通过工业4.0实现能源效率

物联网(IoT)和工业4.0是大多数高层人士都能理解的具有深远意义的流行语。但是，工业4.0能在日常运营中为您的公司带来哪些相关和实用的数据和理解，例如监控压缩空气消耗、流程优化、提高能源效率和提供预防性诊断?

让我们从压缩空气开始，它是现代制药设施自动化的必要组成部分，最终用户需要仔细管理。它被认为是一种清洁、安全、易于获得的自动化能源，通常用于制药、生物和化妆品生产。从环境的角度来看，产生压缩空气需要电力，因此会增加环境足迹。只在必要时，负责任地使用压缩空气是绿色操作的最佳实践。

从收入的角度来看，压缩空气发电确实对公用事业成本有影响。因此，基准测试的使用确保了对设施生命周期内未来公用事业需求的控制。通过确保系统中没有压缩空气泄漏，可以进一步节省成本，因为压缩空气泄漏会导致空气浪费、设备维护和停机时间以及生产力下降。

监测压缩空气的标准惯例是在空气制备装置上安装压力传感器。当压缩空气压力下降到所需水平以下时，机组向控制器(可编程逻辑控制器[PLC]或分布式控制系统[DCS])发送警报，让最终用户知道存在问题。从那里，系统做出反应，并经常关闭;工程或维修部门对设备进行检查，诊断问题，并采取相应的纠正措施。

E2M模块

然而，测量气压只解决了部分问题。空气流量和体积消耗在业内被广泛忽视。Festo的新组件E2M模块为工艺制造商带来了气流监测和测量功能，进一步提高了当前的熟练程度，并提供了提高效率的新机会，以及增强的能源和收入节省。

E2M与任何需要压缩空气操作的现有或新的制造设备无缝集成。该装置同时作为压缩空气的压力传感器和流量传感器，测量实时流量和在规定时间内的体积消耗。随着时间的推移，这些数据可用于提高机器效率和减少压缩空气的消耗。

要了解E2M的工作原理，请考虑一个制造环境，其中E2M显示了一个系统，该系统在标准大气压下使用27升压缩空气，用于特定的、可重复的过程作为基准。但在路上，E2M展示了同样的过程，每分钟使用33升压缩空气。虽然系统没有出现故障，但很容易推断出压缩空气回路已经受损，系统正在漏气。这也是预测性维护的一个很好的指标。E2M提供了有关气流和消耗的预测诊断所需的数据，防止制造效率低下演变为灾难。

E2M还能够在周期之间进行下游泄漏检查。该装置将对气动回路加压，并测量压力退化，以确定空气是否泄漏，以及泄漏的速率。此外，当系统处于闲置或关闭状态时，E2M充当主开关阀，防止因滴漏造成的空气损失。

CPX IoT网关

来自E2M模块的数据被带到标准化的、基于云的仪表板上，以便与Festo的物联网网关(集成到Festo CPX电气终端)进行轻松监控和基准测试。这允许用户分析趋势，发出早期警告，并建立事件通知。

仪表板可以在任何有互联网接入的设备上通过网络浏览器安全地访问。简单的交通信号灯指示，以及能源使用、性能数据和历史数据的图形描述，都可在标准的预先设计的仪表板上使用。

网关会自动发现以太网络中的E2M。采取安全措施，如手动切换控制数据流，以使用安全协议。它将聚合数据，并使用行业标准AMQP协议将其发送到Festo云。该仪表板可从Festo云订阅，并可共享给其他仪表板。

值得注意的是，Festo E2M模块还可以直接与其他第三方云连接，如西门子MindSphere和罗克韦尔自动化的FactoryTalk/Shelby平台。

其结果是一个真正的工业4.0解决方案，可以为制药、生物或化妆品设施带来即时效益。

安装的概念

用于制药设备的物联网网关的一个重要属性是它不接收来自云的输入。它只推送数据，因此对经过验证的流程或数据泄漏没有风险。基于此，有两个安装选项:1)独立或2)完全集成。

在现有PLC/DCS之外的独立安装中，物联网网关收集并将信息推送到云端。这是实现能源效率和预防性诊断效益的理想选择，而不会对现有的验证流程造成影响。在这里，E2M安装在工艺、滑道或设备的前面，通常直接安装在空气准备单元之前，负责压缩空气的压力调节和过滤。它可以直接供电，并通过Modbus TCP连接到IoT网关，该网关将自动识别E2M并配置数据推送到云端。物联网网关安装在独立的CPX终端上，自主运行。

在这种情况下，由于它没有连接到PLC或DCS, E2M的一些好处没有完全实现。例如，无法触发测量工序间空气损失的漏风功能，无法实现设备空闲时自动关风。

然而，其优点在于安装简单，不会影响已验证的流程和设备，并为组织提供了一种无风险的方式来评估数据收集的运营效率。此外，PLC/DCS不需要编程或调试更改。

在完全集成的安装中，物联网网关连接到PLC/DCS，为E2M带来额外的功能。此外，数据可在PLC/DCS进行本地处理和分析。

这种完全集成的安装非常适合新设计，可以配置一个自主的CPX电气终端，也可以配置一个功能齐全的CPX终端，其中包括电气I/O、IO-Link或气动阀等操作模块。在后一种情况下，它使用标准的工业以太网协议(如Ethernet /IP、Profinet和EtherCAT)连接到PLC/DCS。功能块和附加指令(aoi)也可用于快速访问控制软件中的E2M数据和功能。

对于具有分散自动化概念的工厂来说，将这些电气端子靠近过程是非常常见的。因此，在新的设计中集成物联网网关并不是很复杂。

完全集成安装的好处与自主安装相同，除了一些附加功能，如压力变化的测量和系统非生产或过程时的自动停机。这些是可配置的参数，可以从功能块或AOI中访问，允许定制流程需求。人机界面(HMI)还可以访问所有的能源和诊断数据，用于本地仪表板和故障处理。

行业趋势

监测和测量压缩空气是在制药生产中使用物联网/I4.0的一个相关和实用的途径。许多大型制药公司的生产计划——为GMP(良好生产规范)、能源消耗和节约改进、运营生产率和效率以及提高收入和利润率生成和使用数据——都与压缩空气的使用直接相关。

ISO 50001是一个最新的标准，定义了能源管理系统的要求和指南。该标准基于建立、维持和改善能源使用。这正在被大多数大型制药公司采用和整合。衡量、检测和报告空气消耗趋势和损失的能力是实现这一标准和提高公司能源绩效的关键部分。

与E2M和物联网网关相关的安装便捷性有助于公司实现这一标准。E2M直接适用于现有的空气预处理和过滤装置，无论是新的还是现有的工艺制造设备。物联网网关模块可直接安装到阀门终端，Festo I/O模块，或两者的组合。这两款产品都可以在现场总线、HMI、本地网络、Festo云和第三方云上工作。他们还齐心协力解决制造业效率低下的问题，同时提供有用和有意义的数据。

方便、实时地访问压缩空气消耗数据，为改善环境足迹、降低能源成本、通过预测性维护提高效率，并最终提高利润铺平了道路。另一个长期的好处是，这是一个简单的I4.0应用程序，用于数据收集，以全面理解操作。它将帮助组织识别和量化真正的价值，并允许进一步的数字化战略和投资得到有效的定义。

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