Wenn es um die Automatisierung von Prozessen in der petrochemischen Industrie geht, kommt oft das Klischee zum Tragen, dass die Produktion komplex ist, was bedeutet, dass dort dank automatisierter Prozessleitsysteme alles automatisiert ist, was erreicht werden kann. Eigentlich nicht ganz so.
Die petrochemische Industrie ist zwar recht gut automatisiert, aber das betrifft den technologischen Kernprozess, bei dem Automatisierung und Minimierung des menschlichen Faktors von entscheidender Bedeutung sind. Alle damit verbundenen Prozesse sind aufgrund der hohen Kosten automatisierter Prozesssteuerungslösungen nicht automatisiert und werden manuell durchgeführt. Daher ist eine Situation, in der ein Mitarbeiter alle paar Stunden manuell prüft, ob dieses oder jenes Rohr richtig erhitzt ist, ob der erforderliche Schalter eingeschaltet ist und ob das Ventil eingefahren ist, ob das Vibrationsniveau des Lagers normal ist – das ist normal .
Die meisten unkritischen Prozesse sind nicht automatisiert, aber dies kann mithilfe von Internet-of-Things-Technologien anstelle automatisierter Prozesskontrollsysteme erfolgen.
Leider gibt es hier ein Problem – eine Lücke in der Kommunikation zwischen Kunden aus der petrochemischen Industrie und den Eisenentwicklern selbst, die keine Kunden in der Öl- und Gasindustrie haben und dementsprechend keine Informationen über die Anforderungen an die zu verwendende Ausrüstung erhalten in aggressiven, explosionsgefährdeten Bereichen, unter rauen klimatischen Bedingungen usw.
In diesem Beitrag werden wir über dieses Problem und seine Lösung sprechen.
IoT in der Petrochemie
Zur Überprüfung einiger Parameter nutzen wir Begehungen zur visuellen und taktilen Prüfung unkritischer Anlagenteile. Eines der häufigsten Probleme hängt mit der Dampfversorgung zusammen. Dampf ist das Kühlmittel für viele petrochemische Prozesse und wird über lange Rohre vom Heizwerk zum Endknoten geleitet. Es ist zu berücksichtigen, dass sich unsere Fabriken und Anlagen unter recht schwierigen klimatischen Bedingungen befinden, die Winter in Russland streng sind und manchmal einige Rohre zu frieren beginnen.
Daher müssen bestimmte Mitarbeiter laut Vorschriften einmal pro Stunde einen Rundgang machen und die Temperatur der Rohre messen. Auf die Größe einer ganzen Anlage bezogen ist das eine große Anzahl von Menschen, die fast nichts anderes tun, als herumzulaufen und Rohre zu berühren.
Erstens ist es unbequem: Die Temperaturen können niedrig sein und man muss weit laufen. Zweitens ist es auf diese Weise nicht möglich, Daten über den Prozess zu sammeln und insbesondere zu nutzen. Drittens ist es kostspielig: Alle diese Leute müssen sinnvollere Arbeit leisten. Zum Schluss noch der Faktor Mensch: Wie genau wird die Temperatur gemessen, wie regelmäßig passiert das?
Und das ist nur einer der Gründe, warum Anlagen- und Installationsmanagern ein großes Anliegen ist, die Auswirkungen des menschlichen Faktors auf technische Prozesse so gering wie möglich zu halten.
Dies ist die erste nützliche Fallstudie zum möglichen Einsatz von IoT in der Produktion.
Die zweite ist die Vibrationskontrolle. Das Gerät verfügt über Elektromotoren und es muss eine Vibrationskontrolle durchgeführt werden. Derzeit erfolgt dies auf die gleiche Weise, manuell: Einmal am Tag gehen die Menschen umher und messen mit speziellen Instrumenten den Vibrationsgrad, um sicherzustellen, dass alles in Ordnung ist. Dies ist wiederum eine Verschwendung von Zeit und Personalressourcen, wiederum der Einfluss des menschlichen Faktors auf die Richtigkeit und Häufigkeit solcher Runden, aber der wichtigste Nachteil ist, dass man mit solchen Daten nicht arbeiten kann, da praktisch keine Daten zur Verarbeitung und Verarbeitung vorhanden sind Es ist unmöglich, mit der Wartung dynamischer Geräte je nach Zustand fortzufahren.
Und dies ist heute einer der Haupttrends in der Branche – der Übergang von der routinemäßigen Wartung zur zustandsorientierten Wartung, bei der bei richtiger Organisation aktive und detaillierte Aufzeichnungen der Betriebsstunden der Ausrüstung und eine vollständige Kontrolle über ihren aktuellen Zustand geführt werden. Wenn es beispielsweise an der Zeit ist, die Pumpen zu überprüfen, überprüfen Sie deren Parameter und stellen fest, dass es Pumpe A in dieser Zeit gelungen ist, die erforderliche Anzahl an Motorstunden für die Wartung zu sammeln, Pumpe B jedoch noch nicht, was bedeutet, dass sie Es kann noch nicht gewartet werden, es ist zu früh.
Im Allgemeinen ist es so, als würde man bei einem Auto alle 15 Kilometer das Öl wechseln. Manche schaffen das in sechs Monaten, bei anderen dauert es ein Jahr und bei anderen sogar noch länger, je nachdem, wie aktiv ein bestimmtes Auto genutzt wird.
Dasselbe gilt auch für Pumpen. Darüber hinaus gibt es eine zweite Variable, die den Wartungsbedarf beeinflusst – die Historie der Vibrationsanzeiger. Nehmen wir an, die Vibrationshistorie war in Ordnung, die Pumpe hat auch noch nicht uhrzeitlich funktioniert, was bedeutet, dass wir sie noch nicht warten müssen. Und wenn der Schwingungsverlauf nicht normal ist, dann muss eine solche Pumpe auch ohne Betriebsstunden gewartet werden. Und umgekehrt – mit einer hervorragenden Vibrationshistorie, warten wir es, wenn die Stunden gearbeitet wurden.
Wenn Sie dies alles berücksichtigen und die Wartung auf diese Weise durchführen, können Sie die Kosten für die Wartung dynamischer Geräte um 20 oder sogar 30 Prozent senken. In Anbetracht des Produktionsumfangs sind dies sehr beachtliche Zahlen, ohne Qualitätsverlust und ohne Beeinträchtigung des Sicherheitsniveaus. Und das ist ein vorgefertigtes Argument für den Einsatz von IIoT in einem Unternehmen.
Es gibt auch viele Zähler, an denen Informationen mittlerweile manuell erfasst werden („Ich bin hingegangen, habe nachgeschaut und aufgeschrieben“). Außerdem ist es effizienter, all dies online anzubieten, um in Echtzeit zu sehen, was wie genutzt wird. Dieser Ansatz trägt wesentlich zur Lösung des Problems des Energieeinsatzes bei: Wenn Sie die genauen Verbrauchswerte kennen, können Sie beispielsweise morgens mehr Dampf in Leitung A und abends mehr Dampf in Leitung B einspeisen. Denn heute werden Heizstationen mit großem Spielraum gebaut, um alle Komponenten gezielt mit Wärme zu versorgen. Aber man kann nicht mit Reserven bauen, sondern mit Bedacht und optimaler Verteilung der Ressourcen.
Dies ist die modische datengesteuerte Entscheidung, bei der Entscheidungen auf der Grundlage umfassender Arbeit mit den gesammelten Daten getroffen werden. Clouds und Analytics sind heute besonders beliebt; bei Open Innovations wurde dieses Jahr viel über Big Data und Clouds gesprochen. Jeder ist bereit, mit Big Data zu arbeiten, sie zu verarbeiten und zu speichern, aber zuerst müssen die Daten gesammelt werden. Darüber wird weniger gesprochen. Heutzutage gibt es nur sehr wenige Hardware-Startups.
Der dritte IoT-Fall ist Personalverfolgung, Perimeternavigation usw. Damit verfolgen wir Mitarbeiterbewegungen und überwachen Sperrbereiche. Beispielsweise werden in der Zone einige Arbeiten durchgeführt, bei denen sich keine Fremden darin aufhalten sollten – und es ist möglich, dies in Echtzeit visuell zu kontrollieren. Oder der Installateur hat die Pumpe überprüft, ist aber schon lange an der Pumpe und bewegt sich nicht – vielleicht ist die Person krank geworden und braucht Hilfe.
Über Standards
Ein weiteres Problem besteht darin, dass es keine Integratoren gibt, die bereit sind, Lösungen für das industrielle IoT zu entwickeln. Denn in diesem Bereich gibt es noch keine etablierten Standards.
Wie es zum Beispiel zu Hause aussieht: Wir haben einen WLAN-Router, Sie können für ein Smart Home noch etwas kaufen – einen Wasserkocher, eine Steckdose, eine IP-Kamera oder Glühbirnen –, alles an das vorhandene WLAN anschließen und alles wird funktionieren . Es wird auf jeden Fall funktionieren, denn WLAN ist der Standard, auf den alles zugeschnitten ist.
Im Bereich der Lösungen für Unternehmen gibt es jedoch keine Standards dieser Verbreitung. Tatsache ist, dass die Komponentenbasis selbst erst vor relativ kurzer Zeit erschwinglich wurde, was es der Hardware auf einer solchen Basis ermöglichte, mit den Humanressourcen zu konkurrieren.
Wenn wir visuell vergleichen, werden die Zahlen ungefähr den gleichen Maßstab haben.
Ein automatisierter Steuerungssystemsensor für den industriellen Einsatz kostet etwa 2000 US-Dollar.
Ein LoRaWAN-Sensor kostet 3-4 Rubel.
Vor 10 Jahren gab es nur automatisierte Prozessleitsysteme, ohne Alternativen, LoRaWAN erschien vor 5 Jahren.
Aber wir können LoRaWAN-Sensoren nicht einfach überall in unseren Unternehmen einsetzen
Technologieauswahl
Beim Heim-WLAN ist alles klar, bei Bürogeräten ist alles ungefähr gleich.
Es gibt keine populären und allgemein verwendeten Standards in Bezug auf IoT in der Industrie. Natürlich gibt es eine Reihe verschiedener Industriestandards, die Unternehmen für sich selbst entwickeln.
Nehmen wir zum Beispiel Wireless HART, das von den Jungs von Emerson hergestellt wurde – ebenfalls 2,4 GHz, fast das gleiche WLAN. Der Bereich einer solchen Abdeckung von Punkt zu Punkt beträgt 50-70 Meter. Wenn man bedenkt, dass die Fläche unserer Anlagen die Größe mehrerer Fußballfelder übersteigt, wird es traurig. Und eine Basisstation kann in diesem Fall bis zu 100 Geräte zuverlässig bedienen. Und wir bauen jetzt eine neue Installation auf, im Anfangsstadium sind es bereits mehr als 400 Sensoren.
Und dann gibt es noch NB-IoT (NarrowBand Internet of Things), das von Mobilfunkbetreibern bereitgestellt wird. Und wiederum nicht für den Einsatz in der Produktion – erstens ist es einfach teuer (der Betreiber erhebt Gebühren für den Datenverkehr) und zweitens führt es zu einer zu starken Abhängigkeit von Telekommunikationsbetreibern. Wenn Sie solche Sensoren in Räumlichkeiten wie einem Bunker installieren müssen, in denen keine Kommunikation besteht, und Sie dort zusätzliche Geräte installieren müssen, müssen Sie sich gegen eine Gebühr und unvorhersehbare Fristen für die Ausführung eines Auftrags an den Betreiber wenden das Objekt mit einem Netzwerk.
Es ist nicht möglich, auf den Standorten reines WLAN zu nutzen. Sogar Heimkanäle sind sowohl im 2,4-GHz- als auch im 5-GHz-Band überlastet, und wir haben eine Produktionsstätte mit einer riesigen Anzahl an Sensoren und Geräten und nicht nur ein paar Computer und Mobiltelefone pro Wohnung.
Natürlich gibt es proprietäre Standards vernünftiger Qualität. Aber das funktioniert nicht, wenn wir ein Netzwerk mit vielen verschiedenen Geräten aufbauen, wir brauchen einen einzigen Standard und nicht etwas Geschlossenes, das uns wieder von dem einen oder anderen Anbieter abhängig macht.
Daher scheint die LoRaWAN-Allianz eine sehr gute Lösung zu sein; die Technologie entwickelt sich aktiv weiter und hat meiner Meinung nach alle Chancen, zu einem vollwertigen Standard zu wachsen. Nach der Erweiterung des RU868-Frequenzbereichs verfügen wir über mehr Kanäle als in Europa, sodass wir uns überhaupt keine Sorgen um die Netzwerkkapazität machen müssen, was LoRaWAN zu einem hervorragenden Protokoll für die periodische Erfassung von Parametern, beispielsweise alle 10 Minuten, macht oder einmal pro Stunde.
Idealerweise müssen wir alle 10 Minuten Daten von einer Reihe von Sensoren empfangen, um ein normales Überwachungsbild aufrechtzuerhalten, Daten zu sammeln und allgemein den Zustand der Ausrüstung zu überwachen. Und bei Linemen beträgt diese Häufigkeit bestenfalls eine Stunde.
Was fehlt noch?
Mangel an Dialog
Es fehlt der Dialog zwischen Hardware-Entwicklern und Petrochemie- oder Öl- und Gaskunden. Und es stellt sich heraus, dass IT-Spezialisten aus IT-Sicht hervorragende Hardware herstellen, die in der petrochemischen Produktion nicht massenhaft eingesetzt werden kann.
Zum Beispiel eine Hardware auf LoRaWAN zur Messung der Temperatur von Rohren: an das Rohr gehängt, mit einer Schelle befestigt, das Funkmodul aufgehängt, den Kontrollpunkt geschlossen – und das war’s.
Die IT-Ausstattung ist absolut geeignet, allerdings gibt es Probleme für die Branche.
Batterie 3400 mAh. Natürlich ist es nicht das einfachste, hier ist es Thionylchlorid, das ihm die Fähigkeit verleiht, bei -50 °C zu arbeiten, ohne an Kapazität zu verlieren. Wenn wir alle 10 Minuten Informationen von einem solchen Sensor senden, wird die Batterie in sechs Monaten entladen. An einer individuellen Lösung ist nichts auszusetzen: Sensor abschrauben, alle sechs Monate für 300 Rubel eine neue Batterie einsetzen.
Was wäre, wenn es Zehntausende Sensoren auf einem riesigen Gelände wären? Dies wird sehr viel Zeit in Anspruch nehmen. Durch den Wegfall der Arbeitsstunden, die für Rundgänge aufgewendet werden, bleibt uns die gleiche Zeit für die Wartung des Systems.
Eine ziemlich offensichtliche Lösung des Problems besteht darin, eine Batterie nicht für 300 Rubel, sondern für 1000, sondern für 19 mAh einzubauen, die alle 000 Jahre gewechselt werden muss. Es ist in Ordnung. Ja, dadurch erhöhen sich die Kosten für den Sensor selbst geringfügig. Aber die Industrie kann es sich leisten und die Industrie braucht es wirklich.
Niemand ist ein Casdev, also kennt niemand die Bedürfnisse der Branche.
Und zur Hauptsache
Und was am wichtigsten ist, worüber sie stolpern, ist gerade der banale Mangel an Dialog. Bei der Petrochemie handelt es sich um eine Produktion, und die Produktion ist ziemlich gefährlich, wobei das Szenario eines lokalen Gasaustritts und der Bildung einer explosiven Wolke möglich ist. Daher müssen ausnahmslos alle Geräte explosionsgeschützt sein. Und verfügen über entsprechende Explosionsschutzzertifikate gemäß der russischen Norm TR TS 012/2011.
Davon wissen die Entwickler einfach nichts. Und Explosionsschutz ist kein Parameter, den man einem fast fertigen Gerät einfach hinzufügen kann, wie ein paar zusätzliche LEDs. Es ist notwendig, alles zu erneuern, von der Platine selbst und dem Stromkreis bis hin zur Isolierung der Drähte.
Was ist zu tun
Es ist ganz einfach: Kommunizieren. Wir sind zum direkten Dialog bereit, mein Name ist Vasily Ezhov, Inhaber des IoT-Produkts bei SIBUR, Sie können mir hier in einer persönlichen Nachricht oder per E-Mail schreiben – [E-Mail geschützt] . Wir haben vorgefertigte technische Spezifikationen, wir sagen Ihnen alles und zeigen Ihnen, welche Ausrüstung wir warum benötigen und was es zu beachten gilt.
Derzeit bauen wir bereits eine Reihe von Projekten auf LoRaWAN im grünen Bereich auf (wo Explosionsschutz für uns kein zwingender Parameter ist), schauen uns an, wie es im Allgemeinen ist und ob LoRaWAN zur Lösung von Problemen in einem solchen Bereich geeignet ist Skala. An kleinen Testnetzen hat es uns sehr gut gefallen, nun bauen wir ein Netz mit hoher Sensordichte auf, wobei etwa 400 Sensoren für eine Installation geplant sind. Quantitätsmäßig ist das für LoRaWAN nicht viel, aber hinsichtlich der Netzwerkdichte schon etwas viel. Schauen wir uns das also an.
Auf zahlreichen Hightech-Messen hörten Beschlaghersteller erstmals von mir über Explosionsschutz und seine Notwendigkeit.
Das ist also zunächst einmal ein Kommunikationsproblem, das wir lösen wollen. Wir befürworten cusdev sehr, es ist für alle Beteiligten nützlich und vorteilhaft, der Kunde erhält die für seine Bedürfnisse notwendige Hardware und der Entwickler verschwendet keine Zeit damit, etwas Unnötiges zu erstellen oder vorhandene Hardware komplett von Grund auf neu zu erstellen.
Wenn Sie bereits etwas Ähnliches tun und bereit sind, in den Öl-, Gas- und Petrochemiesektor zu expandieren, schreiben Sie uns einfach.
Source: habr.com