無論是出于可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，還是環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求，廠商都希望減少能耗和溫室氣體排放。憑借智能氣動(dòng)技術(shù)來優(yōu)化壓縮空氣系統(tǒng)，是大量節(jié)省能源和減少排放總量的主要措施。

                                                                   圖片由艾默生Emerson?提供

過去，廠商未找到明確或簡(jiǎn)單的方法來分析機(jī)器的空氣消耗。如今，智能氣動(dòng)技術(shù)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)日漸凸顯，它能通過收集流量、壓力和溫度數(shù)據(jù)。更好地了解設(shè)備的能耗。

這種針對(duì)設(shè)備的數(shù)字化轉(zhuǎn)型可以擴(kuò)展到幾乎任何規(guī)模的氣動(dòng)系統(tǒng)。操作人員捕獲和處理來自氣動(dòng)元件及其他機(jī)器元件的數(shù)據(jù)，分析并找出可行的節(jié)能措施。將智能氣動(dòng)系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可行的措施，是降低能源成本的關(guān)鍵，同時(shí)還能減少停機(jī)時(shí)間、縮短周期并提高整體生產(chǎn)力。

氣動(dòng)系統(tǒng)中的能源浪費(fèi)可謂驚人。通常來說，廠商僅因泄漏而損失的壓縮空氣能量就達(dá)30%。能源浪費(fèi)不僅會(huì)導(dǎo)致機(jī)器停機(jī)，還會(huì)增加能源成本。

整個(gè)工業(yè)設(shè)施中都會(huì)用到壓縮空氣，用于操作機(jī)器和過程。因此，如何優(yōu)化如此普及的壓縮空氣是降低能源成本的關(guān)鍵。事實(shí)上，工廠機(jī)器的壓縮氣流哪怕只增加幾個(gè)百分點(diǎn)，就能每月節(jié)省數(shù)萬美元的能源成本，這具體取決于設(shè)備尺寸和性質(zhì)。相對(duì)應(yīng)的，這意味著可減少數(shù)十萬英鎊的二氧化碳 (CO2) 排放。廠商如借助諸如集成監(jiān)控和報(bào)警系統(tǒng)的智能氣動(dòng)技術(shù)方案來檢測(cè)泄露，通常可減少10%到20%的壓縮空氣能耗，以及10%的CO2排放。

然而，對(duì)許多廠商來說，這種轉(zhuǎn)型還只是一個(gè)有待實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。他們雖然知曉轉(zhuǎn)型帶來的好處，但超過70%的廠商并沒有數(shù)據(jù)分析計(jì)劃和成功轉(zhuǎn)型的清晰藍(lán)圖。他們認(rèn)為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 等支持技術(shù)實(shí)施起來非常復(fù)雜、成本高昂又耗費(fèi)時(shí)間。

但事實(shí)并非如此。廠商可以投資即插即用的智能氣動(dòng)解決方案，以最大限度降低安裝時(shí)間和成本。廠商可以仔細(xì)研究這些智能氣動(dòng)解決方案如何在發(fā)生泄漏和損失的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的，從而邁出數(shù)字化轉(zhuǎn)型的第一步。

工廠通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型減少壓縮空氣能耗主要有兩種方式。

檢測(cè)壓縮空氣泄漏情況

泄漏是氣動(dòng)系統(tǒng)能源損耗的主要原因，會(huì)導(dǎo)致廠商每年平均損失約35%的壓縮空氣。一旦氣動(dòng)系統(tǒng)部件受到磨損，泄漏就會(huì)發(fā)生，并隨著時(shí)間的推移愈加嚴(yán)重。泄漏得越多，能源損耗就越大。從而造成能源浪費(fèi)，碳足跡增多，運(yùn)營(yíng)成本加大。部分運(yùn)營(yíng)商每年每臺(tái)機(jī)器的損失高達(dá)5萬美元以上！

                          圖1：用戶通過智能氣動(dòng)分析儀監(jiān)測(cè)機(jī)器，獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而降低能耗。

                                                                 圖片由艾默生Emerson?提供

壓縮空氣泄漏除了造成能源損耗外，還會(huì)導(dǎo)致機(jī)械系統(tǒng)壓力波動(dòng)，影響設(shè)備效率甚至生產(chǎn)。為補(bǔ)償這種影響，可能需要增加機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷和工作時(shí)間。這種惡性循環(huán)和增加的運(yùn)行時(shí)間會(huì)增加能源成本、縮短設(shè)備使用壽命并增加維護(hù)頻率。

公司雖然會(huì)聘請(qǐng)技術(shù)人員用超聲波設(shè)備來檢測(cè)和定位壓縮空氣泄漏。但泄漏常常發(fā)生在這些臨時(shí)檢查以外的時(shí)間段，并且會(huì)持續(xù)發(fā)生，愈加嚴(yán)重。

另一方面，智能氣動(dòng)技術(shù)能持續(xù)監(jiān)測(cè)氣流。一些傳感器可以收集并提供實(shí)時(shí)流量數(shù)據(jù)，同時(shí)還可捕獲管道中的壓力和溫度數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的運(yùn)行參數(shù)診斷。通過借助邊緣網(wǎng)關(guān)的解決方案，通常能輕松改造現(xiàn)有機(jī)器。全天候監(jiān)測(cè)軟件幾乎能實(shí)時(shí)檢測(cè)泄漏，及時(shí)識(shí)別有問題的機(jī)器，并直接向維護(hù)人員發(fā)送通知警報(bào)，以便他們展開進(jìn)一步調(diào)查。

通過實(shí)時(shí)檢測(cè)，智能氣動(dòng)技術(shù)有望降低10%~20%的壓縮空氣能耗，以及10%的CO2排放量。盡早解決壓縮空氣泄漏問題，還有助于縮短計(jì)劃內(nèi)（對(duì)每臺(tái)機(jī)器進(jìn)行空氣泄漏檢測(cè)的時(shí)間）和計(jì)劃外的停機(jī)時(shí)間，提高整體設(shè)備效率 (OEE)。

優(yōu)化空氣消耗

某些廠商不完全了解氣壓和氣流之間的關(guān)系，因此并不知道制造過程中壓縮空氣的最佳消耗點(diǎn)。由于工業(yè)機(jī)器里的氣壓通常高于所需值。當(dāng)設(shè)備消耗的壓縮空氣比所需的更多時(shí)，就會(huì)消耗更多的能源，從而增加能源成本和CO2排放量。

借助智能傳感器和一個(gè)邊緣計(jì)算設(shè)備就能收集有關(guān)氣壓和氣流的數(shù)據(jù)。對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行邊緣分析，便能清楚地了解氣壓和流量之間的關(guān)系。如果需要降低氣動(dòng)系統(tǒng)的總壓力，可以將氣流降低至某一特定值，同時(shí)維持相同的氣缸循環(huán)時(shí)間。

只要找到壓力和流量之間的最佳比，就能在不影響生產(chǎn)的前提下，減少10%~20%的壓縮空氣消耗和能源成本，以及10%的CO2排放。這使廠商既能夠維持當(dāng)前的生產(chǎn)周期，又能同時(shí)降低能耗、成本和CO2排放量。

                                           圖2：智能氣動(dòng)分析儀能顯示來自流量傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

                                                                 圖片由艾默生Emerson?提供

 

利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)助力節(jié)能減排

工業(yè)廠商借助智能氣動(dòng)來檢測(cè)泄漏和監(jiān)測(cè)空氣消耗，能節(jié)省大量能源。他們可根據(jù)自身的具體情況、預(yù)算和目標(biāo)要求，與自動(dòng)化合作伙伴合作，定制合適的方法。

例如，一家服務(wù)于汽車行業(yè)的全球生產(chǎn)商最近采取了數(shù)字化轉(zhuǎn)型措施，重點(diǎn)關(guān)注壓縮空氣泄漏和空氣消耗造成的能源損失。該公司希望通過在現(xiàn)有生產(chǎn)線上使用支持IIoT的能源管理工具來降低能耗。他們與自動(dòng)化解決方案領(lǐng)先供應(yīng)商艾默生合作，監(jiān)測(cè)并測(cè)量生產(chǎn)線的能耗。

與大多數(shù)改造項(xiàng)目一樣，該生產(chǎn)線包括來自不同供應(yīng)商的各種遺留設(shè)備。每個(gè)電表箱都由電源、以太網(wǎng)總線耦合器、功率計(jì)（每個(gè)電路一個(gè)）和IO-link模塊組成，其模塊包含八個(gè)傳感器端口。電流互感器位于電表箱內(nèi)部或外部，并且這些模塊都必須直立安裝，以確保空氣流通。

                      圖3：空氣流量傳感器可測(cè)量流量、壓力和溫度，并監(jiān)測(cè)氣動(dòng)系統(tǒng)中的空氣消耗。

                                                                 圖片由艾默生Emerson?提供

由于可使用的以太網(wǎng)接入點(diǎn)數(shù)量有限，增加了安裝的復(fù)雜性，而擴(kuò)展又需要巨大的投資。為滿足這種復(fù)雜的安裝需求，艾默生推薦使用AVENTICS系列AF2傳感器，這種氣流傳感器簡(jiǎn)單易用，可測(cè)量流量、壓力和溫度，并監(jiān)測(cè)氣動(dòng)系統(tǒng)中的空氣消耗。

AF2堪稱傳統(tǒng)機(jī)器的理想集合體，理由如下：首先，該傳感器結(jié)構(gòu)緊湊，易于組裝，可安裝在現(xiàn)有機(jī)器和氣動(dòng)系統(tǒng)上；第二，AF2具有IO-link和以太網(wǎng)通信選項(xiàng)，能輕松集成到氣源處理系統(tǒng)（FRL）中，并為廠商提供作為獨(dú)立版本運(yùn)行的選項(xiàng)；第三，AF2配有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的彩色LED顯示屏，可提供高清信息反饋；第四，AF2具備通知功能，當(dāng)檢測(cè)到泄漏時(shí)會(huì)向用戶發(fā)送通知警報(bào)，以便用戶采取行動(dòng)。這種支持 IIoT 的簡(jiǎn)易設(shè)備能最大限度降低安裝時(shí)間和成本。

在選擇傳感器后，艾默生將安沃馳智能氣動(dòng)分析儀 (SPA) 臨時(shí)連接到一臺(tái)機(jī)器，以幫助公司監(jiān)測(cè)和測(cè)量生產(chǎn)線的能耗量。SPA在生產(chǎn)過程中記錄、分析和可視化生產(chǎn)線的空氣消耗，可直觀地分析氣動(dòng)系統(tǒng)，并且方便團(tuán)隊(duì)讀取實(shí)時(shí)空氣消耗量。SPA不僅能以標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘 (Nl/min) 為單位顯示空氣消耗量，還能顯示平均值和最大值，以方便快速地識(shí)別趨勢(shì)和異常情況。

從SPA收集的數(shù)據(jù)可幫助公司決定是否值得投資艾默生PACSystems RXi2-BP邊緣計(jì)算設(shè)備。簡(jiǎn)單來說，PACSystems RXi2-BP邊緣計(jì)算設(shè)備可解釋并顯示所有連入的AF2傳感器數(shù)據(jù)。該設(shè)備利用數(shù)學(xué)算法將數(shù)據(jù)數(shù)字化，然后將其轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單易用的信息。這些信息被記錄并顯示在基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)儀表板上，無需額外軟件即可為用戶提供更多能源洞見。通過SPA數(shù)據(jù)顯示，PACSystems RXi2-BP邊緣計(jì)算設(shè)備的確能幫助公司節(jié)省能源及其相關(guān)成本，因此該公司決定進(jìn)行投資。

總體而言，除了PACSystems RXi2-BP邊緣計(jì)算設(shè)備，艾默生還提供了大約180個(gè)AF2流量傳感器來滿足生產(chǎn)線的需求。這個(gè)集節(jié)能傳感和邊緣計(jì)算于一體的解決方案能監(jiān)測(cè)氣動(dòng)空氣消耗，生成并解釋機(jī)器數(shù)據(jù)，為汽車生產(chǎn)商提供可行見解，使其更全面地了解工廠正在發(fā)生的情況。該公司成功地找到了需要改進(jìn)的地方，包括降低峰值功耗、優(yōu)化維護(hù)成本和避免停機(jī)，并計(jì)劃繼續(xù)優(yōu)化機(jī)器以降低能耗。

 

                               圖4：邊緣計(jì)算設(shè)備將傳入的傳感器數(shù)據(jù)解釋為易于理解的可執(zhí)行信息。

                                                                 圖片由艾默生Emerson?提供

開始轉(zhuǎn)型

不管什么行業(yè)，能源管理都是工業(yè)設(shè)施的重中之重。隨著人們對(duì)能耗和碳排放的關(guān)注日益增強(qiáng)，能源浪費(fèi)較為嚴(yán)重的氣動(dòng)系統(tǒng)也備受關(guān)注，而監(jiān)測(cè)壓縮空氣為實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能減排帶來了重要機(jī)會(huì)。當(dāng)機(jī)器不受監(jiān)測(cè)時(shí)，其能耗自然也不受監(jiān)測(cè)，泄漏和損失會(huì)不斷增加，某些能在早期解決的問題會(huì)惡化成為后期質(zhì)量問題，并浪費(fèi)大量能源。

然而，實(shí)現(xiàn)壓縮空氣節(jié)能的數(shù)字化轉(zhuǎn)型之路因人而異。與其他轉(zhuǎn)型一樣，數(shù)字化轉(zhuǎn)型需按自己的節(jié)奏展開，具體取決于工廠的特殊情況。要通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，與深諳智能氣動(dòng)和流體動(dòng)力應(yīng)用獨(dú)特特性的自動(dòng)化專家合作十分重要。當(dāng)你接觸到相應(yīng)專家，具備相關(guān)知識(shí)和工具時(shí)，便能實(shí)現(xiàn)壓縮空氣節(jié)能和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。

欲了解更多艾默生數(shù)字化轉(zhuǎn)型解決方案，可前往艾默生官網(wǎng)獲取詳情

https://www.emerson.cn/zh-cn/automation/fluid-control-pneumatics/digital-transformation

作者：羅鼎 艾默生自動(dòng)化解決方案機(jī)器自動(dòng)化亞太區(qū)產(chǎn)品經(jīng)理