系统1†用例:热力学性能监控
面对全球化、劳动力流动和日益加剧的网络安全威胁，流程密集型工业运营商正越来越多地投身于数字化转型革命，以简化生产。如果不明智地采用技术，并且文化上接受长期存在的流程的变化，在保持相对于同行的竞争优势的同时，提供安全、高效、可靠和环保的操作几乎是不可能实现的。
Bently Nevada一直在与客户合作，帮助解决这些挑战。通过对20个国家400多个终端用户的用户研究，我们研究了客户的团队动态、现场流程和技术套件，以确定系统1如何最好地支持全工厂机械管理。结果平台满足11独特的客户用例，每个用例利用系统1的一个子集连接，分析,可视化功能。这篇轨道文章探讨本特利的性能用例和系统1的实时和反应性机器监控的应用。
管理精密设备是一项复杂的任务;在组装和实施正确维护和操作设备的策略时，必须考虑许多因素。拥有燃气轮机、蒸汽轮机、离心式压缩机、泵、发电机和其他旋转设备的工业运营商通常将热力学性能监测纳入其资产战略，帮助他们回答以下问题:
- 我的设备效率如何?
- 我的设备效率如何随时间变化?
- 我的设备性能的变化如何影响工厂或单位生产力?
- 为什么我的设备燃料成本增加了，而产量却保持不变?
- 什么时候进行设备维护以弥补生产损失?
为了回答上述问题并更深入地了解设备健康状况，Bently Nevada提供系统1 Bently性能。Bently Performance软件模块扩展了系统1的功能，包括热力学性能的在线监测。Bently Performance根据ASME PTC代码执行计算，生成关键性能指标:
实际表现:当前环境和操作条件的实际输出。实际性能数据提供与当前工作点相关的机器当前性能信息，并与OEM推荐的最佳工作点进行比较。这一信息也表明了机器运行偏离设计条件的影响。
预期的性能:设计条件下OEM曲线的预期产量。如果机器没有退化，并且在设计条件下运行，则指示机器的预期性能。如果机器在OEM指定的设计条件下运行，这些值可以与实际性能进行比较。
修正的实际业绩:实际输出转置为标准日条件(ISO或特定地点等级)。通常用于燃气轮机，这些修正/转置输出可以与机器的额定或保证值进行比较，以找到绝对退化。当趋向化时，它们描述了与时间相关的相对退化。
修正后的预期业绩:预期输出转置到实际操作条件。这通常用于工艺气体压缩机，其运行偏离设计条件。修正后的期望值可以与实际性能进行比较，了解机器在实际条件下的退化情况。这些值可以指示浪涌或失速等情况。
在系统1中集成热力学性能监测的一个显著好处是在单一平台中访问机械和热力学机器状态信息。通过关联和比较系统1内的性能、过程、振动和机械数据，用户可以更全面地了解其机械的整体健康状况。
System 1平台提供与边缘机器数据源的全面连接，并收集高分辨率的振动、过程和控制系统数据。此数据可以从Bently Nevada设备收集，如3500、Orbit 60、Ranger Pro和/或Scout，并导入趋势、波形和设备生成的警报。
反过来，过程标签可以从可编程逻辑控制器(PLC)或历史记录器收集。每台服务器最多支持12,000个OPC标签，允许客户添加所有流程、先出和许可数据，以增强其机器管理程序。在v20.1版本中，将添加modbus工业协议，增强了将数据导入System 1的灵活性。
Bently Performance将经常使用来自PLC的数据值，其常用输入包括:
- 吸入温度
- 吸入压力
- 排气温度
- 排放压力
- 吸入或排出流量
- 速度
- 驱动电源
- 气体成分
此外，Bently Performance还可以利用气体成分来提高性能计算的准确性。如果安装了在线气相色谱仪，系统1可以消耗这些值(通过OPC)用于性能计算。如果没有在线气相色谱仪，系统1允许手动输入气体成分值。
在系统1中，输入的趋势数据最多每秒存储一次，这种高分辨率数据在可配置的时间跨度内保留在短期趋势存储中。这保证了在需要深入调查机械问题时，可以获得高密度、时间相关的数据。Bently Performance将对传入的数据运行计算，并以30秒的更新速率存储计算值(更新速率是可配置的)。
系统1支持两种架构来部署Bently Performance。在第一个体系结构中，Bently Performance安装在客户网络的第3级的System 1服务器上。在这个场景中，所需的Bently Performance输入被发送到System 1服务器，并通过Bently Performance引擎进行处理。
第二个体系结构利用System 1复制。复制的体系结构允许“复制”位于级别3上的一个或多个System 1数据库，并将其放置在位于业务网络上的服务器上。复制的体系结构为业务网络上的最终用户提供了改进的数据访问，并简化了与Bently Performance相关的维护活动(由于改进了可访问性)。
Bently Performance Engine使用System 1获取的过程数据来执行计算，并将数据发送回同一个System 1数据库进行可视化。以下是正确计算所遵循的高级步骤:
- 数据处理:评估标记的健康状况，验证数值并执行所需的任何单元转换。
- 状态方程的应用:根据机器、气体特性和最终用户要求，Bently Performance将利用几种状态方程之一(例如，Lee-Kesler, SRK, BWR, BWRS)为Bently Performance KPI生成特定的体积流量。
- 实际值计算:一旦在过程的各个阶段(例如，阶段1，阶段2)的气体特性可用，Bently Performance将计算评估机器性能所需的kpi(例如，效率，扬程，气体功率)。
- 期望值的计算:Bently Performance将通过与OEM曲线进行比较并应用修正因子来计算期望值。此外，Bently Performance将执行额外的计算，如能量平衡和化学计量计算。
- 输出处理:性能输出被处理(范围检查，单位转换等)，然后发送到系统1数据库。
然后，可以使用系统1决策支持等工具对Bently性能数据进行额外的分析。系统1的决策支持模块将于2020年8月发布，并将与系统1 20.1版本及以后版本一起运行。决策支持将允许用户开发自定义分析KPI，并应用Bently Nevada创建的规则来检测机械资产、辅助系统和工艺系统的故障模式。决策支持将在2020年晚些时候的Orbit文章中重点介绍。
阈值报警可以配置每个机器的运行状态，可调设置的时间延迟，闭锁，和抑制。每次测量可以配置四个级别的报警设定值，而不考虑数据的来源(例如，Bently Device, OPC或Bently Performance得出的计算值)。
通过System 1的HMI视图，客户可以在其姐妹机器和支持子系统的上下上下可视化地表示整个设施中的机器健康状况。用户可以在HMI工作区中定义导航链接，以自定义整个应用程序的工作流程。下面的例子突出了System 1和Bently Performance在数据可视化方面的主要优势。
系统1允许用户在一个绘图工作区中查看所有振动、过程和控制数据，并提供多种可用的绘图格式。由于所有数据以1秒的速率存储，测量值可以很容易地相互关联。这使用户能够混合和匹配数据表示，以获得机器行为的完整图像。
这种丰富、全面的数据集为机械工程师提供了新的实时监控机会，这在以前使用控制系统HMI、工业历史HMI或传统振动监测系统时是不可能实现的。这使得机械团队可以与作业一起工作，进行压缩机喘振测试、流量调整和现场泄漏识别。
在一个乙烯装置中，系统1被用作5个高度关键的机组(充气压缩机、充气增压压缩机、甲烷压缩机、丙烯压缩机和乙烯制冷压缩机)的机器状态监测平台，Bently Performance通过kpi(蒸汽效率和功率降低而蒸汽流量增加)对汽轮机污垢给出了明确的指示。这后来得到了证实，并与不良的水化学反应和涡轮机叶片上的矿床形成有关。在维修活动完成后，在系统1上观察恢复的性能，确认维修活动的有效性。汽轮机退化对压气机截面流量、质量、流量和速度也有影响。
在另一种情况下，在乙烯压缩机上涂了防污涂层，观察到振动的突然尖峰。工厂人员进行了调查，从本特利性能数据中发现了明显的污垢迹象。他们计划停机，打开机器，尽管有防污涂层，但在第2和第3阶段发现了污垢沉积物。这是一个很好的例子，说明振动监测和性能监测可以增加价值，发现机器中的问题并及时解决问题。
通过结合其连接、分析和可视化功能，系统1被定位为所有工业运营商的首要边缘历史学家和状态监测平台。回顾一下:
系统1从设施内的任何资产收集数据。在稳态操作期间可实现每秒一次的收集速率，而在报警和启动/关机事件期间(当从设备可用时)可存储次秒级数据。
存储的数据可以通过一组丰富的工具进行分析，以获得见解。核心S1应用程序可以配置基于阈值的报警，而决策支持和Bently Performance层具有额外的分析功能，可以更早地发现问题。
复制将数据从工厂网络的安全限制中解放出来，允许用户轻松访问S1。最多八个发射机数据库可以复制到业务网络上的一个接收机数据库。
一旦进入业务网络，用户就可以访问S1的广泛可视化功能，从而有效地调查机器异常状况。
最后，接口(即OPC UA)将丰富的系统1数据提供给外部系统，填充数据湖并为机器学习算法提供支持。
系统1 v20.1将于2020年5月发布。下面是包含的功能的完整列表。
功能的视频(需要有效的M&S协议)
系统1平台的深层功能将在即将发布的轨道杂志中进行探索。计划文章包括:
系统1的进化- 20周年庆典
2020年Q3(重新)引入系统1决策支持
Q4 2020系统1 -叶轮机械监控
未来还会有更多……