本案例分析介紹了杜克能源公司如何通過每日遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測來替代每月手動(dòng)數(shù)據(jù)采集。

引言

杜克能源公司成立于1900年，是美國最大的發(fā)電公司，在美國擁有80多家工廠，員工超過29,000人。該公用事業(yè)公司總部位于北卡羅來納州夏洛特，擁有52,700兆瓦的發(fā)電能力，向美國東南部和中西部地區(qū)六個(gè)州約740萬用戶供電。杜克能源還為150萬天然氣客戶提供服務(wù)，并在加拿大和拉丁美洲運(yùn)營多種發(fā)電設(shè)備，包括一系列可再生能源設(shè)備。

杜克能源公司以及發(fā)電行業(yè)的其他公司在手動(dòng)監(jiān)測機(jī)器狀況時(shí)都面臨著挑戰(zhàn)。狀態(tài)監(jiān)測可通過避免設(shè)備故障導(dǎo)致的停機(jī)來控制成本以及提高設(shè)備服務(wù)能力。手動(dòng)采集數(shù)據(jù)非常耗費(fèi)人力; 在基于路線的數(shù)據(jù)采集方法中，杜克能源公司的預(yù)測性維護(hù)專家需要親自走到每個(gè)站點(diǎn)手動(dòng)采集數(shù)百個(gè)數(shù)據(jù)樣本，然后返回計(jì)算機(jī)查看和分析采集到的數(shù)據(jù)。杜克能源公司的分析師每個(gè)月需要進(jìn)行近6萬次數(shù)據(jù)采集時(shí)，通常會(huì)花費(fèi)80％的時(shí)間來采集數(shù)據(jù)，而只有20％的時(shí)間可用于分析數(shù)據(jù)，導(dǎo)致診斷不一致，風(fēng)險(xiǎn)評估受限，而且需要耗費(fèi)大量時(shí)間和體力在走路上！

2010年，杜克能源公司開始在整個(gè)公司實(shí)施集中化項(xiàng)目，使用新技術(shù)來滿足日益增加的可靠性要求并提高員工的工作效率。杜克能源公司希望擁有能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并通知專家的技術(shù)，以取代傳統(tǒng)基于路線的數(shù)據(jù)采集做法，使他們能夠?qū)r(shí)間花在更有價(jià)值的任務(wù)上，并且無論身處何處都能完成工作。這個(gè)需要耗時(shí)數(shù)年的項(xiàng)目需要安裝額外的傳感器，采用全新的架構(gòu)設(shè)計(jì)以及購買新基礎(chǔ)設(shè)施來補(bǔ)充舊基礎(chǔ)設(shè)施。

圖1：NI CompactRIO系統(tǒng)通過連接全廠資產(chǎn)設(shè)備來為杜克能源提供機(jī)器監(jiān)測解決方案

解決方案

杜克能源公司開始考慮利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）和大數(shù)據(jù)分析的元素來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。對于這個(gè)項(xiàng)目，杜克能源與NI以及美國電力研究院（EPRI） 、OSIsoft和InStep（現(xiàn)為施耐德電氣的一部分）共同合作開發(fā)定制的監(jiān)測和診斷基礎(chǔ)設(shè)施，該設(shè)施稱為Smart Monitoring and Diagnostics，簡 稱“Smart M&D” 。

EPRI已經(jīng)推出了I4GEN（Developing Insights through the Integration of Information for Intelligent Generation，通過集成智能發(fā)電信息提高洞察力）框架，以支持發(fā)電公司轉(zhuǎn)向使用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)和解決方案。該研究所與合作伙伴分享專業(yè)知識(shí)，并支持多個(gè)發(fā)電組織之間的協(xié)作，而不是讓他們像一盤散沙，各做各的。

技術(shù)投資和運(yùn)營

此項(xiàng)目的必要投資包括安裝額外在線傳感器、基礎(chǔ)設(shè)施、架構(gòu)和診斷應(yīng)用程序。

2012年，杜克能源開始開發(fā)新的架構(gòu)來支持這個(gè)項(xiàng)目。Duke Energy采用了NI CompactRIO平臺(tái)， 該平臺(tái)結(jié)合了嵌入式實(shí)時(shí)處理器、高性能現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）以及可熱插拔I/O模塊，可將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到聯(lián)網(wǎng)的上位機(jī)電腦中。傳感器數(shù)據(jù)被傳送到NI CompactRIO監(jiān)控系統(tǒng)中進(jìn)行信號采集和處理，結(jié)果通過有線或無線方式傳輸?shù)焦S服務(wù)器。利用大量的模擬數(shù)據(jù)，NI CompactRIO可以進(jìn)行報(bào)警，并為杜克的數(shù)據(jù)專家提供全面的波形分析。此外，杜克能源公司還使用用于狀態(tài)監(jiān)測的NI InsightCM?來可視化和分析數(shù)據(jù)。通過將FPGA和板載實(shí)時(shí)處理器連接到傳感器，可大幅減少原始模擬波形，僅保留指示 節(jié)點(diǎn)處系統(tǒng)“健康”狀況所需的數(shù)據(jù)。這樣可以避免數(shù)據(jù)超載的情況，方便領(lǐng)域?qū)＜铱焖侔l(fā)現(xiàn)問題。

NI InsightCM軟件是一款讓數(shù)據(jù)更加方便易用的重要工具，并且非技術(shù)人員也可輕松使用。杜克正處于從傳統(tǒng)技術(shù)向新技術(shù)的過渡中，以期為最終用戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

更多傳感器正在添加到驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、泵、變速箱和風(fēng)扇等監(jiān)測功能受限的設(shè)備上。對于已經(jīng)配備傳感器的機(jī)器，杜克能源專注于擴(kuò)展其感測能力。例如，蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)已經(jīng)具有較高的感測能力，因?yàn)檫@些昂貴的機(jī)器需要通過警報(bào)來避免代價(jià)高昂的故障。杜克能源公司在這種設(shè)備中增加了更多的傳感器來捕獲數(shù)據(jù)，以支持更先進(jìn)的振動(dòng)監(jiān)測，從而提高了未來故障的可預(yù)測性。