摘要：針對制造廠區多子系統獨立、數據割裂、運維繁瑣等行業痛點，本文提出多層級智慧工廠一體化集成架構，整合樓宇自控、能耗監測、智能照明、罐體安全預警、產線工藝設備管控、IBMS集成平臺，給出跨協議融合、工藝流程聯動、存量輕量化改造技術路徑，為多行業工廠智能化升級提供技術參考。

關鍵詞：智慧工廠，IBMS集成，BA樓宇自控，能耗在線監測，多協議邊緣網關，工藝流程智能管控，壓力容器安全預警，工廠設備聯動

0 引言

當前離散制造、化工、食品加工、裝備制造等行業廠區智能化建設普遍存在碎片化建設問題：暖通機電、公共照明、能源計量、壓力容器安全、生產工藝設備管控分屬不同供應商獨立搭建，各子系統私有通訊協議不兼容，運維人員需切換多套管理后臺查看數據；機電調控、能耗分析、安全預警、生產工藝聯動無法形成閉環，同時新建項目成套投入高、老舊廠區大面積拆改影響生產，制約工廠數字化、節能化、安全化同步升級。

現有行業文獻多單一研究生產產線自動化或單一機電自控系統，缺少面向廠區公共機電、能源、照明、壓力容器、生產工藝流程全域一體化融合的完整技術論述。本文梳理各行業工廠智能化共性痛點，搭建四層一體化集成架構，詳解BA樓宇自控、分項能耗監測、工業智能照明、空壓罐安全預警、工藝流程設備聯動五大核心子系統融合邏輯，分析分體建設技術缺陷與輕量化改造實施路徑，形成通用工程落地技術方案。

1 各行業工廠智能化建設共性痛點

1.1 多子系統數據孤島，無統一管控平臺

冷水機組、水泵、空壓機由DDC單獨管控，水電冷熱能耗依靠獨立計量系統采集，車間照明采用單獨調光模塊，儲氣罐壓力溫度依靠本地儀表值守，生產工藝設備獨立運行管控，各系統數據互不互通，無法實現能耗超標聯動空調降載、罐體異常聯動排風泄壓、工藝啟停聯動廠區機電設備協同調控等自動化處置。

1.2 多品牌異構設備協議割裂，跨系統聯動失效

不同廠商DDC、計量儀表、照明控制器、工藝設備終端、傳感終端采用私有協議，無標準化轉換中樞，僅能實現基礎數據查看，無法搭建全域聯動策略，難以滿足綠色工廠、安全生產標準化、智能制造驗收要求。

1.3 存量廠區改造改動量大，停產損失高

傳統改造方案全盤更換控制器、計量儀表、布線橋架，中型廠區改造周期長達30~45天，生產線停工造成經濟損耗，大量中小制造企業受預算制約暫緩智能化升級。

1.4 安全與節能、生產管控分離，運維人力成本偏高

壓力容器安全巡檢、車間機電巡檢、能耗抄表、照明巡檢、工藝設備點檢分多班組人工完成，人工巡查存在滯后性，生產異常、能耗浪費、設備隱患無法第一時間識別，綜合運維成本長期居高不下。

2 智慧工廠四層一體化標準化集成架構

整套體系遵循“分散采集、邊緣解析、統一集成、全域聯動”設計原則，分為現場感知執行層、多協議邊緣網關層、本地自控運算層、IBMS綜合集成平臺層。

2.1 現場感知執行層

覆蓋五類現場采集與執行設備：暖通DDC控制終端、水電冷熱計量儀表、工業照明感應與調光模塊、空壓罐壓力/溫度/形變安全傳感終端、生產工藝設備運行采集終端；所有終端支持RS485、BACnet、Modbus、M-Bus通用總線，存量原有設備無需整體替換，可原位并聯接入組網。

2.2 多協議邊緣網關集成層

作為全域數據轉換核心，兼容廠區全部異構設備私有與標準協議，單臺網關并行接入DDC、計量儀表、照明控制器、罐體安全傳感器、工藝產線設備終端；本地緩存7~30天完整運行數據，斷網狀態留存記錄，網絡恢復批量同步至上層平臺，內置邊緣計算邏輯，本地判定能耗超限、罐體超壓、工藝異常等工況并下發聯動指令。

2.3 本地自控運算層

由工業DDC控制器、照明控制模塊、罐體預警本地處置單元、工藝聯動控制單元組成，具備離線自治能力：外網中斷時可獨立完成空調負荷調節、車間照明感應啟停、儲氣罐超壓聯動泄壓排風、產線配套設備協同啟停，保障廠區生產、節能、安全管控不間斷運行。

2.4 IBMS綜合集成平臺層

B/S架構全域可視化管控后臺，統一匯總機電、能耗、照明、壓力容器、生產工藝設備全部運行數據，分車間、分產線、分樓棟展示實時曲線、分級故障告警、分項能耗臺賬、工藝工況報表；自定義跨系統聯動策略，開放標準化對接接口，支持集團多廠區遠程統一運維，自動生成節能審計、安全生產、智能制造標準化報表。

3 一體化方案五大核心子系統融合應用技術

3.1 BA樓宇自控系統（廠區機電自動化管控）

自研工業級DDC控制器適配冷水機組、新風機、循環水泵、換熱機組、空壓機配套調控，根據車間生產排班、室外溫濕度動態調節設備運行負荷；無人生產時段自動關停閑置機電，同步將機組運行負荷數據推送至能耗監測模塊核算設備單臺能耗，為產線節能優化提供數據支撐。

3.2 分項能耗在線監測系統（廠區能源精細化管控）

配套全品類智能計量終端，24小時自動采集廠區電、水、燃氣、冷、熱、壓縮空氣能耗數據，自動識別管路泄漏、設備空載、夜間空轉等浪費點位；能耗超限信號同步推送至BA與照明系統，自動下調空調、公共照明功率，實現能耗監測與機電調控閉環聯動，滿足雙碳考核、綠色工廠評級數據上報需求。

3.3 工業專用智能照明控制系統

搭載毫米波人體存在、光照度雙傳感采集終端，適配粉塵、潮濕車間、地下車庫、廠區走廊場景，實現人來燈亮、人走延時降功率，沿窗區域依據自然光自適應調光；照明回路用電數據單獨歸入能耗臺賬，可與車間生產啟停信號聯動，停產時段批量關停全域公共照明，綜合降低照明用電損耗。

3.4 空壓罐罐體安全預警保護系統（廠區壓力容器主動防控）

實時采集儲氣罐壓力、壁溫、形變、排氣壓力參數，AI算法預判超壓、高溫、裂紋等安全隱患，多級遠程推送告警；異常工況下聯動BA系統開啟機房排風、觸發泄壓閥門，同步在IBMS平臺彈窗記錄隱患臺賬，解決壓力容器人工巡檢滯后、安全風險不可控行業難題。

3.5 工廠設備與工藝流程智能聯動管控（新增工業核心工藝模塊）

針對各類制造工廠流水線、工序作業、生產設備集群，系統實現生產工藝與廠區公用設備全聯動智能管控，打通生產流程與建筑智能化系統的數據壁壘，解決傳統工廠“生產、設備、能耗、環境各跑各的”管控割裂問題。

（1）工藝工序啟停聯動管控

系統可對接生產線總控、工序啟停信號，實現工序開工、停工、換班全自動聯動廠區配套設備：產線開工自動開啟車間新風、空調恒溫恒濕系統、工位照明、壓縮空氣機組；工序收尾、產線停工自動延時關停冗余機電設備、非必要照明回路，杜絕設備空載待機能耗浪費，完全適配流水線批量生產、間歇生產、多班次生產工況。

（2）工藝環境參數智能適配調控

針對精密制造、食品醫藥、電子加工、化工制程等對溫濕度、潔凈度、壓差有嚴格工藝要求的場景，依托DDC實時采集車間環境參數，根據不同工藝標準自動微調空調風量、水流、過濾新風量，保障制程環境穩定，規避溫濕度波動造成的產品不良、工藝返工問題。

（3）工藝設備能耗溯源分析

通過多協議網關抓取每臺工藝設備運行時長、啟停頻次、負荷狀態，與分項能耗數據綁定，實現“單臺設備、單條產線、單個工序”能耗精準溯源，精準核算單位產品能耗成本，為生產工藝優化、設備運維排班、節能降本改造提供真實數據依據。

（4）工藝異常聯動安全防護

當生產設備過載、工序停機異常、工藝參數超標時，系統可聯動罐體安全監測、機房排風、消防聯動、聲光告警，自動記錄工藝異常臺賬，實現生產故障、設備隱患、安全風險一體化預警處置，提升工廠智能制造安全等級。

4 分體獨立建設與一體化集成方案工程對比

4.1 分體多商家實施短板

多供應商設備協議不互通，無統一聯動邏輯；改造需大規模拆換原有管線設備，工期長、停產損耗大；運維需多人分系統值守，人力投入高；節能、安全、生產工藝數據分散，無法形成完整驗收臺賬與智能制造管控體系。

4.2 一體化集成方案優勢

依托多協議網關實現全設備數據互通，統一一套IBMS后臺完成全部管控；存量設備利舊改造，僅增補網關、傳感終端即可完成升級，施工周期壓縮60%；一套系統同步實現生產工藝管控、節能降耗、設備自控、壓力容器安全預警，運維人力大幅精簡；自動生成合規報表，適配各類行業驗收、審計、智能制造評級標準。

5 多行業適配落地場景

1）裝備制造廠房：車間空壓機罐體安全預警、生產車間機電分時調控、車間照明感應管控、生產能耗分項統計、流水線工藝設備聯動管控；

2）化工加工廠區：壓力容器全域監測、冷熱站BA自控、公用區域能耗監測、倉儲照明節能改造、化工制程環境參數智能調控；

3）食品醫藥生產車間：潔凈車間溫濕度DDC調控、分項能耗審計、庫房照明人體感應、壓縮空氣罐體安全監測、生產工序環境工藝聯動；

4）產業工業園區多廠房集群：多廠區IBMS集團統一管控、分廠房能耗對賬、公共車庫照明、冷熱站集中自控、多廠區生產設備狀態集中監控。

6 結語

針對各行業工廠智能化碎片化建設、數據孤島、改造成本高、安全節能與生產管控分離痛點，本文構建四層智慧工廠一體化集成架構，融合BA樓宇自控、分項能耗監測、工業智能照明、壓力容器安全預警、生產工藝流程設備聯動五大核心子系統，依托多協議邊緣網關完成異構設備數據互通與跨系統聯動，實現生產工藝、設備運行、能源消耗、環境安全一體化閉環管控。存量廠區可實現輕量化利舊改造，兼顧新建項目成套落地需求，為制造行業數字化、節能化、安全生產、智能制造升級提供標準化技術路徑。

具備全套DDC控制器、多協議邊緣網關、能耗計量終端、智能照明模塊、罐體安全傳感設備、工藝數據采集終端、IBMS集成平臺軟硬件自研能力的技術企業，可依據廠區原有設備清單定制一體化兼容集成方案，提供前期廠區點位勘測、多系統組網部署、工藝流程聯動邏輯編程、長期遠程技術支撐一體化工程服務。機電工程師、廠區能源與安全管理員、弱電集成商，存在工廠多系統智能化集成、存量廠區節能安全改造、工藝設備智能化聯動升級相關技術疑問，可查閱標準化一體化集成架構與落地應用技術資料。

參考文獻

[1] GB/T 51453-2021 智能建筑設計標準

[2] GB/T 24589.1-2010 石油化工企業能耗監測系統技術導則

[3] TSG 21-2016 固定式壓力容器安全技術監察規程

[4] GB/T 39116-2020 智能制造系統集成通用要求