利用数据获取驱动可操作的情报

在大多数工业设备中，数据到处都是。它驻留在流过管道，罐中的压力，旋转设备上的振动，热交换器温度，电动机中的电能功耗。如果我们可以获取此数据并弄清楚模式，我们可以采取行动使我们的植物更加高效和可靠。

虽然本文专注于压缩空气系统，但是数据采集方法和分析技术可用于所有类型的植物实用，工艺和生产系统。常见线程是必须以某种方式获取数据，然后执行某些类型的智能分析，以导出有利于操作的知识。

数据采集类型

以下是各种类型的数据采集概述：

系统故障-这种类型的数据采集是在没有警告的情况下观察到生产设施中有什么东西停止了或失败了。从生产损失的角度来看，意外停机和停机都是昂贵的，而且与进行适当的预防性、预测性或基于条件的维护相比，设备的维修可能会更昂贵。例如，由于空气压力低而停止生产，维修人员到空压机机房时，发现空气温度过高、振动或电机/驱动故障而停机。后续评估可以完成，并进行根本原因分析，但损害已经造成。

剪贴板记录—设备上挂有一个剪贴板，上面有数据表，需要维护人员定期填写。每个班次至少有一次，由空压机面板信息补充系统仪表和功率/安培表。这些表通常在一天结束时收集起来，并归档到维修经理的办公室。有时他们会被关注，有时不会。如果某个领域出现了问题，他们可能会关注这些读数，寻找另一个失败的信号。这些类型的维护人员通常负责大型公用事业工厂，包括锅炉和冷却器，甚至可能是发电，这意味着特定系统的专业知识可能是有限的。随着维修和工程部门的减少，加上有经验的工厂操作员的退休，这种方法可能不再可行。

专用临时数据采集-在某些类型的审计期间，可以在设备上安装临时数据记录器。一个审查员或顾问通常安装这个临时监控系统一周，并通过电流互感器测量安培数，还可以添加一个三相电压读数，以获得真正的功率读数。该系统还可以测量整个工厂的压力。插入流量计也可以得到一个明确的具体功率测量。这些数据被下载到Excel电子表格中，审计员可以在其中执行系统需求和相应的能源消耗模式的分析。可以提出建议来解决目前系统中的低效问题。这种方法的问题是，它只是一个快照和压缩空气系统是动态的时间。这种方法不会为今后分析或比较能源节约前后的工作情况提供任何手段。

专用系统永久数据采集—安装永久性传感器和数据采集/控制系统。manbetx客户端12-5下载这通常包括位于机房的面板，它运行在Modbus网络主干网上。面板通常有一个处理器，可以提供控制功能，以及网络网关功能。它可以访问连接到网络的电能表、流量计、压力传感器、温度传感器和露点监视器的数据。某些空压机制造商在他们的控制面板中内置了网络服务器功能，因此面板中的数据可以通过网络访问，可能是在维护经理办公室的计算机上。大多数空压机控制面板都有Modbus连接选项，可以在数据采集面板上监控数据。这些数据可以在工厂级本地访问，也可以流到云网络进行数据库管理和存储。领域专家可以分析数据流，以确定系统效率低下和潜在的维护问题。或者，由领域专家编写的软件分析程序可以用来评估实时运行的24/7/365毯子保护数据。

如图所示是一个典型的数据采集和控制面板，带有功率表和流量传感器。

全厂监控和数据采集(SCADA)-这是一种控制系统架构，manbetx客户端12-5下载使用计算机、网络数据通信和图形用户界面用于高级过程监控管理和其他外围设备，如可编程逻辑控制器(PLC)和离散PID控制器，与过程工厂或机械进行接口。操作员界面可以通过SCADA计算机系统进行监控和发布过程命令，如控制器设置更改。然而，实时控制逻辑或控制器计算是由联网模块执行的，这些模块连接到现场传感器和执行器。这种类型的控制通常被称为分布式控制系统，或DCS。manbetx客户端12-5下载

SCADA和压缩空气

在使用了SCADA系统的大型工业制造或工艺设施中，压缩空气系统通常被包括在内，因为它们是工厂的关键公用设施。kpi和控制面板信息被测量，这些数据流被处理并记录在系统历史记录中。可能有一些警报点，如压力和机器运行状态，但通常没有由领域专家或软件进行的持续分析，对所有系统运行参数进行深入分析。然而，开放数据通信协议可以将这些数据与其他分析平台集成。

开放式平台通信统一架构（OPC UA）是由OPC基金会开发的工业自动化的机器通信协议，该协议是世界自动化自动化和其他应用中安全可靠的数据交换的领先互操作性标准。它确保了不同制造商的设备和软件应用之间的无缝信息流。目前的OPC UA标准是独立于平台的，利用高级安全性和数据建模技术，以提供未来的防范，可扩展和可扩展的解决方案。大多数过程控制和系统自动化平台具有OPC UA服务器功能，允许由运行OPC UA客户端的其他软件系统访问这些系统收集的数据。

通过分析来处理数据，获得可操作的智能

现在，让我们关注永久安装的数据采集系统和SCADA数据采集系统，它们可以与分析软件集成，检测系统异常、低效模式和潜在的可靠性问题。

为了生成大数据系统的知识，需要对数据模式进行智能分析。具有多年工业压缩空气经验的领域专家可以查看数据趋势，但如果每天24小时都有大量数据，这就有问题了。大多数时候，如果一个系统已经被优化或正确安装，那么就没有什么需要检测的。然而，随着时间的推移，这些系统会发生变化——空气压缩机的顺序改变或控制失效，系统中出现泄漏，热交换器开始污染，振动水平开始上升，由于不平衡或轴承磨损，空气压缩机将进入短周期运行，等等。

如果能有一位拥有30年经验的能源工程师和服务技术人员坐在空压机房间里，全天候观察数据，并为能源优化和预测性维护提供建议，那就太好了。使用这种类型的服务，压缩空气系统将始终以最高效率运行，不会有任何计划外的停机时间。显然，这是不切实际的，但当使用软件分析实时集成到数据流时，这是一个现实。

人工智能-基于规则与机器学习

基于规则的系统使用域专家写入精确的表达式并将其转换为分析数据的代码，而现代机器学习则基于数据的统计分析。在计算机科学中，基于规则的系统是一组“if-deN”语句，它使用一组断言，创建了如何采用这些断言的规则。在软件开发中，基于规则的系统可用于创建软件，该软件将提供给人类专家的问题的答案。

机器学习人工智能系统使用统计建模和概率测定 - 一个示例是视频分析，其中算法处理大量视频图像像素数据，以识别由神经网络扫描的感兴趣模式，以使正面匹配与确定性百分比匹配。但是对于我们正在处理的时间序列系统数据的类型，基于规则的分析将导致更好的结果。如果我们知道热力学性质以及压缩空气系统的表格应该如何基于出厂规范和现场条件执行，我们可以编写在出现出现性能信封时提供通知的规则。

基于规则的压缩空气和冷冻水系统分析

以下示例说明了应用于压缩空气和冷冻水系统时，基于规则的分析可能会出现的问题。

例1 -压缩机排序

一项政府设施使用四台无油旋转螺杆空压机提供全站压缩空气。根据需求，该系统可操作1 - 2台较小的基载机，其中一台较大的可变转速驱动器(VSD)空压机作为调整机，一台可变转速驱动器(VSD)空压机作为备用设备，每周交替使用一次。

如果两台VSD机器同时运行产生控制问题，分析程序就会发出警报;如果在系统“开”状态下，特定功率超过一定水平，分析程序就会发出警报。在一次服务呼叫中，对一台空压机进行了服务，但在服务技术员离开后，系统没有恢复到正常的自动顺序。

这些数据会生成一个表格，显示软件分析几乎实时自动检测到的异常。不当的顺序控制会导致从23到26 (kW/ 100cfm)的特定功率冲击，导致大约4美元/小时的额外电力成本，如果不进行纠正，相当于3.5万美元/年。

实施例2 - 离心式压缩机绕过空气

一个制造工厂使用三个离心式空气压缩机提供全站压缩空气。空压机与现场SCADA系统相连。该系统最初设计为根据需求操作两台空气压缩机，其中一台作为备用，每周交替使用。然而，这个设施已经缩小，现在压缩空气系统超大。如果离心式空气压缩机运行在一个低效率的状态，当它们绕过原始软件为建模目的生成的空气和能源消耗图表，比较潜在的优化选项时，分析程序将发出警报。

三个离心式空气压缩机在调制模式下运行，并将绕过空气以避免受压浪涌。在这种情况下，两个700马力（HP）空气压缩机在另一个壳体（压缩机105）中在一个壳体（压缩机102）和1,300 scfm中绕过大约300 scfm。这近似于400 HP / 300 kW的浪费，或根据电费为每年超过200,000美元。

例3 -离心式空气压缩机冷却器问题

某生产设备在开式冷却塔上运行离心式空气压缩机。冷却系统经过化学处理，但在过去曾出现过污染冷却器的问题。分析结果表明，在空压机运行时，如果三个阶段中的任何一个阶段的排放温度减去进入冷却水的温度超过35 of，就会发出警报。这将识别过度冷温差(CTDs)和潜在的制冷问题。

如图所示，如果离心空气压缩机的第三级放电温度减去进入的冷却水超过35 of，则它触发了一个表示差的CTD性能和潜在的污垢冷却器的警报。

主SCADA系统组件 一个SCADA系统通常由以下主要元素组成: 监督服务器/计算机 这是SCADA系统的核心，在进程上收集数据并将控制命令发送到现场连接的设备。它是指负责与RTU和PLC的现场连接控制器通信的计算机和软件，并包括运行在操作员工作站上的HMI软件。 远程终端单元 远程终端单元，也称为(RTUs)，连接到过程中的传感器和执行器，并与监控计算机系统联网。rtu是“智能I/O”，通常具有嵌入式控制功能，以便完成基本逻辑操作。 可编程序逻辑控制器 也称为PLC，这些连接到该过程中的传感器和致动器，并以与RTU相同的方式联网到监督系统。PLC具有比RTU更复杂的嵌入式控制能力，并以一个或多个IEC 61131-3编程语言编程。 集散控制系统manbetx客户端12-5下载 分布式控制系统(DCS)manbetx客户端12-5下载是一个过程或工厂的控制系统，通常有大量的控制回路，其中自治控制器分布在整个系统中，但有中央操作员监督控制。DCS概念通过在过程工厂附近的就地控制功能和远程监控，提高了可靠性并降低了安装成本。 人机界面 人机界面(HMI)是监控系统的操作窗口。它以系统图的形式将工厂信息图形化地呈现给操作人员，系统图是被控制的工厂的示意图，以及警报和事件日志页面。HMI与SCADA监控计算机相连，提供实时数据，以驱动图形用户界面(GUI)上的数据读数、警报显示和趋势图。在许多安装中，HMI是操作员的图形用户界面，从外部设备收集所有数据，创建报告，执行警报，发送通知等。 历史学家 历史学家是HMI中的一个软件服务，它在数据库中积累有时间戳的数据、事件和警报，可以查询或用于填充HMI中的图形趋势。历史学家是向数据获取服务器请求数据的客户端。

结论

在当今的工业环境中，有大量的可用数据。如果分析得当，数据可以提供有价值的行动情报，以提高能源效率和工厂的可靠性。安装专门的系统来获取压缩空气数据，或者通过开放平台通信从现有SCADA系统中收集这些数据，可以为领域专家提供信息，他们可以使用这些数据编写软件分析。这样做将发现效率低下和潜在服务问题的领域。这类系统的投资回报通常是快速和可观的，通过降低能源成本和避免生产停机时间实现了大量节约。

关于作者

Mac Mottley是Sparks Dynamics的首席执行官。所有照片都由Sparks Dynamics提供。有关更多信息，请访问www.sparksdynamics.com．

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