德阀机械(上海)有限公司是德国TVD在中国的子公司,成立于2013年,负责该品牌在中国、东南亚及非洲地区的阀门销售、生产、研发与售后服务业务,2019年其在溧阳增设的现代化工厂涵盖机加工至维修的全流程。德阀拥有丰富的阀门产品线,包括蝶阀、闸阀、调节阀等。其生产严格遵循国际标准,产品广泛应用于水电、市政、工业等多个领域,并为其客户提供一站式流体控制解决方案。
德阀基于研博工业物联网统一接入系统(Stew—OT),推动了传统阀门的智能化转型,在无需任何外部供电条件下,系统实现对阀门开度、流量、压力、温度等运行状态的感知和控制,还能通过循环调度、命令调度、压力反馈三种调度模式,解决客户在管网日常调度、运维调度、压力管理等调度需求,有效保障供水安全,提高调度效率,提升服务品质。
——德阀机械(上海)
项目背景
针对当前传统调节阀普遍存在的智能化水平不高、人工操作效率低下、安全性能与可靠性有待提升、维护成本居高不下以及难以满足多样化客户定制化需求等问题,需要对传统调节阀升级优化,实现阀门的自动调节、远程监控与智能管理,从而提升生产效率、降低运营成本并增强设备的安全性与可靠性。
德阀机械通过集成先进的物联网技术,定制开发一款具备实时数据访问与收集、高效数据处理与分析、高度安全可靠的数据传输与存储、以及灵活可扩展的系统架构等特性的阀门远程智慧调节系统,以确保智慧调节阀能够稳定运行并满足未来业务发展的需求,从而推动阀门行业向更加智能化、高效化和定制化的方向发展。
技术挑战
1、物联网平台构建与集成
平台稳定性与可靠性:构建一个稳定、可靠的物联网平台是为调节阀实现远程监控和故障预警的基础。这要求系统能够处理大量实时数据,同时保证数据传输的连续性和准确性。面临的技术挑战包括如何确保平台在恶劣的网络环境下仍能稳定运行,以及如何防止数据丢失或篡改。
平台安全性:该系统涉及大量的敏感数据,如流体参数、设备状态等。如何确保这些数据在传输和存储过程中的安全性,防止未经授权的访问或泄露,是物联网平台构建中的一大挑战。需要采用先进的加密技术和安全协议,以及建立严格的数据访问控制机制,以确保数据的安全性。
设备接入与兼容性:物联网平台需具备多样化的设备接入方式、广泛的协议兼容性、高度的设备兼容性与互操作性,以及强大的未来扩展性和灵活性,以确保在可能存在多种类型或品牌设备共同作业的输配水工程现场,都能顺利调度德阀的调节阀,并轻松集成其他品牌设备,满足用户对未来调度系统的全面需求。
2、数据通信与处理
实时数据通信:调节阀需要实时采集和传输流体参数数据,以便进行远程监控和故障预警。这要求物联网平台具备高效的数据通信能力,以确保数据的实时性和准确性。面临的技术挑战包括如何优化数据传输协议,以减少通信延迟和丢包率,以及如何提高数据传输的带宽和稳定性。
3、远程监控与故障预警
远程监控能力:该系统需要具备远程监控智慧调节阀的能力,以便实时了解设备的运行状态和性能参数。面临的技术挑战包括如何设计直观易用的用户界面和监控工具,以提供实时的设备状态信息和报警信息;以及如何实现对设备的远程控制和配置。
故障预警与诊断:该系统需要具备故障预警和诊断能力,以便及时发现和处理设备故障,避免生产中断和安全事故的发生。面临的技术挑战包括如何开发智能的故障预警算法和模型,以实现对设备故障的准确预测和预警;以及如何构建故障诊断系统,以快速定位故障原因并提供解决方案。
4、调度业务融合能力
日常调度:目前传统的调度方式需要频繁且周期性地进行调度操作,包括根据每天不同时段的用水量变化、用水高峰时段等因素,手动调整管网中各个阀门的开闭状态,以优化供水路径,确保供水压力和流量的稳定。这一过程不仅耗时耗力,而且难以保证调度的准确性和及时性。所以该系统需要在保障供水服务可靠性和稳定性的同时,开发一种更加高效、智能的管网调度方式,以减轻人力负担,提高供水效率和服务质量。
运维调度:对于处在一些主干管网下的较长时间保持固定状态(常开、常或固定开度)状态下的调节阀,发生故障频率相对较高,在管网出现异常状况时,无法保证阀门能够及时响应调度动作。因此需要系统能够对阀门进行定期巡检,确保该类阀门正常运行。
压力管理:管网压力受多种因素影响,如用水量变化、管道老化等,难以准确预测和控制,过高的压力水平和压力波动会对管道和用水设备造成损害。所以该系统需要开发一种能够实时监测管网压力,并根据预设的压力范围进行自动调节的调度模式,确保管网压力在安全范围内波动,以保护管道和用水设备的安全。
解决方案
1、系统构建与集成
上海研博凭借深厚的物联网技术积累,基于工业物联统一接入系统产品,构建了稳定可靠的阀门在线智慧调度系统。
平台稳定性与可靠性:阀门在线指挥调度系统采用了一种灵活且适应性强的架构设计,将接入场景插件化,支持集群部署,提供丰富的设备管理、运维功能,支持多种方式为上层应用提供数据支撑,保证了数据传输的连续性和准确性。
平台安全性:该系统遵守国内外信息安全标准和行业要求, 通过国家信息系统安全等级保护三级认证,具备完善的容灾机制,支持以用数字签名和加密传输敏感信息的方式保证完整性,并引入了应用系统身份认证和授权的概念,来识别和控制应用程序的数据访问行为。
设备接入与兼容性:该系统针对不同的接入场景提供了丰富多样的接入组件,以支持广泛的传输协议。系统不仅支持TCP、UDP、MQTT等常见的通讯方式,还具备直接集成OPCUA、Modbus TCP等工控系统采集功能。基于插件化的设计理念,系统开放了接入组件的拓展接口,允许具备开发能力的用户根据需求自由扩展新的接入方式,极大地提升了系统的灵活性和可扩展性。
2、数据通信与处理
实时数据通信:由于设备位于地下通讯信号相对较弱,设备通讯硬件资源配置相对局限,而 MQTT协议适用于资源受限的设备和低带宽、高延迟或不稳定的网络环境,故该系统根据客户设备支持选用MQTT协议与设备进行通讯,支持设备主动上报数据的接收,平台发送相应指令到设备。
3、远程监控与故障预警
远程监控能力:该系统根据设备上报消息数据进行实时分析是否低于预定阈值,根据分析结果通过弹窗,改变设备图标颜色等多种方式进行实时展示提醒相关人员。
故障预警与诊断:通过配置统计周期,统计的设备维度,可以进行周期性的设备数据偏差统计,并将统计结果通过前置的设备维度来进行不同维度的结果展示,便于相关人员进行运维管理。
4、调度业务融合能力
日常调度:该系统通过循环调度模式,对管网进行常规性的、周期性的调度操作,以确保供水系统的正常运行和满足基本的供水需求。包括每天每个时段根据用水量变化、用水高峰时段等因素,调整管网中各个阀门的开闭状态,优化供水路径,确保供水压力和流量的稳定,保持管网的高效运行,减少能耗和漏水率,同时提高供水服务的可靠性和稳定性。
运维调度:该系统通过命令调度模式对管网进行周期性调度操作,以达到巡检目的,保证阀门时刻处于健康状态,预防管网在出现异常情况时,阀门能够及时准确响应,确保管网的可靠性和安全性,减少故障对用户的影响,提高供水服务的恢复能力的作用。
压力管理:该系统通过压力反馈模式对管网中的供水压力进行监测、控制和调节的调度操作。实时监测管网中的压力数据,根据预设的压力范围进行自动调节,以避免因压力过高或过低而引发的供水问题,确保管网中的供水压力保持在合理的范围内,保护管道和用水设备的安全,同时提高用户的用水体验。
项目成果
在德阀与上海研博深入合作的过程中,双方共同见证了传统阀门行业向智能化转型的跨越。依托上海研博工业物联网统一接入系统(Stew—OT)的坚实基石,德阀成功实现了在无需外部供电条件下的阀门运行状态下的全面感知与智能控制,这一技术创新不仅彰显了双方合作的深度与广度,更标志着阀门智能化领域的一次重大突破。
通过阀门在线指挥调度系统中的循环调度、命令调度及压力反馈三大调度模式,有效解决了客户在管网日常调度、运维调度及压力管理等关键环节的调度需求。进行了智能化转型的智慧调节阀不仅确保了供水系统的安全稳定运行,还显著提升了调度效率与服务品质,为客户创造了更大的价值。
此次合作,不仅是对德阀与上海研博技术实力与创新能力的有力证明,更是双方携手并进、共同推动智慧水务发展的生动实践。未来双方将继续秉承合作共赢的理念,深化技术合作与创新,为更多客户提供更加优质、高效的智慧水务解决方案,共同推动智慧城市建设,为行业发展贡献力量。
结语
物联网作为连接物理世界和数字世界的桥梁,能够实现设备之间的互联互通和数据共享。上海研博作为物联网技术与服务专家,为智慧调节阀的应用提供了强大的物联网技术支持。
在工业4.0时代,智能制造成为主导趋势,要求企业具备高度的灵活性和个性化生产能力。随着智能制造和物联网技术的不断发展,阀门在线智慧调度系统的应用领域也将不断拓展,市场前景广阔。我们将继续深化合作,共同推动制造业向智能化、数字化和自动化方向迈进,为流体控制设备行业的可持续发展注入新的活力。