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，以作為改進維護工作的一部分，而不是實時控制。例如電機、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的距離太遠而無法或難以訪問。

圖1：將數(shù)據(jù)集成到云端，可以創(chuàng)建一個用于橫斷面分析的環(huán)境，使第三方顧問能夠進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

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)以進行監(jiān)控，那費用將是天文數(shù)字。因此，現(xiàn)狀是無法對這些資產(chǎn)進行監(jiān)視，或由技術(shù)人員進行最低限度的監(jiān)視，以對其進行例行檢查。但是，日益嚴格的健康、安全和環(huán)境法規(guī)（HSE）要求，迫使工廠投資進行更好的維護，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，他們有時擁有較少的情境意識和排除這些資產(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)動的組織壓縮了決策的時間框架，并帶來了更多的數(shù)字化競爭對手。

通過減少在危險地點工作的現(xiàn)場工作人員數(shù)量來提高安全性；通過將預(yù)測分析應(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)備故障和全廠改進所需的咨詢服務(wù)來提高盈利能力。這3個預(yù)期效益是大多數(shù)IIoT實施的催化劑。

無線監(jiān)控與預(yù)測分析

狀態(tài)監(jiān)視與預(yù)測分析相結(jié)合，可以提高安全性、可靠性和盈利能力，從而有助于實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，預(yù)防重大資產(chǎn)故障。過去，運行人員攜帶便攜設(shè)備在現(xiàn)場巡查，進行狀態(tài)監(jiān)視并現(xiàn)場決策，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。

前一種方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不準確，往往無法進行分析。后一種方法非常昂貴，只有最關(guān)鍵的資產(chǎn)才會被監(jiān)控。在一個典型的工廠中，通常會發(fā)生這兩種情況的結(jié)合。不準確的數(shù)據(jù)實際上是無用的，而只監(jiān)測最關(guān)鍵資產(chǎn)的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可能會錯過不那么關(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)濟效益的無線傳感器代替現(xiàn)場巡查監(jiān)控，這種顛覆性技術(shù)將改變最佳實踐，并被證明具有很高的效率。由于工人進入潛在危險區(qū)域的時間減少，因此還可以提高安全性。

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

處理此類數(shù)據(jù)的最佳方法是使用云。眾所周知，云計算使用托管在網(wǎng)絡(luò)上的遠程服務(wù)器而不是本地服務(wù)器或個人計算機來存儲、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其進行查詢（見圖1）。云將可訪問性和便利性與增強的工廠安全性結(jié)合在一起。

此外，通過云任何人都可以使用經(jīng)認證的智能設(shè)備來查看數(shù)據(jù)，專家也可以進行遠程監(jiān)控和分析以改善性能。由于數(shù)據(jù)位于云中，因此可以通過簡單的一站式解決方案進行數(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)測振動、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)施的運營商而言，DaaS很有吸引力。所有這些操作都需要授予對其內(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，以及被授予訪問權(quán)限且受信任的公司，在運營商的防火墻后進行訪問，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)從運營商的核心業(yè)務(wù)活動中分離出來。

對于具有可視化功能的DaaS，運行人員將從現(xiàn)有的自動化和資產(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。當然，這項工作可以從任何地點，在任何安裝瀏覽器的設(shè)備（例如PC、智能手機或平板電腦）上開展。

因此，DaaS是運營商數(shù)字化活動的助推器。數(shù)字化推動了良好的數(shù)據(jù)實踐，有助于簡化DaaS服務(wù)的實施，并向運營商提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，以促進其數(shù)字化轉(zhuǎn)型活動。

將數(shù)據(jù)進行數(shù)字化

讓工人通過對設(shè)備和資產(chǎn)進行巡回檢查來發(fā)現(xiàn)潛在故障并不是一件高效的方法。如果這些運行人員不需填寫巡檢報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)常會發(fā)生故障。

例如，一家工廠將200個項目的振動測量外包，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)未進行數(shù)字化，因此客戶無法將數(shù)據(jù)用于預(yù)測性維護，所以仍然經(jīng)常發(fā)生故障。

橫河電機為客戶在整個工廠中布置了數(shù)十個傳感器設(shè)備，每個傳感器設(shè)備都將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫恕；谠频臄?shù)據(jù)管理工具提供了可視化和趨勢監(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。工廠獲取實時設(shè)備狀態(tài)報告。當預(yù)測到故障時，它們會向工廠技術(shù)人員提供自動報警。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)測了6個月的泵加速度，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，可以對泵進行預(yù)測性維護，使它們保持運行狀態(tài)并降低因意外停機造成的成本。

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

簡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、維護經(jīng)理、運行人員和其它工廠人員帶來了發(fā)現(xiàn)問題的洞察力。對于許多油氣工廠和設(shè)施而言，這是開始IIoT實施的最快途徑。

通過傳感器將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端，提供無處不在的實時現(xiàn)場信息，并對這些數(shù)據(jù)進行分析并采取行動，可以預(yù)防故障和停機。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營的數(shù)字孿生的輸入，成為工廠人員和顧問調(diào)整工廠績效的好幫手。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