新SCADA 系统：集成边缘计算、MQTT 和云平台

作者 | Jim Meyers

通过升级新的监控和数据采集（SCADA）系统，可再生能源公司在运营和业务管理方面获得更多优化和改进。

使系统更易于满足合规要求的同时，还可以获得其它好处，对制造商来说，这是一个真正的双赢。只要问问Roeslein 可再生能源公司（RAE）就明白了，该公司投入了一套新的监控和数据采集系统（SCADA），除了合规性， 还在很多其它领域获得了改进。

总部位于美国圣路易斯的可再生能源公司RAE， 拥有运营和开发沼气洗涤设施， 可将农业和工业生物废物转化为可再生天然气和可持续的副产品。系统集成商Roeslein&Associates（同属RAE 集团）为其升级了新的SCADA 系统，并使用了几种现代技术，包括云服务平台、SCADA 平台、边缘计算和消息队列遥测传输（MQTT）功能。

新系统可以从不同位置可靠地收集数据，将其存储在同一个地方，提供给用户访问。该系统帮助RAE 公司满足政府的合规性要求，也可以帮助其它公司满足这些要求。安全网络可以支持增加更多的公司，每个公司只能访问它们自己的数据。该系统提供了一种简化的方式来可视化数据、评估运营状态，并生成必要的月度报告，以确保合规性。

该系统提供了单一的事实来源，并简化了数据提交过程。RAE 公司每天还使用这个新平台来管理和优化生产，并能持续添加新的功能。

检查所有阀门，确认是否有某个阀门开裂或泄漏。

集成SCADA、云和边缘技术

“连接所有部件并不困难。”负责该项目实施的系统工程师Mitchell Leefers 表示， 使用Amazon 云服务资源通常需要一段学习曲线，但通过边缘技术和MQTT，一切都可以完美地连接在一起。

该项目涉及两个独立的数据采集系统。其中一个可以处理合规报告所需的数据，并可以以安全的方式将其它公司包括在内。该系统拥有一个虚拟的私有云。它还包括与可编程逻辑控制器（PLC）直接连接的以太网，以确保可靠的边缘设备通信。数据通过MQTT 传输。第二个系统仅用于RAE 公司收集其所有过程数据。这些数据被用于整体设备效率（OEE）、故障排除、维护跟踪和过程改进。

“ 当决定将其分为两个系统时，我们并没有现成的、在以前项目中使用过的任何模型，” Leefers 说，“我们做这个决定，完全是根据客户提供的信息和我们过去的经验。”

SCADA 系统帮助RAE 公司向政府许可机构报告合规性。RAE 的财务经理Ivailo Chervenkov 说：“它通过用户友好的界面提供最新的运营数据，极大地促进了我们的合规工作。它还使我们可以以更高效的方式，来简化数据收集和分发。在使用该系统之前，所有数据都是通过繁琐的手动方法收集、过滤和分发的。”

现在，RAE 公司可以利用这些数据来实现更多功能， 以进一步改善运营。Cher venkov 说：“该系统使我们能够扩大报告工作，以应对不断增加的容量，以及更多的设施和增加的复杂性所带来的挑战。数据也变得更可靠和可用，加快了关键生产和预测活动。该系统帮助我们轻松确定出问题的领域，并快速找到实时解决方案，从而提高信息和决策的效率和质量。”

SCADA 软件提供的不仅仅是合规性

RAE 公司工程副总裁Eric Bancks 说：“SCADA 软件与我们的每日报告交互，允许单点访问数据。它提供了访问和可视化历史过程数据的工具，用于优化和故障排除的过程分析。我们能够绘制历史沼气产量与沼气预测模型对比图，并用经验数据修改预测模型，跟踪甲烷回收和甲烷不平衡。数据则用于识别‘可疑’仪表，以加快维修。”

新的SCADA 系统在解决问题的同时还节省了大量时间。Bancks 说：“因为大多数网点都离我们办公室很远。现在，我们可以在办公室收集数据并进行分析，为现场提供指导，而无需单程高达四五个小时的差旅。”

利用SCADA 平台中的分析工具，对数据进行趋势分析还会带来其它好处。Bancks 说：“我们的过程团队广泛使用定制趋势工具。它使我们的过程团队可以在同一个图上绘制多个变量，还可以将数据下载为CSV 文件，以供进一步操作和分析。”自定义趋势工具，具有不同的数据查询，如分钟快照、分钟平均值、小时平均值等。这有助于以任务所需的任何频率管理数据。

RAE 已经预见到更好、更多地访问数据所带来的巨大价值，这对决策过程和预算编制至关重要。它提供了一致、准确和及时的数据，可供整个公司的不同员工日常使用。它还允许不同级别的管理层使用不同类型的信息，从而有助于改善决策。

合规记录可帮助不同需求的企业

创建合规记录的软件，也可以帮助没有合规要求的组织。“这类系统可用于任何类型的数据采集和分析，” Leefers 说，“我们已经建立了一个高可用性和高冗余的系统，通过互联网与中央数据库连接，可靠地从世界任何地方的运营中获取数据。这是我们解决的问题，但它也可能是其它不同场景的解决方案。”

系统集成商正在为该系统增加新的功能。“我们正在整合条形码系统， 以便更高效地跟踪天然气运输。” Leefers 说。

许多生产场所没有与天然气管道的直接连接，所以在给卡车加油时，需要将天然气送到卸载站注入管道。每批货物都必须用一份文件进行跟踪，其中包含装载在卡车上的天然气信息。虽然，可以手动完成该过程的大部分工作，但需要大量运行人员手动输入数据以创建文档，且人工输入容易出错。新的条形码系统将使追踪每批气体及其数据变得更加容易和可靠。

本文来自于控制工程中文版（CONTROL ENGINEERING China）2022年5月刊《应用案例》栏目：升级SCADA 系统：提升合规性和运营效率

审核编辑 黄昊宇