引言：
深圳市智物聯(lián)網(wǎng)絡有限公司（簡稱“智物聯(lián)”）成立于2014年，是提供智慧工業(yè)核心引擎的企業(yè)，也是國內最早的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決方案提供商之一。是第一批入選廣東省（工信廳）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)供給資源池企業(yè)，也是廣東省“上云上平臺”試點示范供應商。智物聯(lián)多個客戶獲國家工信部或省市工信部門認定的“智能制造標桿案例”。
當下個性化定制、小批量多品種的需求越來越大，實體企業(yè)面臨著生產(chǎn)成本、運維成本上升等困難，倒逼企業(yè)通過數(shù)字化、信息化解決問題。MVR（機械式蒸汽再壓縮裝置）是高度個性化產(chǎn)品，可能一張圖紙只生產(chǎn)一臺裝備。智物聯(lián)通過對MVR蒸發(fā)裝備運行大數(shù)據(jù)庫進行挖掘應用，實現(xiàn)設備的運行狀態(tài)實時監(jiān)控、遠程故障診斷與預防性維護，實現(xiàn)全生命周期設備智能運維與管理。
一、項目概況
1. 項目背景
隨著國民經(jīng)濟快速發(fā)展，國家對環(huán)境保護和節(jié)能減排的重視和各種政策出臺，環(huán)保、化工、造紙、電力等傳統(tǒng)行業(yè)對于低能耗、高效率的MVR節(jié)能技術需求越來越多，據(jù)中研普華報道，2016年全球MVR規(guī)模達到300億元，預計到2020年，市場規(guī)模將達500億元以上。MVR蒸發(fā)技術作為國家重點推廣的節(jié)能環(huán)保技術之一，列入國家發(fā)改委《國家重點節(jié)能技術推廣目錄》，為國家環(huán)境保護、節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮巨大作用，有著良好的發(fā)展前景。
MVR主要運用于蒸發(fā)濃縮物料，與傳統(tǒng)的多效蒸發(fā)相比，具有節(jié)能優(yōu)勢。目前國內已成功運用在化工廢水零排放、糖醇有機濃縮、制藥中間體濃縮、精餾乏汽利用等方面。
MVR是高度個性化產(chǎn)品，可能一張圖紙只生產(chǎn)一臺裝備，MVR制造企業(yè)面臨以下挑戰(zhàn)：
（1）設備故障無法預知
設備在運行過程中出現(xiàn)故障后，再對其進行清洗，就容易造成突發(fā)停機，因此需要建立完善的預警機制。
（2）設備/客戶分布在國內不同區(qū)域，設備狀態(tài)難以掌控
MVR蒸發(fā)裝備分布全國各地，但是設備生產(chǎn)數(shù)據(jù)只能存儲于工業(yè)現(xiàn)場，無法獲知多臺設備生產(chǎn)數(shù)據(jù)，也無法快速遠程地查看備的運行狀態(tài)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)。
（3）人工獲取設備故障信息成本高
機器出現(xiàn)故障時，只能人工查看設備故障，并且只有在設備附近才能獲知故障問題并判斷故障應對策略，導致人工成本過高。
（4）檔案信息人工錄入，維保成本較高
人工錄入維保狀況，紙質檔案管理；沒有進行定期維護，當設備老化或是出現(xiàn)故障后才進行處理，降低了生產(chǎn)效率。
基于以上背景，智物聯(lián)開展智能MVR蒸發(fā)裝備研究，將物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集終端、網(wǎng)絡傳輸、智能決策平臺等技術應用到MVR蒸發(fā)裝備中，實現(xiàn)設備全生命周期管理和運維服務，全方位提升產(chǎn)品智能化水平。
2. 項目簡介
本方案支持多套MVR蒸發(fā)裝備的大規(guī)模接入，通過收集MVR的運行參數(shù)，全面采集、監(jiān)控與分析設備在自動進料預熱、母液回流智能化溫度補償、蒸餾水質調節(jié)等方面的運行參數(shù)，實現(xiàn)設備的運行狀態(tài)實時監(jiān)控、遠程故障診斷與預防性維護，提高了MVR蒸發(fā)裝備的運行效率，降低了運行操作成本，減輕了MVR蒸發(fā)裝備制造企業(yè)的售后服務壓力，提高了產(chǎn)品的市場競爭力。
3. 項目目標
1、通過實時采集換熱設備的溫度、壓力等運行參數(shù)，經(jīng)大數(shù)據(jù)分析判斷后，對設備運行狀態(tài)作出預警分析和故障診斷，實現(xiàn)設備的遠程運維；
2、通過對換熱器運行參數(shù)分析預警，提前告知客戶進行預防性清洗，降低故障停機率5%以下。
3、通過對設備運行數(shù)據(jù)的記錄，從故障、報警、事件、服務四個維度進行設備的生命周期管理，同時針對設備的檔案、維保進行單獨管理。
二、項目實施概況
1. 項目總體架構和主要內容
（1）方案架構
本方案將MVR蒸發(fā)裝備與物聯(lián)網(wǎng)技術相融合，通過裝備的自動控制軟件、PLC控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集終端Aprus數(shù)據(jù)適配器、Apieco邊緣計算控制器去兼容適配MVR蒸發(fā)裝備，并將采集和梳理的數(shù)據(jù)整合處理后上報至MixIOT工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺，同時接收MixIOT平臺發(fā)送的控制指令，將控制指令信息發(fā)送至現(xiàn)場的MVR蒸發(fā)裝備，可進行遠程后臺對數(shù)據(jù)的實時在線分析和監(jiān)控管理。后臺端大數(shù)據(jù)處理量化，將以手機APP、液晶大屏顯示和電腦將信息展示在用戶面前，并且平臺能夠自動判別設備故障類型、得到設備故障風險預警時間，實現(xiàn)設備的運行狀態(tài)實時監(jiān)控、遠程故障診斷與預防性維護，大幅降低故障發(fā)生頻率。提高設備的智能化水平，提高運行的穩(wěn)定性，實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期質量運行管理。
圖1 方案架構
（2）MVR蒸發(fā)裝備關鍵數(shù)據(jù)采集分布圖
圖2 MVR蒸發(fā)裝備關鍵數(shù)據(jù)采集分布圖
（4）主要功能
①實時監(jiān)控子系統(tǒng)
PC、APP、大屏實時監(jiān)控設備運行狀態(tài)，對重點參數(shù)可設置特殊的上報觸發(fā)條件和上報周期。
圖3 實時監(jiān)控子系統(tǒng)
②遠程故障診斷子系統(tǒng)
實現(xiàn)對于設備產(chǎn)生的故障報警進行分類，關聯(lián)設備運行常見問題，并且針對不同級別的故障報警，可采取不一樣的響應策略
圖4 遠程故障診斷子系統(tǒng)
③全生命周期管理子系統(tǒng)
檔案管理：對設備建立檔案信息，從基本信息、設備信息以及控制器信息三個方面的知識性文檔進行歸檔管理；維保掛歷設定其各項維保業(yè)務的作業(yè)規(guī)范，設計各種維保任務的觸發(fā)規(guī)則，對設備維保全過程進行全面監(jiān)控。
圖5 生命周期子系統(tǒng)
④大數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)
INDASS 工業(yè)數(shù)據(jù)分析服務系統(tǒng)能夠在采集到的設備數(shù)據(jù)基礎上，進行大數(shù)據(jù)分析和邊緣計算，輸出運行指數(shù)分析、運行趨勢分析報告、設備運行穩(wěn)定性、風險和優(yōu)化的分析報告等，便于使用者在基礎數(shù)據(jù)呈現(xiàn)基礎上，可以進一步對設備運行狀況、穩(wěn)定性、未來趨勢、運行風險等進行深入分析，給客戶提供更增值的服務。
圖6 數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)
⑤估計值分析系統(tǒng)Evacs
Evacs對兩種“估計值”進行分析和計算，包括“偏態(tài)估計值”和“增量估計值”。
偏態(tài)估計值：指物聯(lián)網(wǎng)對象（設備）在一段時間里面的實際狀態(tài)，基于“與標準狀態(tài)偏差程度”這個模型算出來的一個估計值。
增量估計值：指物聯(lián)網(wǎng)對象（設備）在一段時間里面，基于“在某個方面可能出現(xiàn)的累積效果”這個模型的一個估計值。
圖7 Evacs功能頁面
2. 網(wǎng)絡、平臺或安全互聯(lián)架構
（1）網(wǎng)絡架構圖
本方案通過在設備側安裝數(shù)據(jù)采集適配器來采集數(shù)據(jù)，通過2G/4G、wifi等網(wǎng)絡傳輸?shù)皆贫说闹锌仄脚_進行處理，并通過PC、APP、大屏對設備運行狀態(tài)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)遠程全部實時監(jiān)控。網(wǎng)絡架構圖如下：
圖8 網(wǎng)絡架構圖
3. 具體應用場景和應用模式
（1）具體應用場景
本方案為高端裝備、特種裝備行業(yè)（如 MVR蒸發(fā)裝備、工業(yè)壓縮機、工業(yè)鍋爐、發(fā)電機組、重型動力設備等）的設備生產(chǎn)制造、設備使用企業(yè)，提供基于 “設備運行管理、運行狀態(tài)監(jiān)控、設備遠程控制、運行數(shù)據(jù)處理、運行數(shù)據(jù)分析、以及運行策略優(yōu)化”的體系化的解決方案，為這些企業(yè)在“安全生產(chǎn)、節(jié)能增效”相關方面提供服務，滿足生產(chǎn)制造企業(yè)向服務型制造企業(yè)轉型的迫切需求。
（2）應用模式
通過對MVR蒸發(fā)裝備運行大數(shù)據(jù)庫進行挖掘應用，建立MVR蒸發(fā)裝備服務模式，把全國的MVR蒸發(fā)裝備維修工程師整合到統(tǒng)一的服務平臺上面，提供更多的服務，實現(xiàn)企業(yè)向服務型制造企業(yè)轉型。
4. 安全及可靠性
本方案對設備數(shù)據(jù)的采集、傳輸、使用、交換等不同層面進行授權、加密、時效等安全保障。
（1）DCP（Data Collecting Protection）——數(shù)據(jù)采集保護
MixIOT數(shù)據(jù)終端——Aprus Ⅱ（二代適配器）、Aprus Ⅲ（三代適配器）、Aprus X（超級適配器）和Apieco（邊緣計算控制器）等，與工業(yè)設備對接和采集數(shù)據(jù)時有一個安全標準：即對MixIOT要采集數(shù)據(jù)的設備進行“保護性采集”；目的是防止有人利用MixIOT的數(shù)據(jù)終端進行非法數(shù)據(jù)采集、防止采集到的設備數(shù)據(jù)被發(fā)送到其他非法未經(jīng)授權的地方。
（2）REP（Remote Execution Protection）——遠程執(zhí)行保護
REP也是對設備的保護。通常MixIOT通過應用端（FIDIS）或者APP對設備進行遠程操控，REP則對此類遠程操控提供一個保護機制，防止數(shù)據(jù)終端被非法劫持和控制、或非法向設備發(fā)送操控指令，導致設備運行安全隱患。
（3）TSL（Transmission Security Layer）——傳輸安全層
數(shù)據(jù)終端（適配器）采集到數(shù)據(jù)后，將其傳輸?shù)讲渴鹪诎⒗镌啤⑷A為云、亞馬遜云的MixIOT平臺。TSL將保障傳輸過程中所有數(shù)據(jù)都在一個傳輸安全層里面進行。目的是防止在數(shù)據(jù)傳輸過程中，數(shù)據(jù)被非法盜取或竄改。
（4）ASL（Application Security Layer）——應用安全層
數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)終端采集并傳輸?shù)?/span>MixIOT平臺后，各種數(shù)據(jù)會被不同地使用，比如實時監(jiān)控、統(tǒng)計計算、數(shù)據(jù)分析等。ASL就是提供了一個安全層，使得所有數(shù)據(jù)的使用都是在該安全層里面進行。這也是為了防止數(shù)據(jù)被未經(jīng)授權的非法使用。
（5）DESL（Data Exchange Security Layer）——數(shù)據(jù)交換安全層。
MixIOT是一個開放的體系，可以與第三方的系統(tǒng)對接和共享數(shù)據(jù)，比如SCADA、MES、ERP等。與第三方的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)共享，涉及到與其他第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。MixIOT體系中所有的數(shù)據(jù)交換，都是通過MixIOT體系中DESL保護下的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)進行的，以防止與未經(jīng)授權的非法第三方系統(tǒng)進行任何數(shù)據(jù)交換導致的安全隱患。
三、下一步實施計劃
在現(xiàn)有MVR設備的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺基礎上，借助大數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)的提取、分析功能，將MVR蒸發(fā)裝備運行參數(shù)通過工業(yè)數(shù)據(jù)橋傳給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分析判斷后將有價值的數(shù)據(jù)返回，實現(xiàn)MVR全自動調整運行，自動計算控制排放母液的量，同時針對數(shù)據(jù)分析出合理的停機檢修時間，提高設備運行的穩(wěn)定性，為MVR蒸發(fā)裝備的智能化生產(chǎn)管理助力。
四、項目創(chuàng)新點和實施效果
1. 項目先進性及創(chuàng)新點
（1）合理科學地利用數(shù)據(jù)進行分析，評估設備運行狀況
在本方案中，設備故障預警、規(guī)劃合理停機檢修時間、評估設備運行穩(wěn)定性等需求都需要通過對數(shù)據(jù)的嚴格分析演算來實現(xiàn)，經(jīng)過MixIOT對數(shù)據(jù)的整理組織后，再使用智物聯(lián)研發(fā)的通用分析工具INDASS和EVACS進行處理，就能夠在最短的時間內完成數(shù)據(jù)的分析工作，滿足客戶的需求。
①獲取設備進出耗排以及壓縮機運行的相關參數(shù)，并通過MixIOT的整理組織后，使用智物聯(lián)的估計值分析系統(tǒng)Evacs進行計算，從進出耗排的角度，評估、計算運行狀態(tài)，同時計算出原料管道的增量，得出設備運行狀態(tài)、管道堵塞程度的結論。
②獲取設備的運行狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)，并通過MixIOT整理組織后，利用智物聯(lián)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析服務系統(tǒng)INDASS，分析整個裝置的運行指數(shù)，評估設備運行的穩(wěn)定性。
以上通過觀測分析設備的當前和歷史數(shù)據(jù)，評估設備是否穩(wěn)定運行，從而預測設備未來可能出現(xiàn)的報警或故障并及時預防。
（2）大數(shù)據(jù)應用，挖掘深層價值
通過對數(shù)據(jù)的分析、對比、整合，提供能耗降耗的改進措施以及解決方案，助力企業(yè)開發(fā)更適合市場、符合應用環(huán)境的產(chǎn)品，制定更加有效的市場產(chǎn)品策略。
2. 實施效果
江蘇瑞升華能源科技有限公司（以下簡稱“瑞升華”）是新型 MVR 節(jié)能蒸發(fā)裝備的設計研發(fā)、生產(chǎn)制造、銷售安裝的高科技企業(yè)，產(chǎn)品銷量在國內同行業(yè)位居前三。瑞升華采用了深圳智物聯(lián)的服務，把分布在全國各地的幾百套設備的運行信息全部收集起來，實現(xiàn)了對設備運行數(shù)據(jù)的實時分析、計算，據(jù)此還可以給客戶提供及時有效的預警性維護提示，提高設備運行效率。
l 減少維護人力：人力配置由至少3 人/臺降至1 人/臺。
l 降低單位能耗：蒸發(fā)噸水電耗不超過30 千瓦時，蒸發(fā)噸水蒸汽消耗不超過100 公斤。
l 持續(xù)降低故障率：設備無故障運行時間不低于60天，故障停機率降至5%以下。