巴西是生物乙醇市场的主导者。这一产业正在稳步发展，生物燃料作为一种环境友好型能源受到关注。生物乙醇的生产需要一个可靠和具有成本效益的工厂自动化系统，该系统实现了智能现场设备，收集性能驱动的数据，并在整个过程的生命周期中优化操作。
本文介绍如何使用FDT实现现场设备管理解决方案®技术帮助一家主要的生物乙醇生产商简化了设备调试和维护任务，同时，作为Greenfield项目的一部分，提高了生产率和节约。
背景
Gran Investimentos S.A. (GranBio)是一家巴西生物技术公司，致力于将生物质转化为生物燃料、生物化学品、纳米材料和营养物质等可再生产品的解决方案。它位于Alagoas市São Miguel dos Campos，距离Maceió的港口55公里。
GranBio是南美第一家生产第二代乙醇(从甘蔗叶和甘蔗渣中提取)的公司，以帮助清洁能源的生产。它使用了一系列技术，包括前处理、酶解和发酵，将甘蔗秸秆和甘蔗渣转化为一种不影响粮食生产的高级清洁燃料。
GranBio计划在12个Greenfield工厂的建设中实施“智能战略”，确保关键资产的最佳整合、运营和生命周期管理。公司的使命是实现生物质能转化为能源和化学品的综合商业解决方案，为客户提供创新技术，为建设更美好、更安全的地球做出贡献。基于与第一代乙醇生产商和领先技术提供商联盟的智能结构，该模式整合了从原材料加工到最终产品的整个生产链。
GranBio的12个工厂中的第一个于2014年9月投入使用，作为一个Greenfield单元(Bioflex 1)，也是糖基酒精工业中最具创新的项目。该单位拥有每年生产8200万升第二代生物燃料的能力。
如何控制工厂
GranBio致力于在整个生命周期内降低成本和提高生产效率。它采用过程自动化策略，结合了横河的CENTUM VP生产控制系统和其他控制解决方案。系统集成PRM (Plant Resource Manager)资产管理解决方案，FieldMate设备管理工具数据库与PRM数据库同步。控制体系结构包括40,000个用于分布式控制系统(DCS)和安全仪表系统(SIS)的输入/输出(I/O)点，以及20,000个用于与各个子系统通信的I/O点。
在Bioflex 1工厂，FOUNDATION现场总线提供了一种双向通信协议，用于现场设备之间和DCS之间的通信。现场总线段连接广泛的数字现场仪表，如流量计;温度、压力和差压变送器;控制阀门;和转子流量计。该系统还使用了从密度和粘度分析仪，到雷达和液位开关和歧管等辅助设备。
作为生物乙醇操作的一部分，必须监控关键的旋转设备，如进料台、斗牛刀、除霜器和磨粉装置。压力和流量控制对生产过程尤为关键。
乙醇工艺的所有关键参数都在DCS批处理包中预先配置。当操作人员从包菜单中选择一个食谱时，所有预先配置的设置都被选中并下载到单独的控制器中，以便每个序列可以自动启动。在人机界面(HMI)终端上，操作人员可以在过程图形显示、趋势显示、报警摘要显示和控制显示窗口中监视反应的状态。当每个批处理操作完成时，数据将被编译为自动生成的批处理报告。
提高性能
配置数字仪器并非易事。由于工业仪器仪表更加依赖数字通信，项目的成功将在很大程度上取决于设备配置到跨数字网络交换数据的难易程度。
今天的智能现场设备利用各种数字协议，因此需要多功能配置和管理工具，有效支持初始设置、日常维护和故障排除，以最大限度地利用智能仪器。
在GranBio生物乙醇工厂，控制工程师寻求现场仪器与工厂DCS的最大集成和互操作性;使用直观和用户友好的资产管理解决方案;以及易于更新的、基于标准的配置工具的可用性。他们还要求仪器具有高可用性和强大的传感器，以减少工厂的关闭。
工程师希望将所有诊断信息整合到一个单一的工厂资产管理应用程序中，以确保仪器的最大性能。一个简单的软件界面将进一步允许他们将数据库和配置工具与资产管理器同步。
此外，Bioflex 1现场需要远程连接到仪器的软件，以消除到现场访问本地设备所造成的时间损失，并提高工厂人员的安全，减少事故。这包括一个解决方案，使故障排除能够远程执行，并监测仪器的关键操作参数，以确保它们按照规范工作。
采用先进的技术
GranBio认识到实现智能现场设备、收集性能驱动的数据和优化整个流程生命周期的操作的重要性。智能仪器可以安全地将正确的信息送到专家问题解决者手中，无论他们位于哪里。
Bioflex 1作业高水平性能的关键是符合FDT标准的应用程序、工具和设备的实施。作为国际标准(IEC 62453)、北美标准(ISA 103)和中国标准(GB/T 29618)， FDT为利用智能设备最复杂的功能提供了一个通用环境，以及一个单一接口，以集成任何设备资产和网络，访问性能驱动的数据—传感器到企业。
在FDT生态系统中，设备制造商为他们的产品提供设备类型管理器™(DTM™)软件，以及FDT/FRAME™应用程序(嵌入到控制系统或独立设备管理工具中)，通信和读取这些DTM—不管每个设备的协议是什么。这使得通过标准化的用户界面可以对配置、操作和维护进行完整的生命周期访问，无论供应商、设备类型/功能或通信协议如何。
FDT在设备和用于配置、操作、维护和诊断智能资产的控制或监控系统之间创建了一种通用的通信方法。FDT解决方案不是一种通信协议，而是一种标准化的资产集成和数据交付技术。
通过符合fdt的解决方案，GranBio在与不同的自动化供应商合作时享有真正开放技术的灵活性和自由选择。互操作性使得为特定的应用程序选择最佳的设备成为可能。该公司知道，无论安装的资产是什么，都将通过使用FDT驱动程序(即FDT/ dtm™)来确保互操作性。
FDT技术还可以通过工业物联网(IIoT)更好地访问集中信息。工程师和操作员掌握的信息越多，决策就越容易。能够在控制室的一个数据库中收集所有信息是非常重要的，这有助于快速和明智的决策。
多亏了FDT，集成不同的工厂信息的能力，使操作人员能够减轻过程中断和仪器故障。测量值、阀门开度和设备诊断的组合有助于控制室人员识别操作和仪器性能的具体偏差。此功能还允许快速分离必须采取行动处理涉及维护、操作或过程的问题的团队。当不利情况出现时，在线信息对于缓解问题的根源至关重要。
改进工作方式
GranBio指定横河基于pc的FieldMate作为Bioflex 1 Greenfield项目的配置工具。选择这种多功能设备管理解决方案是基于对所有仪器的独特工具的需求，包括FOUNDATION现场总线设备的配置、配置报告的生成，以及类似于资产管理应用程序的接口的使用。工程师们还想整合各种数据库并在线监测仪器。
FieldMate采用嵌入式FDT/FRAME，增强并简化了设备配置、调优和本地维护的维护工作流程。当以笔记本形式实现时，它是昂贵的手持终端的替代方案，提供扩展功能、清晰的图形显示、趋势面板和参数数据库、维护信息记录等。
基于fdt的工具促进了有效的配置和诊断例程。它可以从工厂的中央控制室用于设置现场设备参数，并从仪器寿命开始用于维护、诊断和更换。该工具不仅有助于配置新仪器，还有助于检查故障、测试仪器和诊断可能需要干预或更换的问题。
作为Bioflex 1设施控制策略的一部分，PRM执行各种资产管理任务，并向DCS发送诊断信息。工厂人员可以通过系统面板打开仪器状态，极大地方便了设备故障或操作问题的检测。使用FieldMate字段配置工具，所有活动都与PRM数据库同步，创建一个独特的历史记录，用于审计维护操作。
工厂操作人员现在可以直接通过通用过程控制系统HMI访问仪器的状态，极大地促进了性能的提高。当变量显示可疑值时，很容易检查是否有任何故障。操作人员可以判断仪器是否可靠，如果一切正确，他们可以保持安全操作措施。集中的信息使他们能够迅速做出关键的决定。此外，结合不同数据的能力使操作人员能够减轻过程问题和仪器故障。
该解决方案的一个重要特性是能够检测可能导致资产失效的偏差。通过使用FDT技术实现健壮的资产管理应用程序，工厂可以利用有效的预防性维护策略。例如，PRM可以检测诊断错误，并将仪器故障通知维护部门。技术人员打开DTM进行调查，决定是否需要采取本地行动，与FieldMate同步数据库，然后进入工厂进行修复工作。
实现经营效益
GranBio已经从其最先进的自动化技术的实施中实现了显著的运营和业务效益。基于互操作和智能工厂资产提供的信息，该公司采取了预防措施，降低了与不必要干预相关的成本，将设备从服务中移除进行测试，并停止工厂进行维修和维护。
GranBio首席工程师Cássio Lourenço Aparecida评论道:“GranBio对基于FDT技术的配置和资产管理工具非常满意。通过这些解决方案，我们实现了关键的维护和运营目标。”
到目前为止，Bioflex 1工厂的维护成本降低了46%，设备干预和工厂关闭的成本降低了35%。
此外，远程访问的可用性最大限度地减少了进入危险工业区域的需要，减少了工人面临的风险。通过移动设备访问数据可以让专家进行远程分析，以支持工厂的维护和运营小组。资产管理任务变得更加简单和安全，导致事故减少了27%，事故减少了15%。
最值得注意的是，基于fdt的工具的使用在Bioflex 1工厂的调试和快速启动中起了决定性作用。用户友好的界面，加上直观的描述，使组装和维护人员能够快速培训。基金会现场总线协议提供了在单一环境中使用FDT/ dtm访问各种参数的途径。这与使用带有复杂菜单的手持设备形成了鲜明对比，后者可能会导致频繁的错误。
此外，远程访问仪器使工作实践更加灵活，从而允许在项目截止日期之前完成调试。通过对仪器信息的远程访问，维护组能够创建例行程序进行验证，并根据仪器的健康状态创建预防性维护计划。
该Greenfield项目的投资回报率(ROI)发生在调试期间。所有的技术投资都是因为完成配置工作节省了时间和成本。工厂人员使用的新工具现在正在减少维护和运营成本。
结论
在GranBio位于巴西的Bioflex 1工厂，一种集成了调试、配置和启动任务的先进工具，以及与资产相关的事件的在线监测和记录，使创建智能基础设施能够预防工作。
工厂设备管理解决方案的核心是能够直接从DCS访问开放的仪器信息。工厂范围的控制与健壮的资产管理功能的集成促进了故障诊断和有效的运营决策。
由于FDT标准的成功实施和使用，GranBio已决定将该技术标准化用于其剩余的11个Greenfield工厂项目和所有未来的自动化投资。
