利用IT/OT融合技術，通過監控和數據采集（SCADA）軟件、用于邊緣計算的工業PC、機器學習軟件和云連接，有助于創建可持續的應用。

一個測量和去除天然氣中硫化氫（H2S）的過程，使用了傳感器、用于邊緣處理的工業計算機（PC）、基于云的應用程序、機器學習以及監控和數據采集（SCADA）系統，來處理化肥和其它應用的農業級元素硫。自動化系統將手動測量和總勞動力成本降低了75%，使工廠更具成本效益。

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測量和去除天然氣中的硫化氫

硫化氫是一種易燃的無色氣體，對人類安全、法規遵從性和基礎設施完整性都會產生巨大影響。這種有毒氣體，存在于全球約40%至60%的天然氣井以及北美幾乎所有的氣井中，具有特有的臭雞蛋味，是一種刺激性和化學性窒息劑，會影響中樞神經系統和呼吸。必須從天然氣中去除有毒氣體，有多種去除硫化氫的技術。

雖然存在可以直接從氣體中去除硫化氫的化學物質，但處理起來可能昂貴且危險。這種化學品只有在處理低濃度硫化氫時才具有成本效益。如需處理大量硫化氫，則需要建造大型工廠來去除這些有毒化學物質。大多數氣井只有中等含量的硫化氫，其規模不足以建造5000萬美元的設施，也不足以用10美元/磅的化學品處理。在這兩種選擇之間，并沒有太多好的技術可以有效地去除硫化氫。

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用于脫除硫化氫的新型化學工藝和控制系統

Streamline Innovations公司顯著改進了氧化還原過程，并創造了市場上最高效的硫化氫處理解決方案之一。他們的Valkyrie硫化氫氣體和酸性氣體處理系統采用了最新的化學工藝和先進的控制系統，可以在單井以及整個油田的規模上去除天然氣中的硫化氫。與所有其它競爭產品相比，它可以從天然氣流中去除100%的硫化氫，幫助客戶大大降低了運營費用。最重要的是，Valkyrie系統將硫化氫轉化為農業級元素硫，這使土壤修復、作物肥料和害蟲防治受益。

到目前為止，在位于美國得克薩斯州和新墨西哥州的工廠內，Streamline Innovations已經生產了超過2000萬磅的硫，并正在向國際市場、沼氣處理和煉油廠處理領域擴張。如果不經處理，這些硫會轉化為二氧化硫，成為酸雨的主要來源。

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氧化還原過程控制系統面臨的挑戰

氧化還原過程需要進行精確的化學反應。然而，很難對這氧化和還原這兩個過程進行最佳控制。使其更具有挑戰性的是，天然氣中的硫化氫濃度和流速各不相同。因此，需要不斷調整添加到氣體中的化學試劑的數量。如果添加過多，化學過程可能會停止。如果添加量太少，那么一些硫化氫可能會進入管道。出于這個原因，在舊的工藝中，該領域的專家需要每隔幾分鐘就檢查一次濃度和流速。

不幸的是，專家們無法一直呆在天然氣設施現場，甚至不能經常前往，尤其是偏遠油井的小型裝置。Streamline公司的Valkyrie工藝，以智能和嚴格的化學控制取代了“該領域的專家”，使化學過程能夠在沒有人為干預的情況下，保持化學制劑的平衡。

起初，該公司測試了一個基于標準PLC的自動化平臺，但它無法執行復雜的計算和基于模型的控制。他們還定制了一臺OPC服務器，可以與云服務器通信，但它沒有身份驗證和安全保護。為了探索并找到理想的解決方案，Streamline又花了半年時間，接觸幾乎所有品牌的解決方案。功夫不負有心人，終于找到兩家自動化公司可以幫助改進控制和自動化過程、數據收集和遠程控制，以解決氧化還原面臨的挑戰，減少可變性并穩定化學過程。

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找到合適的邊緣處理技術

Streamline公司使用安裝在堅固耐用的工業PC上的SCADA軟件，這些PC通過消息隊列遙測傳輸（MQTT）通信協議與服務器通信。MQTT允許在不消耗太多帶寬的情況下傳輸相關數據，這意味著使用偏遠地區的蜂窩數據，通常足以支持運營。由于管理數據可能是一項挑戰，因此在邊緣和云之間進行智能分層計算。相比之下，復雜的計算（如模型預測控制）需要歷史數據，因此可以在云端進行。

電機振動系統會產生大量的亞秒級數據，由于傳輸這些數據所需的帶寬太大，因此無法將所有數據都發送到云端，所以數據是在邊緣處理的。找到合適的邊緣處理技術對于運營成功至關重要。

▲Streamline Innovations利用在Moxa計算機上運行的SCADA軟件，該軟件通過MQTT通信協議與Ignition服務器通信。通過運行完整版本，Streamline可以擴展Ignition軟件，其透視模塊通過本地Wi-Fi網絡部署。

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自整定模糊邏輯控制系統集成天氣數據

這種工業PC還可以運行Python腳本，使Streamline公司能夠執行復雜的計算，其中包括集成美國國家氣象局的天氣預報，以幫助確定最佳運行溫度。而單獨使用PLC則無法進行這些計算。在Python上運行的機器學習和模糊邏輯算法，提供了先進的控制效率和自整定系統，改善了運營效率。

“環境溫度和濕度會對硫的生產產生很大影響。機器學習幫助我們預測溫度，并允許我們調整表面活性劑和pH水平，以獲得更優的性能。例如，如果溫度在接下來的6小時內下降，即使環境溫度很好，我們也會開始加熱我們的裝置，” Streamline Innovations公司首席技術官Peter Photos博士解釋道。

Photos補充道，“信息技術（IT）和運營技術（OT）的融合，是我們能夠以小得多的規模開發這項技術的主要原因之一。從IT的角度來看，使用API進行天氣預報可能是一個微不足道的計算。但就OT應用而言，在過去，油田中并沒有可靠的堅固設備來實現該過程。”

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無線通信取代現場流量測量

現在，Streamline公司采用強大的工業PC，利用簡單的IT實踐，將IT融入到OT。這些獲得Class I, Div 2 認證的堅固型計算機，可以從PLC收集數據并將其轉換為有用的關鍵性能指標（KPI）。KPI數據傳輸到云端，由云服務器將數據分發給用戶。當蜂窩調制解調器關閉時，工業PC會記錄數據，然后在調制解調器備份后立即將其傳輸到云端，以確保OT設備的最大正常運行時間。Photos表示，“這意味著系統正在自我監控，展示了與工業PC架構的連接能力。”

此外，Streamline公司通過運行完整的SCADA軟件對其進行擴展，該軟件通過本地Wi-Fi網絡部署模塊。它允許用戶訪問裝置，包括裝置的完整HMI和裝置附近任何計算機的歷史現場數據。這意味著在進入現場后不久，運行人員就可以從車上的筆記本電腦上訪問該裝置。這實際上消除了對專用HMI的需求。

此外，蜂窩通信模塊允許用戶從任何地方訪問相同的HMI，這意味著從集中控制室甚至運行人員的手機上，都可以像在現場一樣進行查看和控制。從而大大消除了運行人員進入現場的需要，例如，裝置停機或有報警觸發。他們可以在家里或辦公室，用手機遠程重啟設備。

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強大和高效的數據收集系統

利用Moxa和Ignition的解決方案，Streamline Innovations不需要那么多的職員工來管理這些裝置，因此勞動力成本降低了75%。不再需要員工不斷更新流速和化學添加劑數據。由工業PC進行計算，可提供最大化的正常運行時間。

此外，在過去，Streamline公司無法解決幾個變量，如溫度和濕度變化等，這些變量可能會影響化學過程中的用水量。現在，他們可以了，因為在工業PC上運行的SCADA腳本的幫助下，機器學習已被添加到模型預測控制中。“我稱之為邊緣的榮耀。這是一場數據革命。它有助于Streamline推出革命性的硫化氫去除技術。”Photos補充道。

強大的數據收集系統提高了運營性能，數據集成使公司的每個分支機構都從中獲益。這些數據可用于維護計劃、設計更高效的裝置，以及公司范圍的業務模型的計算。未來，完全集成的數據將有助于實現業務的自動化，使公司的各個層面都能做出數據驅動的決策。

經過改進的Valkyrie系統采用了先進的自動化技術，為Streamline Innovations及其客戶帶來了諸多好處，包括節約成本、減少勞動力、提高正常運行時間以及從系統中高效收集信息，以持續改進運營。該公司計劃利用其解決方案團隊和經驗幫助客戶解決工業市場面臨的挑戰，將Valkyrie技術的使用范圍擴大到更多領域。

關鍵概念：?

■?硫化氫氧化還原反應需要不斷調整添加到氣體中的不同化學試劑的數量。過去，需要派遣專家駐在現場進行人工處理。

■?完全集成的數據將有助于實現整個范圍內的業務自動化，允許在公司的各個層面做出數據驅動的決策。

思考一下：?

在運營中，如何使用實時的智能控制來取代以前手動實現的過程？

審核編輯：劉清