艾默生：基于普适测量的智能工厂解决方案

本刊记者/宋慧欣

艾默生：基于普适测量的智能工厂解决方案

本刊记者/宋慧欣

艾默生过程管理解决方案架构师 吴跃年

数据是智能工厂的基础。然而，对于大多数企业来说，即使是最高效的企业，要想通过各个层级精确获取并有效使用数据也面临着种种挑战，并且需要跨多个界面或部门。艾默生正是在此基础上，提出了工厂数字化、自动化解决方案——PlantWeb数字化工厂架构和Pervasive Sensing （普适测量）技术。该架构具有可扩展性，因此，客户无需一步到位，可以根据预算和需要进行逐步自动化升级或扩展智能工厂应用。而普适测量技术则是通过创新技术采集更多数据（有些可能之前由于技术或成本问题而无法采集的），并经过专家阐释，将其转化为可执行信息，从而让客户可以通过一种革新的方式来运行原有设备，从而改善运营绩效。简单来说就是PlantWeb是智能工厂架构，而普适测量就是构成智能工厂架构的一砖一瓦。

至今为止，艾默生已经为全球成千上万的客户提供了智能工厂解决方案，小至单一的普适测量应用，即通过传感器、变送器、流量计等智能化设备应用；大至为用户搭建PlantWeb数字化工厂架构，即从工厂物理层至业务层的数据采集、再到系统集成、数据分析并转化为可执行信息，最终实现通过中央控制室即可全面了解工厂运营。这样的大型智能化方案可以打破信息孤岛、冲破地理阻碍、让工厂可以跨部门、跨平台分享数据，从而确保工厂决策者作出更知情、更符合最佳运营目标的决策，最终实现智慧运营。同时，艾默生的智能工厂解决方案已经为诸多用户带来了可量化的实际效益，例如帮助用户减少了采购和部署成本、安装、维护成本以及能源成本；加快了启动时间、提高了沟通的有效性、并避免了HSE风险。

《自动化博览》：艾默生为用户打造“智能工厂”的核心产品或者解决方案有哪些？

吴跃年：基于典型的过程工厂架构，艾默生为客户提供从智能现场设备、过程控制系统到设备预测诊断及性能优化软件的完整解决方案。

对于工厂运营来说，归根结底就是各种各样的数据。

古语说得好：不积跬步，无以至千里。因此，我们认为充分而可靠的数据是打造“智能工厂”的基石。没有数据就无法去做优化，更谈不上智能化，在工厂的每个运行过程中都会涉及各种不同的数据，而只有通过充分采集正确的数据，才能确保工厂管理人员清楚地了解工厂的运行状况，从而做出明智的运营决策。

艾默生推出创新的普适测量技术也就是用有效的方式去采集数据，首先传感器本身是智能的，第二能够将自己带有大脑的数据转化为可执行的信息，第三它是非侵入式的，也就是在不停车的情况下，任何时间都可以增加测量值，而且成本更低，因为不需要电缆，不需要桥架，不需要加I/O等，并且随时随地都可以做，而无需停车，无需破管，同时又能把原来在有经验员工头脑里的知识集成到传感器里，这也解决了当前熟练工缺乏，工人的专业知识赶不上工厂现代化要求的一些挑战。普适测量是艾默生基于工业物联网，根据工业用户的需求提出来的，其核心是解决如何采集数据的问题，然后把数据转变为可执行的信息。普适测量技术大大提高了数据采集的可能性和灵活性，从而让用户有能力去关注以前无法触及的领域。

现阶段，艾默生对于智能工厂的投入主要有两个方面，一方面是通过采用先进技术帮助用户提升运营效率，优化生产管理（设备管理、能源管理等）实现智慧运营；另一方面是远程运营管理中心，通过IT技术打破地域和不同职能部门的界限，帮助用户实现从运营、维护、部门协作到生产计划管理、业务执行管理的纵向优化。

《自动化博览》：艾默生智能工厂解决方案具有怎样的特色和优势？

吴跃年：艾默生智能工厂策略的典型特点之一就是统筹性，即基于全局考虑，确保其整体适用性；简而言之，就是不是为了单纯地做某件事而做，而是需要通盘考虑，我们会考虑其功能的实用性、可靠性、人性化等等诸多方面。即使一个单独的小型智能化应用，也是如此。例如，客户需要对固体物料进行测量，适用的技术可能非常多；我们将会通盘考虑并推荐最佳方案，例如客户的采购、安装、维护成本，HSE和合规性等等，从而确保我们为其提供的方案具有长期竞争力。要做到统筹性，不但要求方案提供商具有创新型技术和丰富的行业实践经验，同时还需要具有“以客户为中心”的服务理念，三者缺一不可。只有技术和经验（硬件），属于闭门造车，其方案虽然可以实施，但却无法完全受到客户认可；而如果只有服务理念（软件），属于纸上谈兵，没有硬件的支撑，方案将无法实施。

艾默生智能工厂方案的另一个典型特点是灵活性，即易于扩展、集成、部署、升级等。例如我们可以为客户提供多种选项，根据客户的实际应用环境和预算情况设计并实施方案。我们通过紧凑型设计、一体化设计以及可扩展功能等创新型技术可以实现安装灵活性，帮助用户节省成本、简化安装或满足不同的应用和集成需求。

此外，艾默生的另一个典型特点就是“全生命周期解决方案”理念。它所推崇的理念是我们为客户提供的不是产品，而是解决方案，而这个解决方案并不是随着产品或系统的交付或其使用周期的结束而结束，而是基于工厂的生命周期，在整个工厂生命周期内，我们都可以为客户量身打造适合其特定时期发展和需要的解决方案，无论是新建项目、改造或升级项目、服务或培训，艾默生能够为其提供“智能化”方案，而所有的方案全部都是站在客户的立场上，不仅能够保护客户已有投资，还能够改善工厂整体运营绩效并提高工厂竞争力。

《自动化博览》：您对于 “智能工厂”未来在中国的发展有何看法？

吴跃年：随着《中国制造2025》提出的过程自动化发展目标的提出，以及“互联网+”和“大数据”的不断升温，将不断推动“智能工厂”在中国的快速发展。除此之外，工业用户面临各种挑战的日益严峻，也将进一步推动“智能工厂”的快速发展。

随着“十三五”规划的发布，信息技术与工业的融合也将成为重要的发展方向。我认为“智能工厂”在中国的发展将主要基于物联网和大数据两个方面。物联网的发展需要打破各个组织之间的分歧，实现资源从源头到终端的统一协调和发展，行业标准和通讯协议的兼容和统一，从而达到整体行业的资源整合和优化。而大数据即智能传感、数据采集、分析和利用，由于这方面面临的阻碍较少，因此未来几年，智能工厂的发展将主要基于大数据方面。例如通过利用大数据，工厂可以了解到它的绩效水平并发现改进机会，从而实现工厂内和工厂外上下游行业链的资源整合和利用，从而实现智慧运营。

虽然基于现有企业的实际情况，要全面实现工厂整体的智能化还面临诸多挑战。因为这需要企业打破传统运营理念，推陈出新；冲出信息孤岛、组织各自为营等不利于全面智能化的束缚。然而，我们很欣喜地看到现在有许多业内领先的企业已经在不断推进工厂的全面智能化。通过这些顶尖企业的样板范例，我们相信之后越来越多的企业会迈向全面智能化。在快速变化的市场环境中，企业要想继续生存并持续盈利，那么就必须不断革新，并采用现代化或智能化方案来打造“智能工厂”，从而提高竞争力。

《自动化博览》：您认为“智能工厂”将给自动化产品和市场的发展带来哪些促进？

吴跃年：“智能工厂”是自动化产品不断革新、市场不断进步的产物，而反过来智能工厂会催生出更多的需求，这就会促使产品不断革新，市场不断整合、协调。我个人认为“智能工厂”会给自动化产品和市场带来以下几方面的促进：

（1）智能化：在智能工厂中，会对设备提出更高智能化的要求。而这种智能化是需要在丰富的实践应用经验和有效总结（或者称为“大数据”）的基础上才能得出的。对于工厂来说，用最低的成本，获得最高的效益是大家的终极目标；而围绕这一目标会衍生出来多种多样的需求，例如节省人工、能耗、提升安全、改良性能等等。而智能化是实现这一目标的有效途径，因为智能化基于广泛的实际应用和人工经验总结，它可以应对设施复杂性日益提高、专业人员流失、法规标准不断严苛等挑战。以手机的变化为例大家会更容易理解。将手机比喻为自动化产品，那么它的使用载体就是“智能工厂”，即人。我们都知道最早期的手机雏形是呼叫机，它的产生是基于人们对于及时沟通的需求而产生的。随着人们需求的不断变化，在体积轻薄、易携带、美观、应用便捷（如音乐、游戏、视频）等等需求的推动下，手机发生了不断的革新，而市场趋势也在需求的推动下不断发生变化。

（2）开放性：产品需要具有开放性，即可以和市场上广泛认可的协议兼容并可以和其他产品完美集成，固步自封、闭门造车的企业，其产品将缺乏灵活性，无法满足不断变化的市场需求。只要开放接受先进的技术并用于创新的开放型产品才能得到市场的接受和认可。

（3）与时俱进：促使产品需要与时共进；这就需要产品不断创新，而这个创新要基于智能工厂的不断发展需求，要考虑在保护工厂现有投资的基础上，逐步升级或创新。

总之，自动化产品和市场的推进不可能凭空而生，它必定有据可依，而这个“据”就是来自智能工厂的“大数据”。而随着智能工厂应用的不断增加和扩展，将会积累更多的“大数据”（数据信息或人工经验）。随着互联网技术的迅猛发展，数据的加工、传输和分析将更加可靠和高效，而在智能工厂中融入“互联网+”就形成了我们经常所说的“物联网”。我们不妨试想一下，未来的智能工厂可能冲破了行业、地域，全球市场就可以当作一个巨大的“智能工厂”。一座智能工厂的运营人员不仅能够实时、清楚地了解到整个工厂的运营状况，而且能够了解到与其相关的上游、下游产业链的运营情况，这样可以实现最佳绩效、同时合理利用全球资源。例如，一家食品饮料厂，运营人员不但能够了解工厂中每台设备的运营状况和整体工厂的能源消耗、成本绩效等情况，还能够了解到原料供应商的产量、成本及交货情况，同时他还能够了解到下游消费市场的情况，从而更合理地安排采购、生产及库存，从而实现最佳绩效。目前，智能工厂的发展还只是处于成长期，未来在多样化需求的推动下，将会取得更显著的发展。现今，小型智能化应用已经遍地开花，相信在不久的将来，我们将会看到越来越多的大型智能化应用，在科技和市场的推动下，全球化的智能工厂也将星罗棋布，比比皆是。

成功案例分享

艾默生智能无线技术助力化工厂打造智能工厂运营

南通醋酸纤维有限公司成立于1987年3月，由中国烟草总公司与美国塞拉尼斯公司合资经营，是集化工、化纤、热电为一体的大型工业企业。

挑战

企业管理需要通过能源监控实现能源计划、统计和费用分析，对能源成本及趋势有准确的数据依据。需要对丝束丙酮装置的东西管线温度、压力和流量进行精确测量，对醋片装置空调机组控制回路重要设备监测。监测点分散遍布全厂管网，测点之间相距较远，铺设电缆桥架成本高，施工困难。该公司能源管理系统项目的目标是建造一套具有高可靠性、功能全面、操作直观简便、能满足不同级别的用户需求、具有良好扩展性的综合能源信息管理平台。此外，该公司还希望在其能源生产和管理中，企业的各种能源生产及消耗情况可以在同一个平台内进行调度、管理、实时监测，并且能够通过远程操控及时调整运行方式，实现系统平衡和用能优化。

解决方案

针对南通醋纤厂实际情况，艾默生提出采用智能无线方案为用户解决问题。该方案无线设备包括：

• 艾默生智能无线网关1420；

• 罗斯蒙特（Rosemount®）无线压力变送器 3051S；

• 罗斯蒙特（Rosemount®）无线温度变送器 648；

• 罗斯蒙特（Rosemount®）无线适配器775。

（1）“丝束丙酮”工段东西管线温度、压力和流量监测

利用三台无线网关1420和21台无线仪表，完成管线工艺参数监测。其中包括3051S无线压力变送器、648无线温度变送器、无线适配器THUM775配合监测2台超声波流量计，构成三个无线网络，通过1420将所有数据集成到上位机系统，实现从现场测量、可靠无线信号传输、监控室数据采集和监视、设备状况侦测等一体化功能。

（2）醋片装置温度控制回路设备诊断监测

利用无线适配器THUM775，对醋片装置现有温度控制回路的仪表设备进行在线诊断，包括对Rosemount有线温度变送器3144及Fisher阀门定位器DVC 6000的诊断。通过智能无线适配器THUM775实现对有线Hart设备的管理，充分挖掘已安装有线Hart设备的信息，最大发挥其智能设备的功能，安装简单，利用有线仪表4-20mA电流即可工作，不影响有线回路控制功能，实现对工厂重要设备的在线监控，通过AMS设备管理软件实现远程仪表组态，报警监视，是企业实现现代化管理的重要手段之一。

项目实施优势分析

（1）艾默生智能无线解决方案，作为艾默生的PlantWeb®数字工厂管控网的一部分，采用自组织网络通讯架构，其性能可靠、安全。通过无线通讯方式，可对敷设电缆困难的设备和区域进行监测，从而节省安装成本，有效提升工厂的维护水平，降低维护成本。

（2）艾默生的智能仪表，完全可以覆盖设备控制层及集中监控层，较好地为能源管理系统的信息分析管理层提供丰富的现场能源数据。

（3）艾默生的WirelessHART智能现场无线解决方案可以实现从现场测量、信号的无线可靠传输、监控室数据采集和监视等一体化功能。利用原有就地的超声波流量计及温度变送器，通过THUM775智能天线，与3051S无线压力变送器和648无线温度变送器一起与指定区域内的1420无线网关构成WirelessHART自组织无线网络，采集数据集中到1420网关中。而1420网关通过与上位机系统互连，将信号接入能源管理系统，工作人员通过上位机对能源实时运行数据信息进行集中管理。通过THUM775智能天线适配器对重要阀门、质量流量计、分析仪表的组态信息、报警信息读取并发送给1420智能无线网关，而1420网关通过与上位机系统互连，进入到AMS设备管理系统，最终实现整厂智能设备的管理，AMS智能设备管理系统与能源管理系统可以相互共用，最后进入不同的管理系统。

（4）艾默生能源管理信息平台取代工作人员对于能源数据“毛估估”的传统方式，监控者可以在系统上管控全公司的能源实际发生和消耗信息，显著提高企业能源管理水平。本项目共涉及33套无线仪表的安装，在1个工作日内完成全部调试安装，和有线项目实施相比，组态调试简捷快速，极大地缩短了项目工期，无线的优势十分明显。

设备的健康稳定运行是公司安全运营的基石，而及时、正确的检修工作就是维持设备健康的有效手段。在该项目中，除了艾默生的无线解决方案外，艾默生的AMS设备管理系统也帮助该工厂发挥了智能化运营的巨大潜力。通过使用艾默生AMS设备管理系统，不但可以对整厂各种智能仪表进行管理；同时，还可以将第三方设备所配的重要仪表，特别是一些重要阀门，融合到整厂设备管理系统中，能够高效地收集各种智能仪表和设备诊断数据、简化仪表组态、实现预防性维修，从而有效提高设备运行效率。

该项目投运以来，无线仪表运行正常，数据传输安全可靠，实现醋纤厂的能源管理目标，充分发挥智能无线技术的优势，获得醋纤厂技术管理人员的一致好评。