬設備的運行狀態監控、健康運行分析、智能報警的實時監控,實現了高效化和精細化管理。

3.3 工業APP管理便捷化

該云平臺基于supOS工業操作系統開發出不同場景的工業APP,可隨時查看平臺監控頁面及統計報表等,實現了便捷的移動辦公。APP支持智能巡檢,通過集成化工企業GIS地圖、設備定位管理功能,實現了儀表設備在線上、線下,PC端、移動端的統一管理,提高了企業儀控設備的巡檢質量及效率。

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,預測下一次故障發生的時間、維護期限,實現運維智能化管理[11]。目前,該云平臺在化工企業主要實現了高頻故障儀表統計分析、控制閥流量特征異常監測、S-zorb裝置程控閥內漏監測。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,提高了企業管理運營效率,降低生產成本和停機時,提高企業生產效率。

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綜合管理能力,推進了企業的數字化創新,進而加速了企業數字化轉型[12]。該云平臺在企業生產過程中,解決了工廠儀控設備的數據融合互通問題,所有信息統一匯總到云平臺智能監控中心,采用數據可視化、智能巡檢、集中管理、遠程協同模式,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字化轉變,有效解決了企業儀控設備管理不足的問題。該云平臺的應用為化工企業提供了良好的應用范例。