石油和天然氣工業(yè)工廠和設(shè)施中的許多資產(chǎn)通常沒有直接或間接連接到分布式控制系統(tǒng)（DCS）或其他類型的工業(yè)控制系統(tǒng)。雖然這減少了需要DCS輸入和輸出（I/O）的資產(chǎn)數(shù)量，但這并不意味著它們不需要監(jiān)控。許多資產(chǎn)需要定期的數(shù)據(jù)監(jiān)視，以作為改進(jìn)維護(hù)工作的一部分，而不是實(shí)時(shí)控制。例如電機(jī)、泄壓閥、安全噴淋器和疏水閥。

在大多數(shù)工廠設(shè)施中，未連接到DCS的資產(chǎn)要比連接到DCS的要多得多，并且很多由于與接入點(diǎn)的距離太遠(yuǎn)而無法或難以訪問。

圖1：將數(shù)據(jù)集成到云端，可以創(chuàng)建一個(gè)用于橫斷面分析的環(huán)境，使第三方顧問能夠進(jìn)行高精度分析并提供優(yōu)化生產(chǎn)的建議。 本文圖片來源：橫河電機(jī)

如果使用傳統(tǒng)的有線傳感器，將這些資產(chǎn)連接到DCS或其它控制系統(tǒng)以進(jìn)行監(jiān)控，那費(fèi)用將是天文數(shù)字。因此，現(xiàn)狀是無法對(duì)這些資產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)視，或由技術(shù)人員進(jìn)行最低限度的監(jiān)視，以對(duì)其進(jìn)行例行檢查。但是，日益嚴(yán)格的健康、安全和環(huán)境法規(guī)（HSE）要求，迫使工廠投資進(jìn)行更好的維護(hù)，以提高安全性、可靠性和盈利能力。

由于不可避免的人口結(jié)構(gòu)變化帶來了更多的年輕工人，他們有時(shí)擁有較少的情境意識(shí)和排除這些資產(chǎn)故障的能力，因此企業(yè)越來越迫切地需要實(shí)施工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）解決方案來處理這些問題。數(shù)據(jù)的激增和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的組織壓縮了決策的時(shí)間框架，并帶來了更多的數(shù)字化競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

通過減少在危險(xiǎn)地點(diǎn)工作的現(xiàn)場(chǎng)工作人員數(shù)量來提高安全性；通過將預(yù)測(cè)分析應(yīng)用于連續(xù)工廠監(jiān)控所產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)來提高可靠性；通過采用能夠排除工廠設(shè)備故障和全廠改進(jìn)所需的咨詢服務(wù)來提高盈利能力。這3個(gè)預(yù)期效益是大多數(shù)IIoT實(shí)施的催化劑。

無線監(jiān)控與預(yù)測(cè)分析

狀態(tài)監(jiān)視與預(yù)測(cè)分析相結(jié)合，可以提高安全性、可靠性和盈利能力，從而有助于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，預(yù)防重大資產(chǎn)故障。過去，運(yùn)行人員攜帶便攜設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)巡查，進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視并現(xiàn)場(chǎng)決策，或者通過安裝極其昂貴的狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)來完成監(jiān)測(cè)。

前一種方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，往往無法進(jìn)行分析。后一種方法非常昂貴，只有最關(guān)鍵的資產(chǎn)才會(huì)被監(jiān)控。在一個(gè)典型的工廠中，通常會(huì)發(fā)生這兩種情況的結(jié)合。不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)實(shí)際上是無用的，而只監(jiān)測(cè)最關(guān)鍵資產(chǎn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可能會(huì)錯(cuò)過不那么關(guān)鍵的資產(chǎn)（那些在故障發(fā)生后才變得關(guān)鍵的資產(chǎn)）故障。

用更具經(jīng)濟(jì)效益的無線傳感器代替現(xiàn)場(chǎng)巡查監(jiān)控，這種顛覆性技術(shù)將改變最佳實(shí)踐，并被證明具有很高的效率。由于工人進(jìn)入潛在危險(xiǎn)區(qū)域的時(shí)間減少，因此還可以提高安全性。

無線監(jiān)控可以將工人解放出來，進(jìn)行其它更具附加值的活動(dòng)。由于可以安裝的傳感器數(shù)量很大，因此可以在整個(gè)工廠或設(shè)施中進(jìn)行無處不在的大規(guī)模監(jiān)控。利用這些無線傳感器收集的數(shù)據(jù)，可對(duì)大量資產(chǎn)進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷，當(dāng)將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可信的、可操作的見解時(shí)，就可以進(jìn)行預(yù)測(cè)性分析。

處理此類數(shù)據(jù)的最佳方法是使用云。眾所周知，云計(jì)算使用托管在網(wǎng)絡(luò)上的遠(yuǎn)程服務(wù)器而不是本地服務(wù)器或個(gè)人計(jì)算機(jī)來存儲(chǔ)、管理和處理數(shù)據(jù)。由于工廠數(shù)據(jù)保存在網(wǎng)絡(luò)空間里，因此可以從任何地方對(duì)其進(jìn)行查詢（見圖1）。云將可訪問性和便利性與增強(qiáng)的工廠安全性結(jié)合在一起。

此外，通過云任何人都可以使用經(jīng)認(rèn)證的智能設(shè)備來查看數(shù)據(jù)，專家也可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和分析以改善性能。由于數(shù)據(jù)位于云中，因此可以通過簡(jiǎn)單的一站式解決方案進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。

基于云的數(shù)據(jù)即服務(wù)

涉及到的傳感器系列包括用于監(jiān)測(cè)振動(dòng)、溫度和壓力等設(shè)備的傳感器。這些傳感器和提供的云服務(wù)構(gòu)成了數(shù)據(jù)即服務(wù)（DaaS）產(chǎn)品。

對(duì)于那些不想管理和操作大規(guī)模數(shù)據(jù)收集、轉(zhuǎn)換和共享解決方案的石油和天然氣設(shè)施的運(yùn)營(yíng)商而言，DaaS很有吸引力。所有這些操作都需要授予對(duì)其內(nèi)部OT和IT網(wǎng)絡(luò)的訪問權(quán)限。

DaaS通過提供專用接入點(diǎn)，以及被授予訪問權(quán)限且受信任的公司，在運(yùn)營(yíng)商的防火墻后進(jìn)行訪問，從而解決這些問題。因此，所需的多重管理和支持的連接和可視化由第三方處理，可以將這些服務(wù)從運(yùn)營(yíng)商的核心業(yè)務(wù)活動(dòng)中分離出來。

對(duì)于具有可視化功能的DaaS，運(yùn)行人員將從現(xiàn)有的自動(dòng)化和資產(chǎn)管理系統(tǒng)接收公開數(shù)據(jù)。這使工程師、經(jīng)理和其他人員，可以使用工具通過瀏覽器來開展工作。當(dāng)然，這項(xiàng)工作可以從任何地點(diǎn)，在任何安裝瀏覽器的設(shè)備（例如PC、智能手機(jī)或平板電腦）上開展。

因此，DaaS是運(yùn)營(yíng)商數(shù)字化活動(dòng)的助推器。數(shù)字化推動(dòng)了良好的數(shù)據(jù)實(shí)踐，有助于簡(jiǎn)化DaaS服務(wù)的實(shí)施，并向運(yùn)營(yíng)商提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，以促進(jìn)其數(shù)字化轉(zhuǎn)型活動(dòng)。

將數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化

讓工人通過對(duì)設(shè)備和資產(chǎn)進(jìn)行巡回檢查來發(fā)現(xiàn)潛在故障并不是一件高效的方法。如果這些運(yùn)行人員不需填寫巡檢報(bào)告并將其張貼到布告欄上，那么他們就可以做附加值更高的一些工作。對(duì)于人工巡檢來說，很容易意外忽略明顯的異常跡象，因此盡管有巡檢，仍然經(jīng)常會(huì)發(fā)生故障。

例如，一家工廠將200個(gè)項(xiàng)目的振動(dòng)測(cè)量外包，每月收集一次數(shù)據(jù)。每年的成本約為48,000美元，但由于數(shù)據(jù)未進(jìn)行數(shù)字化，因此客戶無法將數(shù)據(jù)用于預(yù)測(cè)性維護(hù)，所以仍然經(jīng)常發(fā)生故障。

橫河電機(jī)為客戶在整個(gè)工廠中布置了數(shù)十個(gè)傳感器設(shè)備，每個(gè)傳感器設(shè)備都將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫??；谠频臄?shù)據(jù)管理工具提供了可視化和趨勢(shì)監(jiān)控，以指示初期故障的異常跡象。

顧問將信息提供給工廠人員以便他們采取行動(dòng)。工廠獲取實(shí)時(shí)設(shè)備狀態(tài)報(bào)告。當(dāng)預(yù)測(cè)到故障時(shí)，它們會(huì)向工廠技術(shù)人員提供自動(dòng)報(bào)警。由于數(shù)據(jù)已經(jīng)數(shù)字化，因此該方法可以幫助工廠實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)換。

另一家工廠在泵上安裝了無線傳感設(shè)備，監(jiān)測(cè)了6個(gè)月的泵加速度，發(fā)現(xiàn)很多異常跡象（見圖2）。造成這些潛在的故障最常見原因是軸承組件中的滾珠破裂。盡早發(fā)現(xiàn)這些問題，可以對(duì)泵進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)，使它們保持運(yùn)行狀態(tài)并降低因意外停機(jī)造成的成本。

圖2：傳感器系統(tǒng)監(jiān)測(cè)泵的加速度，并在出現(xiàn)故障之前檢測(cè)到異常跡象。

簡(jiǎn)單的無線傳感器易于安裝和重新定位，也易于連接到云端。云端數(shù)據(jù)為顧問、維護(hù)經(jīng)理、運(yùn)行人員和其它工廠人員帶來了發(fā)現(xiàn)問題的洞察力。對(duì)于許多油氣工廠和設(shè)施而言，這是開始IIoT實(shí)施的最快途徑。

通過傳感器將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端，提供無處不在的實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)信息，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并采取行動(dòng)，可以預(yù)防故障和停機(jī)。將未與DCS關(guān)聯(lián)的公用設(shè)備數(shù)據(jù)集成起來，可以優(yōu)化生產(chǎn)。數(shù)據(jù)可以作為在云端模擬工廠運(yùn)營(yíng)的數(shù)字孿生的輸入，成為工廠人員和顧問調(diào)整工廠績(jī)效的好幫手。使用經(jīng)授權(quán)的智能設(shè)備，全球任何地方的專家都可以分析基于云的數(shù)據(jù)。

無線傳感技術(shù)與基于云的數(shù)據(jù)管理是一種明智的選擇，為工廠的數(shù)字化開辟了道路。數(shù)字化可以改善性能并優(yōu)化工廠。（作者：Simon Rogers）
編輯：hfy