無論是出于可持續發展目標，還是環境標準要求，廠商都希望減少能耗和溫室氣體排放。憑借智能氣動技術來優化壓縮空氣系統，是大量節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單的方法來分析機器的空氣消耗。如今，智能氣動技術的節能優勢日漸凸顯，它能通過收集流量、壓力和溫度數據。更好地了解設備的能耗。
這種針對設備的數字化轉型可以擴展到幾乎任何規模的氣動系統。操作人員捕獲和處理來自氣動元件及其他機器元件的數據，分析并找出可行的節能措施。將智能氣動系統的原始數據轉化為可行的措施，是降低能源成本的關鍵，同時還能減少停機時間、縮短周期并提高整體生產力。
氣動系統中的能源浪費可謂驚人。通常來說，廠商僅因泄漏而損失的壓縮空氣能量就達30%。能源浪費不僅會導致機器停機，還會增加能源成本。
整個工業設施中都會用到壓縮空氣，用于操作機器和過程。因此，如何優化如此普及的壓縮空氣是降低能源成本的關鍵。事實上，工廠機器的壓縮氣流哪怕只增加幾個百分點，就能每月節省數萬美元的能源成本，這具體取決于設備尺寸和性質。相對應的，這意味著可減少數十萬英鎊的二氧化碳 (CO2) 排放。廠商如借助諸如集成監控和報警系統的智能氣動技術方案來檢測泄露，通常可減少10%到20%的壓縮空氣能耗，以及10%的CO2排放。
然而，對許多廠商來說，這種轉型還只是一個有待實現的目標。他們雖然知曉轉型帶來的好處，但超過70%的廠商并沒有數據分析計劃和成功轉型的清晰藍圖。他們認為工業物聯網 (IIoT) 等支持技術實施起來非常復雜、成本高昂又耗費時間。
但事實并非如此。廠商可以投資即插即用的智能氣動解決方案，以最大限度降低安裝時間和成本。廠商可以仔細研究這些智能氣動解決方案如何在發生泄漏和損失的領域實現節能的，從而邁出數字化轉型的第一步。
工廠通過數字化轉型減少壓縮空氣能耗主要有兩種方式。
泄漏是氣動系統能源損耗的主要原因，會導致廠商每年平均損失約35%的壓縮空氣。一旦氣動系統部件受到磨損，泄漏就會發生，并隨著時間的推移愈加嚴重。泄漏得越多，能源損耗就越大。從而造成能源浪費，碳足跡增多，運營成本加大。部分運營商每年每臺機器的損失高達5萬美元以上！
檢測壓縮空氣泄漏情況
圖1：用戶通過智能氣動分析儀監測機器，獲得實時數據，從而降低能耗。
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壓縮空氣泄漏除了造成能源損耗外，還會導致機械系統壓力波動，影響設備效率甚至生產。為補償這種影響，可能需要增加機器運轉負荷和工作時間。這種惡性循環和增加的運行時間會增加能源成本、縮短設備使用壽命并增加維護頻率。
公司雖然會聘請技術人員用超聲波設備來檢測和定位壓縮空氣泄漏。但泄漏常常發生在這些臨時檢查以外的時間段，并且會持續發生，愈加嚴重。
另一方面，智能氣動技術能持續監測氣流。一些傳感器可以收集并提供實時流量數據，同時還可捕獲管道中的壓力和溫度數據，從而實現更高級別的運行參數診斷。通過借助邊緣網關的解決方案，通常能輕松改造現有機器。全天候監測軟件幾乎能實時檢測泄漏，及時識別有問題的機器，并直接向維護人員發送通知警報，以便他們展開進一步調查。
通過實時檢測，智能氣動技術有望降低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，還有助于縮短計劃內（對每臺機器進行空氣泄漏檢測的時間）和計劃外的停機時間，提高整體設備效率 (OEE)。
某些廠商不完全了解氣壓和氣流之間的關系，因此并不知道制造過程中壓縮空氣的最佳消耗點。由于工業機器里的氣壓通常高于所需值。當設備消耗的壓縮空氣比所需的更多時，就會消耗更多的能源，從而增加能源成本和CO2排放量。
借助智能傳感器和一個邊緣計算設備就能收集有關氣壓和氣流的數據。對氣動系統進行邊緣分析，便能清楚地了解氣壓和流量之間的關系。如果需要降低氣動系統的總壓力，可以將氣流降低至某一特定值，同時維持相同的氣缸循環時間。
只要找到壓力和流量之間的最佳比，就能在不影響生產的前提下，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前的生產周期，又能同時降低能耗、成本和CO2排放量。
優化空氣消耗
圖2：智能氣動分析儀能顯示來自流量傳感器的實時數據。
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利用實時數據助力節能減排
工業廠商借助智能氣動來檢測泄漏和監測空氣消耗，能節省大量能源。他們可根據自身的具體情況、預算和目標要求，與自動化合作伙伴合作，定制合適的方法。
例如，一家服務于汽車行業的全球生產商最近采取了數字化轉型措施，重點關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有生產線上使用支持IIoT的能源管理工具來降低能耗。他們與自動化解決方案領先供應商艾默生合作，監測并測量生產線的能耗。
與大多數改造項目一樣，該生產線包括來自不同供應商的各種遺留設備。每個電表箱都由電源、以太網總線耦合器、功率計（每個電路一個）和IO-link模塊組成，其模塊包含八個傳感器端口。電流互感器位于電表箱內部或外部，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量流量、壓力和溫度，并監測氣動系統中的空氣消耗。
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由于可使用的以太網接入點數量有限，增加了安裝的復雜性，而擴展又需要巨大的投資。為滿足這種復雜的安裝需求，艾默生推薦使用AVENTICS系列AF2傳感器，這種氣流傳感器簡單易用，可測量流量、壓力和溫度，并監測氣動系統中的空氣消耗。
AF2堪稱傳統機器的理想集合體，理由如下：首先，該傳感器結構緊湊，易于組裝，可安裝在現有機器和氣動系統上；第二，AF2具有IO-link和以太網通信選項，能輕松集成到氣源處理系統（FRL）中，并為廠商提供作為獨立版本運行的選項；第三，AF2配有一個可旋轉的彩色LED顯示屏，可提供高清信息反饋；第四，AF2具備通知功能，當檢測到泄漏時會向用戶發送通知警報，以便用戶采取行動。這種支持 IIoT 的簡易設備能最大限度降低安裝時間和成本。
在選擇傳感器后，艾默生將安沃馳智能氣動分析儀 (SPA) 臨時連接到一臺機器，以幫助公司監測和測量生產線的能耗量。SPA在生產過程中記錄、分析和可視化生產線的空氣消耗，可直觀地分析氣動系統，并且方便團隊讀取實時空氣消耗量。SPA不僅能以標準升/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，以方便快速地識別趨勢和異常情況。
從SPA收集的數據可幫助公司決定是否值得投資艾默生PACSystems RXi2-BP邊緣計算設備。簡單來說，PACSystems RXi2-BP邊緣計算設備可解釋并顯示所有連入的AF2傳感器數據。該設備利用數學算法將數據數字化，然后將其轉換為簡單易用的信息。這些信息被記錄并顯示在基于網絡的實時儀表板上，無需額外軟件即可為用戶提供更多能源洞見。通過SPA數據顯示，PACSystems RXi2-BP邊緣計算設備的確能幫助公司節省能源及其相關成本，因此該公司決定進行投資。
總體而言，除了PACSystems RXi2-BP邊緣計算設備，艾默生還提供了大約180個AF2流量傳感器來滿足生產線的需求。這個集節能傳感和邊緣計算于一體的解決方案能監測氣動空氣消耗，生成并解釋機器數據，為汽車生產商提供可行見解，使其更全面地了解工廠正在發生的情況。該公司成功地找到了需要改進的地方，包括降低峰值功耗、優化維護成本和避免停機，并計劃繼續優化機器以降低能耗。
圖4：邊緣計算設備將傳入的傳感器數據解釋為易于理解的可執行信息。
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開始轉型
不管什么行業，能源管理都是工業設施的重中之重。隨著人們對能耗和碳排放的關注日益增強，能源浪費較為嚴重的氣動系統也備受關注，而監測壓縮空氣為實現氣動系統的節能減排帶來了重要機會。當機器不受監測時，其能耗自然也不受監測，泄漏和損失會不斷增加，某些能在早期解決的問題會惡化成為后期質量問題，并浪費大量能源。
然而，實現壓縮空氣節能的數字化轉型之路因人而異。與其他轉型一樣，數字化轉型需按自己的節奏展開，具體取決于工廠的特殊情況。要通過數字化轉型實現節能減排，與深諳智能氣動和流體動力應用獨特特性的自動化專家合作十分重要。當你接觸到相應專家，具備相關知識和工具時，便能實現壓縮空氣節能和數字化轉型的目標。
欲了解更多艾默生數字化轉型解決方案，可前往艾默生官網獲取詳情
https://www.emerson.cn/zh-cn/automation/fluid-control-pneumatics/digital-transformation
作者：羅鼎 艾默生自動化解決方案機器自動化亞太區產品經理
