冲破束缚掌握未来型的解决方案

文/ Sabine Mühlenkamp

冲破束缚掌握未来型的解决方案

文/ Sabine Mühlenkamp

Namur2016德国年会回顾报道——流程工业领域中的运营商和装备生产企业必须冲破种种束缚地限制，以便在数字化和全球化的年代里掌握新的解决方案。用户们也应关注这些层出不穷的变化。

“没有口袋妖怪的游戏，但却展示了虚拟技术是如何在石油和天然气工业领域中通过信息补充来减轻维护保养的工作量的。”——Andreas Helget博士，Yokogawa公司

2016年度的Namur大会现场人头攒动，气氛热烈而友好！这是解决流程工业领域中最大的挑战和探讨有关未来话题的最好环境。2015年11月Namur大会参会者高达650人，这不仅打破了本地会议的人数记录，也打破了迄今为止自动化技术会议的参会人数记录。所有的报告，不仅是来自用户端的报告，也包括来自装备供应商们的报告，都传播着一个声音：推动流程工业生产过程中的更高效率和更高灵活性地产生，以便提高竞争能力并能够满足用户对特殊产品不断增长的需求。

在Namur协会和成员中也显示出了更加强大的活力。“特别工作组的数量明显增多了，它们的工作也有了更多地交叉。”Namur协会的主席Wilhelm Otten博士在他的报告中指出。数字化、工业4.0和产品的全球化等都是重要的发展趋势和动力的源泉。除了中国，Namur现在也在美国开展了自己的工作，与美国American Chemisty Councils合作创立了一家自动化技术公司Automation Working Group。Air Liquide、BASF、Dow、Bayer、Covestro、Evonik、Exxonmobil和Investa等企业都可以从中受益。

认识到流程设备领域的网络化，网络攻击变得越来越复杂，日本自动化技术公司Yokogawa成为此次Namur年会的独家赞助商。“挑战只能用创新性技术方案来解决。”Yokogawa公司的负责人Takashi Nishishijima先生说道。对流程工业领域中的用户来讲，这样的创新技术方案指的到底是什么？Yokogawa德国公司的负责人Andreas Helget博士在他的报告中用了许多的实例进行了介绍。他仍然一如既往地坚持认为，流程设备的控制系统是自动化技术的核心。设备资产管理和流程设备的AMS设备资产管理系统很长时间以来就存在，并且它们的工作任务领域在不断扩展。没有人会对存在了20多年的自动化金字塔倒塌而不知所措。最终，它只是一种控制模式罢了，Helget先生说道。

Helget先生说，除了自动化设计套件，工程项目设计工具，例如模型库、项目申报或者系统结构等都是完全独立自主开发设计的，是可以根据用户的需要由用户自行设置参数。同时，他还介绍了许多工程设计工具和项目，也介绍了如何利用它们来优化流程设备设计，例如模型预测控制、大数据分析或者统计方法等。有一家用户在聚合生产过程中，利用统计方法在危机出现前5 h及时发现了问题，采取了相应的措施，而以前，这种温度过高的信息仅仅会在流程设备故障停机前的几分钟时才能得知。Helget先生介绍的另一个实例是关于流程设备的维护保养，流程设备维修人员从平板电脑、监视屏中获得了极有帮助的增强现实技术的补充信息，这些有用的信息都会保存在维护保养软件之中，并且在使用中也获得了巨大的成功。

“NOA开放式构架不是替代自动化金字塔的，而是对自动化技术的补充和完善。”——Thomas Tauchnitz博士，Sanofi公司

“这一平台提供了在线帮助，它把流程设备状态监控的专业知识、经验与现代化的数据分析方法相互结合到一起。”——Joachim Thiel先生，巴斯夫公司

利用Namur开放式构架打开了自动化世界的大门

Namur协会董事会成员、Sanofi德国公司Thomas Tauchnitz博士说：“用‘经典的Namur金字塔’所描述的自动化系统构架是非常成熟的。我们在自动化技术金字塔下生活了很长时间，也生活得非常舒服，但这座金字塔也存在缺点和不足，例如不是开放型的系统。”Tauchnitz先生在他关于Namur开放式构架（简称NOA）的报告中说道。而在新的流程工业建设中，人们常常寻找绕过控制系统的捷径。在传统的经典自动化金字塔下，人们一般是不能很快地完成这种尝试，因为它有很高的成本。但在自动化技术世界之外，例如在传感器技术领域和通信技术领域，发展速度却很快，并且在这些领域中像物联网、工业4.0、移动服务和大数据等关键词也都有了用武之地。这就带来一个问题：如何丢掉传统自动化技术的包袱而又不影响它的安全性和可靠性？根据Namur协会的观点，NOA开放式系统构架就是对这一问题的最佳答案。

NOA开放式系统结构把整个系统分为自动化核心部分和开放的监控显示、优化部分两大块。“自动化核心部分是不应被接触、不可改动的部分。”巴斯夫公司的Christian Klettner先生在他的报告中说道。虽然允许信息从核心系统向外发送，但只有通过了“请求确认”可信度检验的信息才允许回输回来。目前为止，自动化核心部分的数据都是通过像OPC UA这样的开放式接口进入监控和优化领域之中的。凡是需要这种监控和优化的流程工艺生产阶段，都可以用单独的通信电缆直接与现场总线仪器设备连接。在过程监控和流程工艺优化中安装的辅助传感器也可以在NOA开放式系统构架的帮助下集成到这一开放式系统中来。对Klettner先生和许多其他用户而言，一套流程泵优化软件不能像自动化核心软件一样使用运行其实也并不是世界末日。

“信息，这里的信息指的不是数据，是21世纪的黄金。”——THoesten Pötter先生，拜耳公司

模块化设备套件：模块化的下一步

Jens Bernshausen先生（Invite公司）、Axel Haller先生（ABB自动化技术公司）和Johannes Wagner博士（Sartorius Stedim系统公司）继两年前在Numer会议上介绍过Dima方案后，又介绍了模块化技术领域中的最新研发信息。通过开始阶段的试用之后，用户和流程工艺装备生产厂一致认为简称为MTP的模块化设备套件是个好东西。在Wagner先生强调用户使用模块化套件的重要性，尤其是制药和生物技术领域里的用户利用这些模块化套件可以快捷地完成设备调整时，作为自动化技术供应商代表的Haller先生则突出强调了模块化套件如何满足高要求设备调整的实例。根据Bernshausen先生的经验,这些模块化套件还只是第一步。在拜耳公司和多特蒙德技术大学合作的合资企业Invite公司多年来一直忙于利用各种模块化套件技术方案进行生产。Bernshausen先生回顾道：“我们不能一次拿出百分之百的解决方案，我们只能一步一步地解决问题。”在这一步一步中，Namur协会的TMP模块化套件就是最重要的工具了。大会同时也展示了一个利用模块化套件组成的流程设备样机。7家流程设备领域的装备供应商（包括了Yokogawa公司、ABB公司、Wago公司、Phoenix Contact公司、西门子公司、Emerson公司、Pepperl+Fuchs公司以及Hima公司和Festo公司）也都首次展示了不同生产厂家生产的流程设备模块是如何利用一台HMI人机交互接口进行工作的。

Namur型式鉴定仪器仪表很高的故障率

在Namur大会上，对所有涉及到工业4.0的仪器仪表来说有一点是非常清楚的，那就是现在使用的仪器仪表必须正常地发挥其功能。但对于现场使用仪器仪表的可靠性来讲，它们还有许多测试必须完成。对此，调节技术合作组织IGR的Thomas Grein先生指出：“首先是安全地采集流程工艺参数，然后才有可能实现流程设备的经济运行。”现场总线仪器仪表的可靠性和适用性要通过Namur推荐标准NE 95的型式鉴定来检验证明。其中也包括了EMV电磁兼容性测试，符合Namur推荐标准，文件记录的检验或者易燃易爆安全防护等级的认证证书。令人吃惊的是，还没有一个仪器仪表是第一次就通过了Namur型式鉴定的，尽管它们都是为流程工业企业而研发设计的。尽管其中的1/3可以改进设计，但对于流程工业企业来讲则意味着延期使用，对于仪器仪表生产厂家而言也意味着更多的研发设计费用和认证检验费用。据Grein先生介绍，大约1/5的仪器仪表根本无法通过Namur型式鉴定。Namur协会给出的明确答复是，这是对现场总线仪器仪表的基本要求，正如您在大量的NE推荐标准中看到的那些基本要求是无限期有效的，这也是保证生产安全的基石。

有目的地使用数据挖掘技术

很长时间以来，流程设备运营商们一直致力于把企业现有的技术知识汇总起来，以便供企业不同的生产基地使用。Joachim Thiel博士在介绍不久前引进使用的“可信信息中心”的初步感受时说道，“例如巴斯夫公司就在世界各地不同国家和地区有350多个生产基地，我们在中国南京的同事不知道十年前我们在路德维希斯港的同事就遇到了相同的问题。”这也是流程工业企业中常见的问题。在线支持的可信信息中心把专家们拥有的对流程设备监控的专业技术经验与现代化的数据分析方法相互结合在一起，这样就可以及时地发现异常，避免不必要的流程设备停机检修。在状态监控中心的帮助下，能够避免流程设备的意外停机，例如Thiel先生列举的两级空气压缩机的例子。改进数据质量的必要投资换来的就是这样的好处。在虚拟技术帮助下的认证检验需求也是非常巨大的， 尤其是一些大型流程设备，大型设备安装调试后首先进行了初步验收，增添了一些关键性的控制阀或者加入了一整套复杂的过程控制系统。

展望下一届Namur大会，拜尔技术公司的专家Thorsten Pötter先生在其工业4.0的报告中介绍了智能化数据分析带来的挑战。他的论点是：信息，这里的信息指的不是数据，是21世纪的黄金，对此他介绍了无数的例子。例如来自飞机制造业的一个例子：数据是从35000多架飞机中采集到的，是每年处理了一亿个飞行数据后得到的数据，结合大量数据的数据分析方法和物理模型可以及时地、准确地识别出问题。从而可以把明显的操作故障降低到最小程度。流程工业领域中的用户很好奇，怎样才能应用到流程工艺技术领域中呢？到下一届Namur大会时，您将会在题为“掌握流程工业的数字化改造”的报告中得到答案，赞助商就是GE Digital数字技术公司。他们的工业以太网解决方案，例如Akzo Nobel公司或者Yara公司所采用的解决方案就完成了流程工艺过程的优化，提高了设备的生产能力。 ●

本文作者系PROCESS德文版特约撰稿人。