當前的中國工業(yè)正面臨著(zhù)前所未有的挑戰。為適應市場(chǎng)競爭的加劇，近年來(lái)，中國工業(yè)企業(yè)正在經(jīng)歷著(zhù)重要的轉變，如企業(yè)的大批量生產(chǎn)向按市場(chǎng)或客戶(hù)要求柔性生產(chǎn)轉變，設計和控制系統各自獨立向設計和控制系統集成一體轉變，在單一地方生產(chǎn)向全球化采購、生產(chǎn)轉變，工廠(chǎng)對質(zhì)量、成本、效率以及安全的要求也在不斷提高，而正是這些需求推動(dòng)著(zhù)自動(dòng)化、智能化技術(shù)的應用和普及。

    作為流程工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，艾默生對于用戶(hù)需求的變化顯然有著(zhù)最直觀(guān)的感受，正如艾默生系統及方案部高級市場(chǎng)經(jīng)理姚永斌所言：“中國用戶(hù)現在普遍接受了‘智能化’設備和控制系統的理念，也認識到智能化帶來(lái)的工廠(chǎng)維護和管理水平的提升，另一方面，智能化軟件也幫助用戶(hù)進(jìn)一步提升了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，帶來(lái)了直接的經(jīng)濟效益。結合當前市場(chǎng)發(fā)展的總體情況來(lái)講，客戶(hù)越來(lái)越多地意識到借助軟件優(yōu)勢來(lái)整合全廠(chǎng)的自動(dòng)化生產(chǎn)信息，而不僅是通過(guò)自動(dòng)化軟件來(lái)進(jìn)行常規的生產(chǎn)控制，亦即在保證工廠(chǎng)長(cháng)久平穩高效運行的基礎上，通過(guò)各種軟件來(lái)實(shí)現如先進(jìn)控制、設備管理和維護、全廠(chǎng)生產(chǎn)執行管理、批量生產(chǎn)優(yōu)化等功能，從而進(jìn)一步提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，獲取更多的經(jīng)濟效益。”

    自成立以來(lái)，無(wú)論在技術(shù)創(chuàng )新還是戰略轉型上，艾默生一直都走在市場(chǎng)前列，面對“智能化”的未來(lái)潮流，艾默生也早已開(kāi)始了探索和實(shí)踐，艾默生過(guò)程管理系統及方案部高級市場(chǎng)經(jīng)理姚永斌表示：“要實(shí)現自動(dòng)化行業(yè)的智能化，軟件智能化的提升至關(guān)重要，需要通過(guò)儀表設備和自動(dòng)化軟件的互相協(xié)力。例如基于艾默生的智能工廠(chǎng)解決方案，在現場(chǎng)儀表和閥門(mén)設備支持HART通訊協(xié)議的情況下，DeltaV系統能夠直接獲取相關(guān)的HART數據實(shí)現多變量傳輸和設備診斷等功能；如果進(jìn)一步采用FF基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)通訊方式，不僅可以顯著(zhù)節省電纜，而且能夠獲取更多過(guò)程和診斷數據，同時(shí)“Control in Field”（控制在現場(chǎng)）的實(shí)現更加分散了控制風(fēng)險；配合AMS智能設備管理軟件能夠全面管理各大廠(chǎng)家的儀表和閥門(mén)等智能設備，并且通過(guò)“預測式維護”避免非計劃停車(chē)、提高維護效率，從而提升用戶(hù)整廠(chǎng)的生產(chǎn)和維護水平。”

    除了面向用戶(hù)需求的智能化產(chǎn)品和解決方案，艾默生在大量的工程實(shí)踐中還積累了豐富的應用經(jīng)驗，采訪(fǎng)中艾默生過(guò)程管理公用事業(yè)部市場(chǎng)及技術(shù)支持部高級經(jīng)理薛偉特別指出在“智能工廠(chǎng)”工程實(shí)施過(guò)程中需要注意的問(wèn)題，包括：（1）軟件智能化設計要以滿(mǎn)足用戶(hù)需求作為導向；（2）注重智能軟件和系統硬件的匹配兼容性，做到“軟硬兼施”；（3）注重軟件與設備運行特性、專(zhuān)家經(jīng)驗的有機融合，實(shí)現軟件的智能化；（4）具備相應的工程實(shí)施和服務(wù)能力，保證工程品質(zhì)和效果。

    而對于自動(dòng)化軟件技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢，艾默生認為對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，智能化并不意味著(zhù)復雜化，不能因此抬高了技術(shù)門(mén)檻或者增加操作員的工作難度，因此，未來(lái)艾默生將在軟件智能化的基礎上加強人性化的設計和理念，使得生產(chǎn)自動(dòng)化的人機界面更加友好和直觀(guān)，降低操作員的視覺(jué)疲勞，從而反過(guò)來(lái)提升工作效率。

    艾默生過(guò)程管理系統及方案部高級市場(chǎng)經(jīng)理姚永斌對此做了詳細解讀，人性化設計（Human Central Design）將會(huì )是以后自動(dòng)化軟件技術(shù)的一個(gè)發(fā)展趨勢和重點(diǎn)?，F今的工藝生產(chǎn)裝置都變得越來(lái)越龐大和復雜，這就需要更多的新進(jìn)技術(shù)和操作人員，同時(shí)還可能伴隨著(zhù)成熟技術(shù)人員的流失和‘老師傅’的退休，在這種情況和背景下如何進(jìn)一步提高人員生產(chǎn)效率變得日益迫切起來(lái)。

    人性化設計主要基于操作員的實(shí)際使用感受，進(jìn)一步優(yōu)化流程畫(huà)面和操作面板的可讀性和即視性，通過(guò)改進(jìn)配色和圖表的顯示方式，突出異常狀態(tài)，從而減少操作員的視覺(jué)疲勞，快速做出決策；同時(shí)通過(guò)報警幫助（Alarm Help）傳承資深操作和維護人員的非正常狀況處理經(jīng)驗，具體到每個(gè)報警和事件都有相應成熟和有效的對策，并通過(guò)報警分析（DeltaV Analyze）減少過(guò)多的無(wú)效或無(wú)意義報警，避免出現報警風(fēng)暴。艾默生希望通過(guò)人性化設計的方式幫助用戶(hù)來(lái)共同應對將來(lái)隨著(zhù)時(shí)間推移而出現的各種挑戰，并給用戶(hù)持續帶來(lái)生產(chǎn)效益和經(jīng)濟價(jià)值的提高。”

    艾默生擁有多種自動(dòng)化軟件，如專(zhuān)門(mén)應用于電力及水處理行業(yè)Ovation™專(zhuān)家控制系統軟件、Smart Process電廠(chǎng)運行性能優(yōu)化軟件、Scenario高精度仿真系統軟件；DeltaV系統軟件、Syncade制造執行管理軟件和DeltaV Batch批量軟件，還有用于各種工業(yè)生產(chǎn)中的設備管理和監測軟件，如機械設備健康狀態(tài)管理軟件可以對重要設備（如泵、鼓風(fēng)機、風(fēng)扇等）進(jìn)行監控和管理，ValveLink閥門(mén)診斷軟件以及AMS現場(chǎng)儀表管理軟件可以實(shí)時(shí)獲取閥門(mén)及現場(chǎng)智能儀表的運行狀態(tài)信息，并給出可操作的建議，從而實(shí)現預維護和及時(shí)采取有效的防范措施。還有各種進(jìn)行儀表診斷、組態(tài)和自校驗的軟件，如高準 ProLink II™ 變送器組態(tài)軟件工具、高準智能儀表自校驗工具、Daniel MeterLink高級超聲波流量計診斷軟件等。此外還有專(zhuān)門(mén)用于油氣行業(yè)智能化開(kāi)采、存儲及運輸的油藏管理軟件和OpenEnterprise™ SCADA軟件。本期主要介紹兩款艾默生過(guò)程管理的控制系統自動(dòng)化軟件。

    Smart Process™電廠(chǎng)運行性能優(yōu)化軟件

    Smart Process™是一套智能軟件包，稱(chēng)為優(yōu)化軟件包和顧問(wèn)軟件包。包括：

    • 鍋爐效率優(yōu)化軟件包

    • 低氮氧化物優(yōu)化軟件包

    • 濁度優(yōu)化軟件包

    • 新型協(xié)調控制優(yōu)化軟件包

    • 蒸汽溫度優(yōu)化軟件包

    • 經(jīng)濟負荷優(yōu)化調度軟件包

    • 脫硝系統優(yōu)化軟件包

    • 電除塵優(yōu)化軟件包

    • 流化床優(yōu)化軟件包

    • 吹灰優(yōu)化軟件包

    • 吹灰清潔度顧問(wèn)軟件包

    • 整體性能顧問(wèn)軟件包（GPA，性能監測）

    其創(chuàng )新性和智能化主要體現在于該軟件在電站的整體范圍內提供動(dòng)態(tài)過(guò)程優(yōu)化功能。

    優(yōu)化軟件包采用基于知識的軟件工具（線(xiàn)形模型、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )、免疫模型和模糊邏輯等），建模和優(yōu)化發(fā)電機組，并將優(yōu)化設定值和偏差值直接送至現有的DCS 實(shí)現閉環(huán)集成。

    顧問(wèn)軟件包使用數學(xué)模型與建模工具分析過(guò)程性能，為操作者提供參考信息，并確認產(chǎn)生不必要成本的操作區域。結果是對被優(yōu)化的目標如AGC性能指標、NOx 排放濃度、熱效率等進(jìn)行在線(xiàn)整體的過(guò)程優(yōu)化，所有這些都是以動(dòng)態(tài)的、電站專(zhuān)有的運行條件為基礎的。

    借助Smart Process 提供的整體解決方案主要應用于電力和水處理應用。在幫助客戶(hù)實(shí)現“智能化”方面的優(yōu)勢在于：（1）使用Smart Process 技術(shù)提高生產(chǎn)水平；（2）降低生產(chǎn)費用和增加效能；（3）不論客戶(hù)是期望提高AGC發(fā)電性能，減少氮氧化物，降低濁度，提高鍋爐效率，穩定蒸汽溫度控制，還是實(shí)施智能吹灰， Smart Process 智能軟件包已證實(shí)有能力來(lái)滿(mǎn)足各種類(lèi)型的要求和節約巨額的費用，同時(shí)遵從環(huán)保規定。

    Smart Process應用案例

    中國華電集團望亭發(fā)電廠(chǎng)3號660MW超超臨界機組的鍋爐為變壓運行Π型直流爐，主蒸汽溫度為605℃，主蒸汽壓力為25.5MPa，再熱蒸汽溫度為605℃，再熱蒸汽壓力為5.2MPa，設計煤種為淮南煤，型號為SG 2024/26.15 M621，采用“定—滑—定”運行方式，單爐膛、四角切向燃燒、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構。除省煤器受熱面采用聲波吹灰外，其它受熱面都采用蒸汽吹灰，水冷壁受熱面安裝了96根短吹灰槍?zhuān)瑢α魇軣崦姘惭b了54根長(cháng)吹灰槍。

    原蒸汽吹灰程控系統為戴蒙德電力機械（湖北）有限公司的PLC系統。在當前電廠(chǎng)實(shí)際操作中，吹灰器的運行基本是由運行人員根據經(jīng)驗，定時(shí)定程序進(jìn)行吹灰，因此存在一定的盲目性和不確定性，有可能導致吹灰不及時(shí)或者吹灰頻率過(guò)高，從而影響機組運行的經(jīng)濟性和安全性。且原PLC不能自動(dòng)統計吹灰槍投用記錄和故障記錄。

    利用Smart Process吹灰優(yōu)化軟件包即吹灰優(yōu)化建模軟件、Ovation系統高級控制算法和虛擬控制器等技術(shù)，針對鍋爐不同受熱面分別建立了清潔系數模型，設計了一系列控制邏輯，包括動(dòng)態(tài)定義吹灰序列邏輯、再熱汽溫保護邏輯、疏水系統保護邏輯、吹灰序列排隊邏輯和吹灰過(guò)程仿真邏輯等；采集了Ovation系統中32個(gè)月的歷史數據，利用統計學(xué)方法對吹灰優(yōu)化效果進(jìn)行了定量分析。實(shí)踐證實(shí)了在660MW超超臨界機組鍋爐上投用閉環(huán)吹灰優(yōu)化系統，不但改善了再熱汽溫，提高了機組的經(jīng)濟性和安全性，還降低了運行人員的勞動(dòng)強度，規范了吹灰過(guò)程操作。

    吹灰優(yōu)化系統連續運行１年來(lái)，取得了良好的節能效果，提高了鍋爐運行的安全性，具有很好的應用推廣前景。

    DeltaV Batch批量控制軟件

    DeltaV Batch批量控制軟件完全基于S88標準構建過(guò)程模型和軟件模型，目的在于盡量減少人工干預，提升自動(dòng)化生產(chǎn)水平。在此基礎上，艾默生最近推出了全新的Batch Analytics軟件，期望能夠幫助批量控制（Batch Control）用戶(hù)進(jìn)一步提高批次質(zhì)量和效率。

    其創(chuàng )新性和智能化主要體現在以下幾方面：

    （1）變量分析（Multivariate Analysis）

    以往提升批次質(zhì)量的方法是定義“Golden Batch”概念，通過(guò)分析批量生產(chǎn)的歷史數據來(lái)選出一個(gè)所謂的“最優(yōu)批次”，再以此為標準和運行中的批量進(jìn)行比較來(lái)發(fā)現偏差。但是對于一個(gè)批次來(lái)講會(huì )有許多不同的過(guò)程參數，每個(gè)參數都有自身的含義和高低限，通過(guò)傳統方式無(wú)法洞悉各個(gè)變量之間的聯(lián)系以及對于整體生產(chǎn)的影響，也就是說(shuō)如果獨立來(lái)看的話(huà)，可能每個(gè)批次都會(huì )有幾個(gè)控制的比較好的參數，從不同角度會(huì )得出不同的結論。但是用戶(hù)可以通過(guò)艾默生提供的多變量分析方式來(lái)輕松找出通過(guò)傳統方式無(wú)法洞察，實(shí)際上卻多次出現、造成事實(shí)上長(cháng)久影響批次生產(chǎn)質(zhì)量的這些紕漏之處。

    （2）實(shí)時(shí)偏差檢測（Real-time Fault Detection）

    在批次生產(chǎn)過(guò)程中，實(shí)時(shí)偏差檢測會(huì )發(fā)送相應的提示信息給操作員，幫助他們做出判斷，從而直接改進(jìn)當前批次的生產(chǎn)質(zhì)量，而不是待生產(chǎn)完成后再通過(guò)事后分析來(lái)發(fā)現問(wèn)題而于事無(wú)補，而且這種方式使得操作員能夠更加集中精力，在發(fā)生問(wèn)題時(shí)獲得提示而無(wú)需一直觀(guān)察各種繁復的過(guò)程數據，更加人性化。

    （3）模型生成（Model Generation）

通過(guò)多變量分析和動(dòng)態(tài)時(shí)間偏移自動(dòng)生成模型，而不是人工建立模型。實(shí)時(shí)的相關(guān)數據可見(jiàn)性能夠幫助用戶(hù)真正理解生產(chǎn)過(guò)程中各變量之間的互相作用和對于最終產(chǎn)品質(zhì)量的影響，而這都能夠使得操作員做出更加優(yōu)化的決策，并把注意力側重在關(guān)鍵時(shí)刻和參數上。

    Batch Analytics主要針對過(guò)程控制行業(yè)中的批量控制用戶(hù)，如精細化工和生命科學(xué)等行業(yè)。

    DeltaV Batch已經(jīng)能夠幫助客戶(hù)實(shí)現傻瓜式的自動(dòng)化控制和操作。其獨有的Fail Monitor監視模塊能夠實(shí)時(shí)監視生產(chǎn)流程的錯誤或意外發(fā)生并自動(dòng)跳轉到相應狀態(tài)，從而減少人工干預、提高自動(dòng)化生產(chǎn)水平；此外，其先進(jìn)的設備仲裁功能可以對相應的公用設備進(jìn)行先后排序，在保證正常生產(chǎn)的情況下、盡可能地提高設備使用效率。對于人機界面來(lái)說(shuō)，流程和批量操作可以整合在同一畫(huà)面，避免來(lái)回切換導致的不便，并且操作信息豐富、批量運行透明度高。強大的配方管理功能，即使對于非自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的工藝人員，只需通過(guò)簡(jiǎn)單的“搭積木”方式即可完成工藝流程的創(chuàng )建和改動(dòng)，而不必關(guān)注于底層具體設備的控制。以上特點(diǎn)都是符合使用批量控制行業(yè)的特性，減少人為因素造成的產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)，保證生產(chǎn)裝置長(cháng)期、穩定、高效運行，凸顯生產(chǎn)智能化。
 

    艾默生過(guò)程管理系統及方案部高級市場(chǎng)經(jīng)理 姚永斌


    艾默生過(guò)程管理公用事業(yè)部市場(chǎng)及技術(shù)支持部高級經(jīng)理 薛偉

    在此基礎上，Batch Analytics再次提升了生產(chǎn)效率的最大化，其不僅在保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎上減少了生產(chǎn)時(shí)間，并且進(jìn)一步提高產(chǎn)量。通過(guò)多變量分析、動(dòng)態(tài)時(shí)間偏移、實(shí)施偏差檢測和自動(dòng)生成模型等技術(shù)手段幫助用戶(hù)在生產(chǎn)過(guò)程之中發(fā)現問(wèn)題并進(jìn)行及時(shí)調整，從而使得每個(gè)批次的生產(chǎn)都能夠實(shí)現最大化的效率、產(chǎn)量和時(shí)間優(yōu)化。和傳統的事后分析相比較，無(wú)疑對于用戶(hù)更有意義和價(jià)值。

    Batch Analytics應用案例

    作為艾默生過(guò)程管理公司最新推出的軟件產(chǎn)品，Bat c hAnalytics已被某外資特種化學(xué)品公司采用，幫助用戶(hù)再次提升了批量生產(chǎn)效益。Batch Analytics具有揭示當下生產(chǎn)批次實(shí)時(shí)偏差的性能，這一點(diǎn)得到了用戶(hù)操作和管理人員的高度認可；因為這是通過(guò)以往傳統的方法和分析都無(wú)法發(fā)現但是長(cháng)久以來(lái)卻一直存在并影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

    如在一次現場(chǎng)試驗中發(fā)現某個(gè)關(guān)鍵組分的密度值偏差在好幾個(gè)批次中都有出現，Batch Analytics分析后發(fā)現這一現象起因于初始的加料操作；又比如有次發(fā)現反應器的冷卻系統出現故障，BatchAnalytics檢測發(fā)現是由于某一關(guān)鍵組分加入太慢而導致的，而根本原因是由于反應器溫度有些許提高所引起的，以往如果通過(guò)單一參數分析是沒(méi)有辦法發(fā)現這一問(wèn)題的；不僅如此，Batch Analytics還檢測到由于上游鍋爐的某個(gè)參數異常而導致的導熱油加熱系統故障問(wèn)題；如果不是通過(guò)Batch Analytics發(fā)現了這一問(wèn)題，那么工廠(chǎng)就有可能需要花費幾天時(shí)間停產(chǎn)檢修。此外，Batch Analytics還幫助改進(jìn)了反應器加熱回路的控制參數。這些都是顯而易見(jiàn)且能夠立即轉化為經(jīng)濟效益的改變，充分體現了Batch Analytics的價(jià)值。

    摘自《自動(dòng)化博覽》2014年10月刊