Quando se trata de automação de processos na indústria petroquímica, o estereótipo de que a produção é complexa é frequentemente acionado, o que significa que tudo o que pode ser alcançado é automatizado nesse local, graças aos sistemas de controle de processos. Na verdade não é bem assim.
A indústria petroquímica é realmente muito bem automatizada, mas isso diz respeito ao principal processo tecnológico, onde a automação e a minimização do fator humano são críticas. Todos os processos associados não são automatizados devido ao alto custo das soluções de controle de processos e são realizados no modo manual. Portanto, uma situação em que a cada duas horas um funcionário verifica manualmente se um determinado tubo está adequadamente aquecido, se a chave necessária está ligada e a válvula está retraída ou se o nível de vibração do rolamento é normal, é normal.
A maioria dos processos não críticos não é automatizada, mas isso pode ser feito com a ajuda da Internet das coisas, não do sistema de controle de processos.
Infelizmente, existe um problema - a lacuna nas comunicações entre clientes da indústria petroquímica e os próprios desenvolvedores de ferro, que não têm clientes na indústria de petróleo e gás e, portanto, não recebem informações sobre os requisitos de equipamentos em termos de uso em áreas agressivas e explosivas, em condições climáticas adversas. condições etc.
Neste post, falaremos sobre esse problema e como resolvê-lo.
IoT em petroquímicos
Para verificar alguns parâmetros, usamos desvios para fins de inspeção visual e tátil de nós de instalação não críticos. Um dos problemas comuns é o suprimento de vapor. O vapor é um líquido de arrefecimento para muitos processos petroquímicos e é fornecido da estação de aquecimento para a unidade final por meio de tubos longos. Deve-se ter em mente que nossas plantas e plantas estão localizadas em condições climáticas bastante difíceis, os invernos na Rússia são severos e, às vezes, alguns canos começam a congelar.
Portanto, de acordo com os regulamentos, certas pessoas, uma vez por hora, devem fazer rondas e medir a temperatura dos tubos. Na escala de toda a planta - esse é um grande número de pessoas que quase fazem isso - eles vão tocar os canos.
Em primeiro lugar, é inconveniente: as temperaturas são baixas e você precisa ir longe. Em segundo lugar, dessa maneira é impossível coletar e, principalmente, usar os dados no processo. Em terceiro lugar, é caro: todas essas pessoas deveriam fazer um trabalho mais útil. Finalmente, o fator humano: com que precisão a temperatura é medida, com que frequência isso acontece?
E essa é apenas uma das razões pelas quais os gerentes de fábricas e fábricas estão seriamente preocupados em minimizar o impacto do fator humano nos processos tecnológicos.
Este é o primeiro caso útil de possíveis aplicativos de IoT em produção.
O segundo é o controle de vibração. O equipamento possui motores elétricos e o controle de vibração deve ser realizado. Ainda está sendo realizado da mesma maneira, manualmente - uma vez por dia, as pessoas andam por aí e usam instrumentos especiais para medir o nível de vibração e garantir que tudo esteja em ordem. Isso é novamente um desperdício de tempo e recursos humanos, novamente a influência do fator humano na correção e na frequência desses desvios, mas o mais importante é que você não pode trabalhar com esses dados, porque praticamente não existem dados para processamento e é impossível mudar para a manutenção de equipamentos dinâmicos.
E agora essa é uma das principais tendências do setor - a transição da manutenção de rotina para a manutenção atual, com a organização adequada da qual são mantidas a contabilidade ativa e detalhada do tempo de operação do equipamento e o controle total do seu estado atual. Por exemplo, quando é hora de verificar as bombas, você verifica seus parâmetros e vê que a bomba A conseguiu obter o número de horas de operação necessárias para a manutenção e a bomba B ainda não está lá, o que significa que ainda não é possível repará-la, é muito cedo.
Em geral, como uma troca de óleo em um carro a cada 15.000 quilômetros. Alguém pode fazer isso por seis meses, alguém precisará de um ano e alguém levará ainda mais tempo, dependendo de como usar ativamente um carro em particular.
A mesma coisa com as bombas. Além disso, existe uma segunda variável que afeta a necessidade de manutenção - o histórico dos indicadores de vibração. Suponha que o histórico de vibrações estivesse em ordem, a bomba ainda não foi acionada pelo relógio, o que significa que ainda não estamos em manutenção. E se o histórico de vibrações não for normal, essa bomba deverá ser mantida mesmo que as horas não estejam funcionando. E vice-versa - com uma excelente história de vibrações, servimos se as horas foram acumuladas.
Se tudo isso for levado em consideração e atendido dessa maneira, é possível reduzir o custo de manutenção de equipamentos dinâmicos em 20 ou até 30%. Dada a escala de produção, esses são números muito significativos, sem perda de qualidade e sem comprometer a segurança. E esse é um caso pronto para o uso da IIoT na empresa.
E também existem muitos contadores dos quais as informações são agora retiradas manualmente ("desceu - olhou - anotou"). Também é mais eficiente atendê-lo on-line, assistir em tempo real o que é usado e como. Essa abordagem ajudará bastante a resolver a questão do uso de energia: sabendo os números exatos de consumo, você pode fornecer mais vapor ao tubo A pela manhã e mais vapor ao tubo B à noite, por exemplo. Afinal, agora as usinas estão sendo construídas com uma grande margem para fornecer calor com precisão a todos os nós. E você pode construir não com uma margem, mas alocando recursos racionalmente e de maneira ideal.
Esta é a decisão baseada em dados da moda quando as decisões são tomadas com base no trabalho completo com os dados que eles coletaram. Nuvens e análises são especialmente populares hoje em dia, as Inovações Abertas deste ano falaram muito sobre grandes datas e nuvens. Todos estão prontos para trabalhar com os bigdata, processo, armazenamento, mas primeiro os dados devem ser coletados. Isto é dito menos. Existem muito poucas startups de hardware agora.
O terceiro caso da IoT é o rastreamento de pessoal, a navegação no perímetro e muito mais. Usamos isso para monitorar os movimentos dos funcionários e monitorar áreas fechadas. Por exemplo, algum trabalho é realizado na zona, durante o qual não deve haver pessoas de fora - e existe a possibilidade de controlar visualmente isso em tempo real. Ou o atacante foi checar a bomba e, por um longo tempo, está com ele e não está se mexendo - talvez a pessoa tenha ficado doente, preciso de ajuda.
Sobre os padrões
Outro problema é que não há integradores prontos para criar soluções para a Internet das coisas industrial. Porque nesta área ainda não há padrões estabelecidos.
Por exemplo, como as coisas estão em casa: existe um roteador wifi, você pode comprar outra coisa para uma casa inteligente - uma chaleira, soquete, câmera IP ou lâmpadas - conecte tudo ao seu wifi existente e ele funcionará. Funcionará com certeza, porque o wifi é o padrão sob o qual tudo está preso.
Porém, na esfera das soluções para empresas, não existem padrões para esse nível de prevalência. O fato é que a própria base de componentes tornou-se acessível relativamente recentemente, o que permitiu às glândulas dessa base competir com os recursos humanos.
Se você comparar visualmente, os números serão sobre essa escala.
Um sensor de sistema de controle industrial custa cerca de US $ 2.000.
Um sensor LoRaWAN - 3-4 mil rublos.
10 anos atrás, geralmente havia apenas sistemas de controle de processo, sem alternativas, o LoRaWAN apareceu há cerca de 5 anos.
Mas não podemos simplesmente pegar e usar sensores LoRaWAN em nossas empresas
Seleção de tecnologia
Com o wifi em casa, tudo fica claro, com o equipamento de escritório, tudo fica igual.
Não há padrões populares e comumente usados em termos de IoT no setor. Obviamente, existem vários padrões diferentes do setor que as empresas desenvolvem para si mesmas.
Tomemos, por exemplo, o HART sem fio, feito pelos caras da Emerson - também de 2,4 GHz, quase o mesmo wifi. A área dessa cobertura de ponto a ponto é de 50 a 70 metros. Dado que a área de nossas instalações excede o tamanho de vários campos de futebol, fica triste. Sim, e uma estação base neste caso pode servir com confiança até 100 dispositivos. E agora estamos equipando uma nova instalação, já existem nos estágios iniciais mais de 400 sensores.
E há o NB-IoT (NarrowBand Internet of Things), fornecido pelas operadoras móveis. E, novamente, não para uso em produção - em primeiro lugar, é banal caro (a operadora cobra uma taxa pelo tráfego) e, em segundo lugar, muita dependência é formada nas operadoras de telecomunicações. Se você precisar colocar esses sensores em salas como um bunker onde a conexão não é capturada e precisar colocar equipamentos adicionais, precisará entrar em contato com o operador, mediante pagamento de uma taxa e com prazos imprevisíveis para atender ao pedido de cobertura da rede da instalação.
É impossível usar wifi puro nos sites. Até os canais domésticos estão obstruídos com 2,4 GHz, 5 GHz, e temos um local de produção com um grande número de sensores e equipamentos, e não apenas alguns computadores e celulares por apartamento.
Obviamente, existem padrões proprietários de qualidade sã. Mas isso não funciona quando estamos construindo uma rede com muitos dispositivos diversos, precisamos de um único padrão e não de algo fechado, o que novamente nos levará à dependência de um ou outro fornecedor.
Portanto, a aliança LoRaWAN parece ser uma saída muito boa, a tecnologia está se desenvolvendo ativamente e, na minha opinião, tem todas as chances de crescer para um padrão de pleno direito. Depois de expandir a faixa de frequência do RU868, temos mais canais do que na Europa, o que significa que você não pode se intimidar com a capacidade da rede, o que torna o LoRaWAN um excelente protocolo para coletar parâmetros periodicamente, digamos, uma vez a cada 10 minutos ou uma hora por hora.
Idealmente, a partir de vários sensores, precisamos receber dados a cada 10 minutos para realizar uma imagem de observação normal, coletar dados e geralmente monitorar as condições do equipamento. E, no caso de rastreadores, essa frequência é igual a uma hora, no máximo.
O que mais está faltando?
Falta de diálogo
Não há diálogo suficiente entre desenvolvedores de hardware e clientes de petroquímicos ou petróleo e gás. E acontece que os especialistas em TI fabricam ferro que é excelente em termos de TI, que não pode ser usado maciçamente na produção petroquímica.
Por exemplo, um pedaço de ferro no LoRaWAN para medir a temperatura dos tubos: pendurou-o no tubo, prendeu-o com uma abraçadeira, desligou o módulo de rádio, fechou o ponto de controle - e é tudo.
O equipamento em termos de TI é absolutamente adequado, mas há problemas para o setor.
3400 mAh bateria Obviamente, não é o mais simples, o cloreto de tionil está aqui, o que lhe dá a oportunidade de trabalhar em -50 e não perder capacidade. Se enviarmos informações desse sensor a cada 10 minutos, a bateria será carregada em seis meses. Na solução por partes, está tudo bem - desaparafusei o sensor, inseri uma nova bateria por 300 rublos a cada seis meses.
E se são dezenas de milhares de sensores em uma enorme plataforma? Levará uma quantidade enorme de tempo. Ao remover o número de horas de trabalho desviadas, obtemos o mesmo tempo para manutenção do sistema.
Uma solução bastante óbvia para o problema é colocar a bateria não por 300 rublos, mas por 1000, mas por 19.000 mAh, ela deverá ser trocada a cada 5 anos. Isso é normal. Sim, isso aumentará um pouco o custo do próprio sensor. Mas a indústria pode pagar e realmente precisa.
Ninguém é casdev, então ninguém sabe sobre as necessidades da indústria.
E sobre o principal
E o mais importante, o que eles tropeçam precisamente por causa da falta banal de diálogo. A petroquímica é produção, e a produção é bastante perigosa, onde é possível um cenário de vazamento de gás local e a formação de uma nuvem explosiva. Portanto, sem exceção, todos os equipamentos devem ter proteção contra explosão. E possua os certificados de proteção contra explosão relevantes de acordo com a norma russa 012/2011.
Os desenvolvedores simplesmente não sabem disso. E a proteção contra explosão não é um parâmetro que pode ser simplesmente adicionado a um dispositivo quase acabado, como alguns LEDs adicionais. É necessário refazer tudo, desde a própria placa e o circuito até o isolamento dos fios.
O que fazer
Tudo é simples - para se comunicar. Estamos prontos para um diálogo direto, meu nome é Vasily Ezhov, o proprietário do produto IoT na SIBUR, você pode me escrever aqui no PM ou por e-mail - ezhovvs@sibur.ru. Temos o TK pronto, contaremos tudo e mostraremos o que e por que precisamos de equipamentos e o que precisa ser levado em consideração.
No momento, já estamos construindo uma série de projetos no LoRaWAN na zona verde (onde a proteção contra explosão não é um parâmetro obrigatório para nós), analisamos como é em geral e se o LoRaWAN é adequado para resolver problemas em tal escala. Gostamos muito das pequenas redes de teste, agora estamos construindo uma rede com uma alta densidade de sensores, onde cerca de 400 sensores estão planejados em uma instalação. Em termos de quantidade para LoRaWAN, isso não é muito, mas em termos de densidade da rede, já é um pouco demais. Então confira.
Em várias exposições de alta tecnologia minhas, os fabricantes das glândulas geralmente ouviam pela primeira vez sobre a proteção contra explosão e sua necessidade.
Portanto, este é, antes de tudo, o problema da comunicação que queremos resolver. Somos muito fortes em relação ao cusdev, é útil e benéfico para todas as partes, o cliente obtém o ferro certo para suas necessidades e o desenvolvedor não perde tempo criando algo desnecessário ou refazendo completamente as peças de metal existentes do zero.
Se você já está fazendo algo semelhante e está pronto para expandir para os setores de petróleo e gás e petroquímico - basta escrever para nós.