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引领“双碳”智能气动，艾默生定义可持续节能减排方案

2021/8/6 0:00:00

无论是出于可持续发展目标，还是环境标准要求，厂商都希望减少能耗和温室气体排放。凭借智能气动技术来优化压缩空气系统，是大量节省能源和减少排放总量的主要措施。

过去，厂商未找到明确或简单的方法来分析机器的空气消耗。如今，智能气动技术的节能优势日渐凸显，它能通过收集流量、压力和温度数据。更好地了解设备的能耗。

这种针对设备的数字化转型可以扩展到几乎任何规模的气动系统。操作人员捕获和处理来自气动元件及其他机器元件的数据，分析并找出可行的节能措施。将智能气动系统的原始数据转化为可行的措施，是降低能源成本的关键，同时还能减少停机时间、缩短周期并提高整体生产力。

气动系统中的能源浪费可谓惊人。通常来说，厂商仅因泄漏而损失的压缩空气能量就达30%。能源浪费不仅会导致机器停机，还会增加能源成本。

整个工业设施中都会用到压缩空气，用于操作机器和过程。因此，如何优化如此普及的压缩空气是降低能源成本的关键。事实上，工厂机器的压缩气流哪怕只增加几个百分点，就能每月节省数万美元的能源成本，这具体取决于设备尺寸和性质。相对应的，这意味着可减少数十万英镑的二氧化碳 (CO₂) 排放。厂商如借助诸如集成监控和报警系统的智能气动技术方案来检测泄露，通常可减少10%到20%的压缩空气能耗，以及10%的CO₂排放。

然而，对许多厂商来说，这种转型还只是一个有待实现的目标。他们虽然知晓转型带来的好处，但超过70%的厂商并没有数据分析计划和成功转型的清晰蓝图。他们认为工业物联网 (IIoT) 等支持技术实施起来非常复杂、成本高昂又耗费时间。

但事实并非如此。厂商可以投资即插即用的智能气动解决方案，以最大限度降低安装时间和成本。厂商可以仔细研究这些智能气动解决方案如何在发生泄漏和损失的领域实现节能的，从而迈出数字化转型的第一步。

工厂通过数字化转型减少压缩空气能耗主要有两种方式。

01 检测压缩空气泄漏情况

泄漏是气动系统能源损耗的主要原因，会导致厂商每年平均损失约35%的压缩空气。一旦气动系统部件受到磨损，泄漏就会发生，并随着时间的推移愈加严重。泄漏得越多，能源损耗就越大。从而造成能源浪费，碳足迹增多，运营成本加大。部分运营商每年每台机器的损失高达5万美元以上！

用户通过智能气动分析仪监测机器，获得实时数据，从而降低能耗。（图片由艾默生Emerson™提供）

压缩空气泄漏除了造成能源损耗外，还会导致机械系统压力波动，影响设备效率甚至生产。为补偿这种影响，可能需要增加机器运转负荷和工作时间。这种恶性循环和增加的运行时间会增加能源成本、缩短设备使用寿命并增加维护频率。

公司虽然会聘请技术人员用超声波设备来检测和定位压缩空气泄漏。但泄漏常常发生在这些临时检查以外的时间段，并且会持续发生，愈加严重。

另一方面，智能气动技术能持续监测气流。一些传感器可以收集并提供实时流量数据，同时还可捕获管道中的压力和温度数据，从而实现更高级别的运行参数诊断。通过借助边缘网关的解决方案，通常能轻松改造现有机器。全天候监测软件几乎能实时检测泄漏，及时识别有问题的机器，并直接向维护人员发送通知警报，以便他们展开进一步调查。

通过实时检测，智能气动技术有望降低10%~20%的压缩空气能耗，以及10%的CO₂排放量。尽早解决压缩空气泄漏问题，还有助于缩短计划内（对每台机器进行空气泄漏检测的时间）和计划外的停机时间，提高整体设备效率 (OEE)。

02 优化空气消耗

某些厂商不完全了解气压和气流之间的关系，因此并不知道制造过程中压缩空气的最佳消耗点。由于工业机器里的气压通常高于所需值。当设备消耗的压缩空气比所需的更多时，就会消耗更多的能源，从而增加能源成本和CO₂排放量。

借助智能传感器和一个边缘计算设备就能收集有关气压和气流的数据。对气动系统进行边缘分析，便能清楚地了解气压和流量之间的关系。如果需要降低气动系统的总压力，可以将气流降低至某一特定值，同时维持相同的气缸循环时间。

只要找到压力和流量之间的最佳比，就能在不影响生产的前提下，减少10%~20%的压缩空气消耗和能源成本，以及10%的CO₂排放。这使厂商既能够维持当前的生产周期，又能同时降低能耗、成本和CO₂排放量。

智能气动分析仪能显示来自流量传感器的实时数据。（图片由艾默生Emerson™提供）

利用实时数据助力节能减排

工业厂商借助智能气动来检测泄漏和监测空气消耗，能节省大量能源。他们可根据自身的具体情况、预算和目标要求，与自动化合作伙伴合作，定制合适的方法。

例如，一家服务于汽车行业的全球生产商最近采取了数字化转型措施，重点关注压缩空气泄漏和空气消耗造成的能源损失。该公司希望通过在现有生产线上使用支持IIoT的能源管理工具来降低能耗。他们与自动化解决方案领先供应商艾默生合作，监测并测量生产线的能耗。

与大多数改造项目一样，该生产线包括来自不同供应商的各种遗留设备。每个电表箱都由电源、以太网总线耦合器、功率计（每个电路一个）和IO-Link模块组成，其模块包含八个传感器端口。电流互感器位于电表箱内部或外部，并且这些模块都必须直立安装，以确保空气流通。

空气流量传感器可测量流量、压力和温度，并监测气动系统中的空气消耗。（图片由艾默生Emerson™提供）

由于可使用的以太网接入点数量有限，增加了安装的复杂性，而扩展又需要巨大的投资。为满足这种复杂的安装需求，艾默生推荐使用AVENTICS系列AF2传感器，这种气流传感器简单易用，可测量流量、压力和温度，并监测气动系统中的空气消耗。

AF2堪称传统机器的理想集合体，理由如下：首先，该传感器结构紧凑，易于组装，可安装在现有机器和气动系统上；第二，AF2具有IO-Link和以太网通信选项，能轻松集成到气源处理系统（FRL）中，并为厂商提供作为独立版本运行的选项；第三，AF2配有一个可旋转的彩色LED显示屏，可提供高清信息反馈；第四，AF2具备通知功能，当检测到泄漏时会向用户发送通知警报，以便用户采取行动。这种支持 IIoT 的简易设备能最大限度降低安装时间和成本。

在选择传感器后，艾默生将安沃驰智能气动分析仪 (SPA) 临时连接到一台机器，以帮助公司监测和测量生产线的能耗量。SPA在生产过程中记录、分析和可视化生产线的空气消耗，可直观地分析气动系统，并且方便团队读取实时空气消耗量。SPA不仅能以标准升/分钟 (Nl/min) 为单位显示空气消耗量，还能显示平均值和最大值，以方便快速地识别趋势和异常情况。

从SPA收集的数据可帮助公司决定是否值得投资艾默生PACSystems RXi2-BP边缘计算设备。简单来说，PACSystems RXi2-BP边缘计算设备可解释并显示所有连入的AF2传感器数据。该设备利用数学算法将数据数字化，然后将其转换为简单易用的信息。这些信息被记录并显示在基于网络的实时仪表板上，无需额外软件即可为用户提供更多能源洞见。通过SPA数据显示，PACSystems RXi2-BP边缘计算设备的确能帮助公司节省能源及其相关成本，因此该公司决定进行投资。

总体而言，除了PACSystems RXi2-BP边缘计算设备，艾默生还提供了大约180个AF2流量传感器来满足生产线的需求。这个集节能传感和边缘计算于一体的解决方案能监测气动空气消耗，生成并解释机器数据，为汽车生产商提供可行见解，使其更全面地了解工厂正在发生的情况。该公司成功地找到了需要改进的地方，包括降低峰值功耗、优化维护成本和避免停机，并计划继续优化机器以降低能耗。

边缘计算设备将传入的传感器数据解释为易于理解的可执行信息。（图片由艾默生Emerson™提供）

开始转型

不管什么行业，能源管理都是工业设施的重中之重。随着人们对能耗和碳排放的关注日益增强，能源浪费较为严重的气动系统也备受关注，而监测压缩空气为实现气动系统的节能减排带来了重要机会。当机器不受监测时，其能耗自然也不受监测，泄漏和损失会不断增加，某些能在早期解决的问题会恶化成为后期质量问题，并浪费大量能源。

然而，实现压缩空气节能的数字化转型之路因人而异。与其他转型一样，数字化转型需按自己的节奏展开，具体取决于工厂的特殊情况。要通过数字化转型实现节能减排，与深谙智能气动和流体动力应用独特特性的自动化专家合作十分重要。当你接触到相应专家，具备相关知识和工具时，便能实现压缩空气节能和数字化转型的目标。