MVR蒸發裝備智能管理解決方案——減輕高端定制化裝備制造企業的售后服務壓力，提高產品市場競爭力
引言：
深圳市智物聯網絡有限公司（簡稱“智物聯”）成立于2014年，是提供智慧工業核心引擎的企業，也是國內最早的工業互聯網解決方案提供商之一。是第一批入選廣東省（工信廳）工業互聯網生態供給資源池企業，也是廣東省“上云上平臺”試點示范供應商。智物聯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，實體企業面臨著生產成本、運維成本上升等困難，倒逼企業通過數字化、信息化解決問題。MVR（機械式蒸汽再壓縮裝置）是高度個性化產品，可能一張圖紙只生產一臺裝備。智物聯通過對MVR蒸發裝備運行大數據庫進行挖掘應用，實現設備的運行狀態實時監控、遠程故障診斷與預防性維護，實現全生命周期設備智能運維與管理。
一、項目概況
1. 項目背景
隨著國民經濟快速發展，國家對環境保護和節能減排的重視和各種政策出臺，環保、化工、造紙、電力等傳統行業對于低能耗、高效率的MVR節能技術需求越來越多，據中研普華報道，2016年全球MVR規模達到300億元，預計到2020年，市場規模將達500億元以上。MVR蒸發技術作為國家重點推廣的節能環保技術之一，列入國家發改委《國家重點節能技術推廣目錄》，為國家環境保護、節能減排和可持續發展等方面發揮巨大作用，有著良好的發展前景。
MVR主要運用于蒸發濃縮物料，與傳統的多效蒸發相比，具有節能優勢。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是高度個性化產品，可能一張圖紙只生產一臺裝備，MVR制造企業面臨以下挑戰：
（1）設備故障無法預知
設備在運行過程中出現故障后，再對其進行清洗，就容易造成突發停機，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域，設備狀態難以掌控
MVR蒸發裝備分布全國各地，但是設備生產數據只能存儲于工業現場，無法獲知多臺設備生產數據，也無法快速遠程地查看備的運行狀態及生產數據。
（3）人工獲取設備故障信息成本高
機器出現故障時，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故障后才進行處理，降低了生產效率。
基于以上背景，智物聯開展智能MVR蒸發裝備研究，將物聯網的數據采集終端、網絡傳輸、智能決策平臺等技術應用到MVR蒸發裝備中，實現設備全生命周期管理和運維服務，全方位提升產品智能化水平。
2. 項目簡介
本方案支持多套MVR蒸發裝備的大規模接入，通過收集MVR的運行參數，全面采集、監控與分析設備在自動進料預熱、母液回流智能化溫度補償、蒸餾水質調節等方面的運行參數，實現設備的運行狀態實時監控、遠程故障診斷與預防性維護，提高了MVR蒸發裝備的運行效率，降低了運行操作成本，減輕了MVR蒸發裝備制造企業的售后服務壓力，提高了產品的市場競爭力。
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，經大數據分析判斷后，對設備運行狀態作出預警分析和故障診斷，實現設備的遠程運維；
2、通過對換熱器運行參數分析預警，提前告知客戶進行預防性清洗，降低故障停機率5%以下。
3、通過對設備運行數據的記錄，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蒸發裝備與物聯網技術相融合，通過裝備的自動控制軟件、PLC控制系統與數據采集終端Aprus數據適配器、Apieco邊緣計算控制器去兼容適配MVR蒸發裝備，并將采集和梳理的數據整合處理后上報至MixIOT工業物聯網平臺，同時接收MixIOT平臺發送的控制指令，將控制指令信息發送至現場的MVR蒸發裝備，可進行遠程后臺對數據的實時在線分析和監控管理。后臺端大數據處理量化，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，實現設備的運行狀態實時監控、遠程故障診斷與預防性維護，大幅降低故障發生頻率。提高設備的智能化水平，提高運行的穩定性，實現產品全生命周期質量運行管理。
圖1 方案架構
（2）MVR蒸發裝備關鍵數據采集分布圖
圖2 MVR蒸發裝備關鍵數據采集分布圖
（4）主要功能
①實時監控子系統
PC、APP、大屏實時監控設備運行狀態，對重點參數可設置特殊的上報觸發條件和上報周期。
圖3 實時監控子系統
②遠程故障診斷子系統
實現對于設備產生的故障報警進行分類，關聯設備運行常見問題，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
③全生命周期管理子系統
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務的作業規范，設計各種維保任務的觸發規則，對設備維保全過程進行全面監控。
圖5 生命周期子系統
④大數據分析子系統
INDASS 工業數據分析服務系統能夠在采集到的設備數據基礎上，進行大數據分析和邊緣計算，輸出運行指數分析、運行趨勢分析報告、設備運行穩定性、風險和優化的分析報告等，便于使用者在基礎數據呈現基礎上，可以進一步對設備運行狀況、穩定性、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 數據分析子系統
⑤估計值分析系統Evacs
Evacs對兩種“估計值”進行分析和計算，包括“偏態估計值”和“增量估計值”。
偏態估計值：指物聯網對象（設備）在一段時間里面的實際狀態，基于“與標準狀態偏差程度”這個模型算出來的一個估計值。
增量估計值：指物聯網對象（設備）在一段時間里面，基于“在某個方面可能出現的累積效果”這個模型的一個估計值。
圖7 Evacs功能頁面
2. 網絡、平臺或安全互聯架構
（1）網絡架構圖
本方案通過在設備側安裝數據采集適配器來采集數據，通過2G/4G、wifi等網絡傳輸到云端的中控平臺進行處理，并通過PC、APP、大屏對設備運行狀態和生產數據遠程全部實時監控。網絡架構圖如下：
圖8 網絡架構圖
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（如 MVR蒸發裝備、工業壓縮機、工業鍋爐、發電機組、重型動力設備等）的設備生產制造、設備使用企業，提供基于 “設備運行管理、運行狀態監控、設備遠程控制、運行數據處理、運行數據分析、以及運行策略優化”的體系化的解決方案，為這些企業在“安全生產、節能增效”相關方面提供服務，滿足生產制造企業向服務型制造企業轉型的迫切需求。
（2）應用模式
通過對MVR蒸發裝備運行大數據庫進行挖掘應用，建立MVR蒸發裝備服務模式，把全國的MVR蒸發裝備維修工程師整合到統一的服務平臺上面，提供更多的服務，實現企業向服務型制造企業轉型。
4. 安全及可靠性
本方案對設備數據的采集、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）——數據采集保護
MixIOT數據終端——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，與工業設備對接和采集數據時有一個安全標準：即對MixIOT要采集數據的設備進行“保護性采集”；目的是防止有人利用MixIOT的數據終端進行非法數據采集、防止采集到的設備數據被發送到其他非法未經授權的地方。
（2）REP（Remote Execution Protection）——遠程執行保護
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，防止數據終端被非法劫持和控制、或非法向設備發送操控指令，導致設備運行安全隱患。
（3）TSL（Transmission Security Layer）——傳輸安全層
數據終端（適配器）采集到數據后，將其傳輸到部署在阿里云、華為云、亞馬遜云的MixIOT平臺。TSL將保障傳輸過程中所有數據都在一個傳輸安全層里面進行。目的是防止在數據傳輸過程中，數據被非法盜取或竄改。
（4）ASL（Application Security Layer）——應用安全層
數據從數據終端采集并傳輸到MixIOT平臺后，各種數據會被不同地使用，比如實時監控、統計計算、數據分析等。ASL就是提供了一個安全層，使得所有數據的使用都是在該安全層里面進行。這也是為了防止數據被未經授權的非法使用。
（5）DESL（Data Exchange Security Layer）——數據交換安全層。
MixIOT是一個開放的體系，可以與第三方的系統對接和共享數據，比如SCADA、MES、ERP等。與第三方的系統進行數據共享，涉及到與其他第三方系統的數據交換。MixIOT體系中所有的數據交換，都是通過MixIOT體系中DESL保護下的數據交換系統進行的，以防止與未經授權的非法第三方系統進行任何數據交換導致的安全隱患。
三、下一步實施計劃
在現有MVR設備的工業物聯網平臺基礎上，借助大數據大數據的提取、分析功能，將MVR蒸發裝備運行參數通過工業數據橋傳給數據處理系統，數據處理系統分析判斷后將有價值的數據返回，實現MVR全自動調整運行，自動計算控制排放母液的量，同時針對數據分析出合理的停機檢修時間，提高設備運行的穩定性，為MVR蒸發裝備的智能化生產管理助力。
四、項目創新點和實施效果
1. 項目先進性及創新點
（1）合理科學地利用數據進行分析，評估設備運行狀況
在本方案中，設備故障預警、規劃合理停機檢修時間、評估設備運行穩定性等需求都需要通過對數據的嚴格分析演算來實現，經過MixIOT對數據的整理組織后，再使用智物聯研發的通用分析工具INDASS和EVACS進行處理，就能夠在最短的時間內完成數據的分析工作，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，并通過MixIOT的整理組織后，使用智物聯的估計值分析系統Evacs進行計算，從進出耗排的角度，評估、計算運行狀態，同時計算出原料管道的增量，得出設備運行狀態、管道堵塞程度的結論。
②獲取設備的運行狀態歷史數據，并通過MixIOT整理組織后，利用智物聯的工業物聯網數據分析服務系統INDASS，分析整個裝置的運行指數，評估設備運行的穩定性。
以上通過觀測分析設備的當前和歷史數據，評估設備是否穩定運行，從而預測設備未來可能出現的報警或故障并及時預防。
（2）大數據應用，挖掘深層價值
通過對數據的分析、對比、整合，提供能耗降耗的改進措施以及解決方案，助力企業開發更適合市場、符合應用環境的產品，制定更加有效的市場產品策略。
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 節能蒸發裝備的設計研發、生產制造、銷售安裝的高科技企業，產品銷量在國內同行業位居前三。瑞升華采用了深圳智物聯的服務，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，實現了對設備運行數據的實時分析、計算，據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：蒸發噸水電耗不超過30 千瓦時，蒸發噸水蒸汽消耗不超過100 公斤。
l 持續降低故障率：設備無故障運行時間不低于60天，故障停機率降至5%以下。
聲明
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