众所周知,施耐德电气是输配电领域当仁不让的先驱,但这并不能遮蔽其在工业自动化领域的实力光环。
“凭借在工业自动化和能源管理领域的丰富数字化转型实践和行业洞察,施耐德电气以绿色智能制造持续赋能中国工业转型升级,与工业客户共同应对能源与自动化变革,共创、共赢数字化未来。”施耐德电气高级副总裁、工业自动化业务中国区负责人庞邢健说。
施耐德电气高级副总裁
工业自动化业务中国区负责人庞邢健
在创赢数字化未来征途中,绿色智能制造是施耐德电气的战略方针,而其方法论则是基于EcoStruxure架构,从能源到自动化,从设计到维护,从终端到云端,从分散到集成,以数据的四维融合,助力中国工业实现生产和运营的自动化、信息化、数字化、网络化和绿色化,帮助客户解决企业生产、运营面临韧性、效率,以及可持续等诸多挑战,实现绿色智能制造。
在2020工博会上,施耐德电气现身说法,以锂电池和石油化工领域为代表,讲述绿色智能制造如何在离散工业、混合工业及流程工业中结出硕果。
锂电池领域
新能源时代,锂电池的重要性无异于移动设备的“心脏”。针对锂电池行业,施耐德电气在工博会现场展示了从绿色智能制造规划、厂务管理到生产过程管理的各个环节。
以锂电池生产线为例,它主要包括电极制作、电芯合成、化成分容、模组检测和Pack等若干工序。
各段工序的装备结合了施耐德电气的张力控制、纠偏控制、同步运动控制、色标追踪、追剪控制、S曲线定位控制、机器人控制、防尘防护等技术,同时融汇EcoStruxure™机器理念及智能制造、能效管理软硬件的全生命周期解决方案,使得锂电池生产线可实现高效率、高品质的锂电池生产、物料的管控,以及设备的预防性维护。
EcoStruxure™锂电池生产线
正极材料是锂电池电化学性能的决定性因素,直接影响电池的能量密度及安全性。其在生产过程中如果某种元素含量超标,或是混入了微量的粉尘,都有可能因为“质量放大效应”造成严重的后果,或是整批产品直接报废,或是导致爆炸等安全事故,所以正极材料的质量对下游产品而言至关重要。
致力于锂电池正极材料研发和生产的宜宾锂宝新材料有限公司(简称“宜宾锂宝”),为严格把控产品质量水平,保证产品质量的一致性,选择与施耐德电气合作。
依托EcoStruxure架构,施耐德电气为宜宾锂宝提供了包含ATV310H、ATV610、ATV630系列变频器、C65系列、NG125系列小型断路器,以及AVEVA InTouch软件、AVEVA Historian实时数据库和LIMS实验室信息管理系统。
同时,施耐德电气结合公司实际情况,专门为宜宾锂宝开发了覆盖整套锂电池正极材料生产装置的制造执行系统(MES),搭建了生产执行过程信息化管理技术方案,实现了从上游原材料到下游产成品质量控制一体化的管理模式。
宜宾锂宝新材料有限公司总经理颜华对这套系统给予高度评价,借助施耐德电气MES系统,宜宾锂宝目前的生产制程能力CPK达到1.67,在国内、乃至亚洲都处于先进水平。
石油化工领域
作为国家重要的支柱产业之一,我国石油化工行业正经历着从化工大国向化工强国转型的关键时期。炼化是石油企业增加价值、增长利润的中心环节,同样面临着前所未有的新挑战,亟需应用新的数字化手段进一步提升运维水平、降低能耗。
然而,流程工业想要实现数字化,需要面对的壁垒众多。以炼化厂为例,工厂内设多套炼油装置,用户常常采用单套分批建设模式,不同项目可能部署多个品牌的控制系统,这就造成一个个“信息孤岛”各自为阵,不光集中管理难度高,后期升级改造也十分麻烦,更让集中监控全场数据这样的数字化运维场景显得遥不可及。
出于对成本和运维的双重考虑,用户逐渐开始转为联合装置整体招标的模式,中国石化海南炼油化工有限公司(简称“海南炼化”)正是其中代表,并选择了工程实力强、能够提供完整的过程控制(DCS)、安全系统的施耐德电气为其保驾护航。
根据海南炼化实际运行情况和需求,施耐德电气旗下的上海福克斯波罗有限公司(Foxboro)为其提供了全套的分散控制系统Foxboro I/A(DCS)、安全仪表系统Tricon(SIS)、火灾报警和气体检测系统Tricon(FGS)、压缩机组控制系统Tricon(TMC),以及低压配电系统。
除了软硬件产品,施耐德电气作为主自动化供应商,还为海南炼化提供了涵盖系统集成、项目管理和执行、第三方采购、技术服务支持等环节在内的交钥匙工程服务。
施耐德电气基于EcoStruxure架构的油气行业整体解决方案不但保障了海南炼化安全、可靠、稳定、高效的生产运行,而且其统一品牌的自动化系统也为工厂未来的数字化转型升级奠定了良好的根基。
在诸多先进技术加持下,海南炼化的工厂轻质油收率、环保指标、能源消耗指标、经济效益等多项指标均处于国内处于领先水平,海南炼化业已成为知名的“本质安全环保企业”和“石油和化工行业绿色工厂”。
如今,数字化成为炼化行业发展的必然趋势,这一过程不仅包括生产端,还涉及到工厂设计、建造、安装、运营在内的全流程全产业链。施耐德电气正与海南炼化一起,探索利用数字仿真技术创建“虚拟工厂”。其中的关键性密钥——AVEVA数字化解决方案在工博会现场亦有展示。
AVEVA石油化工行业全生命周期数字化解决方案
AVEVA数字化解决方案可以帮助石化企业在虚拟世界里创建覆盖从工艺流程模拟到设计、施工再到生产运营、管理在内的全流程的数字化双胞胎,确保从设计到调试再到运行整个过程中的一致性,实现石化企业全生命周期的闭环管理,并通过预测性维护手段在故障发生前防患于未然,从而最终提升工厂的整体建设和运营效率。
开放自动化,探索工业新未来
正如数字化打破一个个“信息孤岛”,通过数据共享促进业务协同,构建以大数据为中心的智能服务新生态与新业态,工业界也在渴求全开放控制系统,以便在不中断现有业务运营的情况下,更加顺利地推进现代化升级改造,避免核心系统替换产生高昂成本。
“全开放、互操作的自动化系统才是工业自动化的正确方向。”PLC open中国组织名誉主席、中国智能制造综合标准化工作组专家,工信部智能制造标准化体系建设工作组专家彭瑜说,目前,开放式过程自动化论坛(OPAF)和过程工业自动化技术用户协会(NAMUR)等组织作为最终用户团体,正在大力推进对当前专有自动化系统范式的改革。
在开放自动化系统OPA(Open Process Automation)框架下,重新定义DCS和PLC,以分布式控制节点DCN执行确定性的控制任务,以基于开放标准的虚拟系统运行HMI、SCADA,以及APC、MES的功能。NAMUR则倡导NOA技术路线。
从传统的专有自动化系统,到“即插即用”的开放式平台,需要建立现场设备的信息模型,国际工业标准IEC 61499堪此重任。
时刻关注业界动态的施耐德电气对此早有研究。IEC 61499最初形成于上世纪90年代末和本世纪初,但是由于当时的技术条件所限,这项标准并未得到广泛普及。
如今,随着技术的进步,IEC 61499标准解决了不同厂商设备间的可移植性、可配置性和互操作性问题,同时也解决了软件和硬件独立性的问题。通过调整和结合基于扫描和基于事件的机制,这项标准可以使未来的制造和生产运营围绕通用开源架构展开,并与企业系统进行交互,类似于由开放标准驱动的互联网和企业计算模式。此外,借助IEC 61499兼容wrapper配置软件实现遗留系统的再利用能力也正在开发当中。
施耐德电气认为,非专有的开放式自动化系统平台将能基于对业务目标的实时管理提供整体控制能力,推动新的商业模式涌现。运营流程和基础流程将被整合至一个无缝的业务、自动化和控制系统,以便更好地协调供应链、业务系统、运营、生产、物流,以及客户服务等各个环节。开放式自动化系统平台,代表工业新未来。