本案例分析介绍了杜克能源公司如何通过每日远程数据采集和监测来替代每月手动数据采集。
引言
杜克能源公司成立于1900年，是美国最大的发电公司，在美国拥有80多家工厂，员工超过29,000人。该公用事业公司总部位于北卡罗来纳州夏洛特，拥有52,700兆瓦的发电能力，向美国东南部和中西部地区六个州约740万用户供电。杜克能源还为150万天然气客户提供服务，并在加拿大和拉丁美洲运营多种发电设备，包括一系列可再生能源设备。
杜克能源公司以及发电行业的其他公司在手动监测机器状况时都面临着挑战。状态监测可通过避免设备故障导致的停机来控制成本以及提高设备服务能力。手动采集数据非常耗费人力; 在基于路线的数据采集方法中，杜克能源公司的预测性维护专家需要亲自走到每个站点手动采集数百个数据样本，然后返回计算机查看和分析采集到的数据。杜克能源公司的分析师每个月需要进行近6万次数据采集时，通常会花费80％的时间来采集数据，而只有20％的时间可用于分析数据，导致诊断不一致，风险评估受限，而且需要耗费大量时间和体力在走路上！
2010年，杜克能源公司开始在整个公司实施集中化项目，使用新技术来满足日益增加的可靠性要求并提高员工的工作效率。杜克能源公司希望拥有能够及时发现问题并通知专家的技术，以取代传统基于路线的数据采集做法，使他们能够将时间花在更有价值的任务上，并且无论身处何处都能完成工作。这个需要耗时数年的项目需要安装额外的传感器，采用全新的架构设计以及购买新基础设施来补充旧基础设施。
图1：NI CompactRIO系统通过连接全厂资产设备来为杜克能源提供机器监测解决方案
解决方案
杜克能源公司开始考虑利用工业物联网（IIoT）和大数据分析的元素来应对这些挑战。对于这个项目，杜克能源与NI以及美国电力研究院（EPRI） 、OSIsoft和InStep（现为施耐德电气的一部分）共同合作开发定制的监测和诊断基础设施，该设施称为Smart Monitoring and Diagnostics，简 称“Smart M&D” 。
EPRI已经推出了I4GEN（Developing Insights through the Integration of Information for Intelligent Generation，通过集成智能发电信息提高洞察力）框架，以支持发电公司转向使用物联网相关技术和解决方案。该研究所与合作伙伴分享专业知识，并支持多个发电组织之间的协作，而不是让他们像一盘散沙，各做各的。
技术投资和运营
此项目的必要投资包括安装额外在线传感器、基础设施、架构和诊断应用程序。
2012年，杜克能源开始开发新的架构来支持这个项目。Duke Energy采用了NI CompactRIO平台， 该平台结合了嵌入式实时处理器、高性能现场可编程门阵列（FPGA）以及可热插拔I/O模块，可将实时采集的数据发送到联网的上位机电脑中。传感器数据被传送到NI CompactRIO监控系统中进行信号采集和处理，结果通过有线或无线方式传输到工厂服务器。利用大量的模拟数据，NI CompactRIO可以进行报警，并为杜克的数据专家提供全面的波形分析。此外，杜克能源公司还使用用于状态监测的NI InsightCM™来可视化和分析数据。通过将FPGA和板载实时处理器连接到传感器，可大幅减少原始模拟波形，仅保留指示 节点处系统“健康”状况所需的数据。这样可以避免数据超载的情况，方便领域专家快速发现问题。
NI InsightCM软件是一款让数据更加方便易用的重要工具，并且非技术人员也可轻松使用。杜克正处于从传统技术向新技术的过渡中，以期为最终用户提供更优质的服务。
更多传感器正在添加到驱动器、电机、泵、变速箱和风扇等监测功能受限的设备上。对于已经配备传感器的机器，杜克能源专注于扩展其感测能力。例如，蒸汽涡轮发电机已经具有较高的感测能力，因为这些昂贵的机器需要通过警报来避免代价高昂的故障。杜克能源公司在这种设备中增加了更多的传感器来捕获数据，以支持更先进的振动监测，从而提高了未来故障的可预测性。
