Quando si parla di automazione dei processi nell'industria petrolchimica, spesso entra in gioco lo stereotipo secondo cui la produzione è complessa, il che significa che tutto ciò che è raggiungibile viene automatizzato lì, grazie a sistemi automatizzati di controllo dei processi. In realtà non è proprio così.
L’industria petrolchimica è infatti abbastanza ben automatizzata, ma ciò riguarda il processo tecnologico fondamentale, dove l’automazione e la minimizzazione del fattore umano sono fondamentali. Tutti i processi correlati non sono automatizzati a causa dell'elevato costo delle soluzioni automatizzate di controllo dei processi e vengono eseguiti manualmente. Pertanto, una situazione in cui una volta ogni paio d'ore un dipendente controlla manualmente se questo o quel tubo è adeguatamente riscaldato, se l'interruttore richiesto è acceso e se la valvola è retratta, se il livello di vibrazione del cuscinetto è normale, questo è normale .
La maggior parte dei processi non critici non sono automatizzati, ma ciò può essere fatto utilizzando le tecnologie dell’Internet delle cose anziché sistemi automatizzati di controllo dei processi.
Sfortunatamente, qui c'è un problema: una lacuna nella comunicazione tra i clienti dell'industria petrolchimica e gli stessi sviluppatori di ferro, che non hanno clienti nell'industria del petrolio e del gas e, di conseguenza, non ricevono informazioni sui requisiti per le attrezzature da utilizzare in aree aggressive, esplosive, in condizioni climatiche rigide, ecc.
In questo post parleremo di questo problema e di come risolverlo.
IoT nel settore petrolchimico
Per verificare alcuni parametri, utilizziamo procedure guidate per l'ispezione visiva e tattile dei componenti dell'installazione non critici. Uno dei problemi più comuni è legato alla fornitura di vapore. Il vapore è il liquido refrigerante di molti processi petrolchimici e viene fornito dall'impianto di riscaldamento al nodo finale attraverso lunghe tubazioni. Va tenuto presente che i nostri stabilimenti e impianti si trovano in condizioni climatiche piuttosto difficili, gli inverni in Russia sono rigidi e talvolta alcuni tubi iniziano a congelare.
Pertanto, secondo la normativa, alcuni addetti devono effettuare un giro ogni ora e misurare la temperatura dei tubi. Su scala di un intero impianto, si tratta di un gran numero di persone che non fanno quasi altro che camminare e toccare i tubi.
Innanzitutto è scomodo: le temperature possono essere basse e bisogna camminare lontano. In secondo luogo, in questo modo è impossibile raccogliere e, soprattutto, utilizzare dati sul processo. Terzo, è costoso: tutte queste persone devono svolgere lavori più utili. Infine, il fattore umano: con quale precisione viene misurata la temperatura, con quale frequenza ciò avviene?
E questo è solo uno dei motivi per cui i responsabili degli stabilimenti e degli impianti si preoccupano seriamente di ridurre al minimo l'impatto del fattore umano sui processi tecnici.
Questo è il primo caso di studio utile sul possibile utilizzo dell’IoT nella produzione.
Il secondo è il controllo delle vibrazioni. L'apparecchiatura è dotata di motori elettrici e deve essere eseguito il controllo delle vibrazioni. Per ora si svolge allo stesso modo, manualmente: una volta al giorno le persone camminano in giro e utilizzano strumenti speciali per misurare il livello di vibrazione per assicurarsi che tutto sia in ordine. Anche questo è uno spreco di tempo e di risorse umane, ancora una volta l'influenza del fattore umano sulla correttezza e sulla frequenza di tali giri, ma lo svantaggio più importante è che non è possibile lavorare con tali dati, perché praticamente non ci sono dati per l'elaborazione e è impossibile passare alla manutenzione delle apparecchiature dinamiche in base alle condizioni.
E questa è ora una delle principali tendenze del settore: il passaggio dalla manutenzione ordinaria alla manutenzione basata sulle condizioni, con un'adeguata organizzazione della quale vengono mantenute registrazioni attive e dettagliate delle ore di funzionamento delle apparecchiature e il pieno controllo delle sue condizioni attuali. Ad esempio, quando arriva il momento di controllare le pompe, si controllano i loro parametri e si vede che durante questo periodo la pompa A è riuscita ad accumulare il numero di ore motore richiesto per la manutenzione, ma la pompa B non l'ha ancora fatto, il che significa che non può Non è ancora necessario effettuare la manutenzione, è troppo presto.
In generale, è come cambiare l’olio in un’auto ogni 15 chilometri. Qualcuno può farcela in sei mesi, per altri ci vorrà un anno, per altri ci vorrà anche di più, a seconda di quanto attivamente viene utilizzata una particolare macchina.
È lo stesso con le pompe. Inoltre, esiste una seconda variabile che influisce sulla necessità di manutenzione: la storia degli indicatori di vibrazione. Diciamo che la cronologia delle vibrazioni era in ordine, inoltre la pompa non ha ancora funzionato secondo l'orologio, il che significa che non è ancora necessario ripararla. E se la cronologia delle vibrazioni non è normale, è necessario eseguire la manutenzione di tale pompa anche senza orari di funzionamento. E viceversa: con un'eccellente cronologia delle vibrazioni, lo revisioniamo se le ore sono state lavorate.
Se si tiene conto di tutto ciò e si esegue la manutenzione in questo modo, è possibile ridurre i costi di manutenzione delle apparecchiature dinamiche del 20 o addirittura del 30%. Considerando la scala di produzione, si tratta di cifre molto significative, senza perdita di qualità e senza compromettere il livello di sicurezza. E questo è un caso già pronto per l'utilizzo dell'IIoT in un'impresa.
Ci sono anche molti sportelli da cui ormai le informazioni vengono raccolte manualmente (“Sono andato, ho guardato e ho annotato”). È anche più efficiente servire tutto questo online, per vedere in tempo reale cosa viene utilizzato e come. Questo approccio aiuterà molto a risolvere il problema dell'utilizzo delle risorse energetiche: conoscendo i dati esatti di consumo, è possibile fornire più vapore al tubo A al mattino e più vapore al tubo B la sera, ad esempio. Dopotutto, ora le stazioni di riscaldamento vengono costruite con un ampio margine per fornire calore con precisione a tutti i componenti. Ma puoi costruire non con le riserve, ma con saggezza, distribuendo le risorse in modo ottimale.
Questa è la decisione di moda basata sui dati, quando le decisioni vengono prese sulla base di un lavoro completo con i dati raccolti. Cloud e analisi sono particolarmente apprezzati oggi; ad Open Innovations quest’anno si è parlato molto di big data e cloud. Tutti sono pronti a lavorare con i big data, elaborarli, archiviarli, ma prima i dati devono essere raccolti. Se ne parla meno. Al giorno d'oggi ci sono pochissime startup hardware.
Il terzo caso IoT riguarda il monitoraggio del personale, la navigazione perimetrale, ecc. Lo utilizziamo per tracciare i movimenti dei dipendenti e monitorare le aree riservate. Ad esempio, nella zona vengono eseguiti alcuni lavori, durante i quali non dovrebbero trovarsi estranei - ed è possibile controllarli visivamente in tempo reale. Oppure il guardalinee è andato a controllare la pompa, è rimasto con essa per molto tempo e non si muove - forse la persona non sta bene e ha bisogno di aiuto.
A proposito di standard
Un altro problema è che non esistono integratori pronti a realizzare soluzioni per l’IoT industriale. Perché non esistono ancora standard stabiliti in questo settore.
Ad esempio, come stanno le cose a casa: abbiamo un router wifi, puoi comprare qualcos'altro per una casa intelligente - un bollitore, una presa, una telecamera IP o lampadine - collega il tutto al wifi esistente e tutto funzionerà . Funzionerà sicuramente, perché il wifi è lo standard su cui tutto è adattato.
Ma nel campo delle soluzioni per le imprese non esistono standard di questo livello prevalente. Il fatto è che la base dei componenti stessa è diventata accessibile relativamente di recente, il che ha consentito all'hardware su tale base di competere con le risorse umane.
Se confrontiamo visivamente, i numeri avranno approssimativamente la stessa scala.
Un sensore di un sistema di controllo automatizzato per uso industriale costa circa 2000 dollari.
Un sensore LoRaWAN costa 3-4 mila rubli.
10 anni fa esistevano solo sistemi automatizzati di controllo dei processi, senza alternative, LoRaWAN è apparsa 5 anni fa.
Ma non possiamo limitarci a prendere e utilizzare i sensori LoRaWAN in tutte le nostre aziende
Selezione della tecnologia
Con il Wi-Fi domestico tutto è chiaro, con le apparecchiature per ufficio tutto è più o meno lo stesso.
Non esistono standard popolari e comunemente utilizzati in termini di IoT nell’industria. Esistono, ovviamente, una serie di standard industriali diversi che le aziende sviluppano da sole.
Prendi, ad esempio, il wireless HART, realizzato dai ragazzi di Emerson, anch'esso a 2,4 GHz, quasi lo stesso Wi-Fi. L'area di tale copertura da punto a punto è di 50-70 metri. Se si considera che l’area delle nostre installazioni supera le dimensioni di diversi campi da calcio, la cosa diventa triste. E una stazione base in questo caso può servire con sicurezza fino a 100 dispositivi. E ora stiamo allestendo una nuova installazione; nelle fasi iniziali ci sono già più di 400 sensori.
E poi c’è NB-IoT (NarrowBand Internet of Things), fornito dagli operatori cellulari. E ancora, non per l'uso nella produzione: in primo luogo, è semplicemente costoso (l'operatore addebita il traffico) e, in secondo luogo, costituisce una dipendenza troppo forte dagli operatori di telecomunicazioni. Se è necessario installare tali sensori in locali come un bunker, dove non c'è comunicazione, e è necessario installare lì apparecchiature aggiuntive, sarà necessario contattare l'operatore, a pagamento e con scadenze imprevedibili per l'esecuzione di un ordine a copertura l'oggetto con una rete.
È impossibile utilizzare il Wi-Fi puro sui siti. Anche i canali domestici sono bloccati sia sui 2,4 GHz che sui 5 GHz, e abbiamo un sito di produzione con un numero enorme di sensori e apparecchiature, e non solo un paio di computer e telefoni cellulari per appartamento.
Naturalmente, ci sono standard proprietari di sana qualità. Ma questo non funziona quando costruiamo una rete con molti dispositivi diversi, abbiamo bisogno di uno standard unico e non di qualcosa di chiuso che ci renda nuovamente dipendenti da un fornitore o da un altro.
Pertanto, l’alleanza LoRaWAN sembra essere un’ottima soluzione; la tecnologia si sta sviluppando attivamente e, secondo me, ha tutte le possibilità di raggiungere uno standard a tutti gli effetti. Dopo l'espansione della gamma di frequenze della RU868, abbiamo più canali che in Europa, il che significa che non dobbiamo preoccuparci affatto della capacità della rete, il che rende LoRaWAN un protocollo eccellente per la raccolta periodica dei parametri, ad esempio una volta ogni 10 minuti. o una volta ogni ora.
Idealmente, dovremmo ricevere dati da una serie di sensori una volta ogni 10 minuti per mantenere un normale quadro di sorveglianza, raccogliere dati e monitorare in generale le condizioni dell'apparecchiatura. E nel caso degli uomini di linea, questa frequenza è pari al massimo a un'ora.
Cos'altro manca?
Mancanza di dialogo
Manca il dialogo tra gli sviluppatori di hardware e i clienti del settore petrolchimico o del petrolio e del gas. E si scopre che gli specialisti IT producono hardware eccellente dal punto di vista IT, che non può essere utilizzato in massa nella produzione petrolchimica.
Ad esempio, un componente hardware su LoRaWAN per misurare la temperatura dei tubi: appeso al tubo, fissato con un morsetto, appeso il modulo radio, chiuso il punto di controllo - e basta.
L'attrezzatura informatica è assolutamente adeguata, ma ci sono problemi per l'industria.
Batteria 3400mAh. Certo, non è il più semplice, qui si tratta del cloruro di tionile, che gli conferisce la capacità di lavorare a -50 e di non perdere capacità. Se inviamo informazioni da un sensore di questo tipo una volta ogni 10 minuti, la batteria si scaricherà in sei mesi. Non c’è niente di sbagliato in una soluzione personalizzata: svita il sensore e inserisci una nuova batteria per 300 rubli ogni sei mesi.
E se si trattasse di decine di migliaia di sensori su un sito enorme? Ciò richiederà un'enorme quantità di tempo. Eliminando le ore di lavoro spese per le visite guidate, otteniamo la stessa quantità di tempo per la manutenzione del sistema.
Una soluzione abbastanza ovvia al problema è installare una batteria non da 300 rubli, ma da 1000, ma da 19 mAh, dovrà essere cambiata una volta ogni 000 anni. Questo va bene. Sì, ciò aumenterà leggermente il costo del sensore stesso. Ma l’industria può permetterselo e ne ha davvero bisogno.
Nessuno è un casdev, quindi nessuno conosce le esigenze del settore.
E sulla cosa principale
E, soprattutto, ciò in cui inciampano è proprio a causa della banale mancanza di dialogo. Quella petrolchimica è una produzione, e la produzione è piuttosto pericolosa, dove è possibile lo scenario di una fuga di gas locale e la formazione di una nube esplosiva. Pertanto, tutte le apparecchiature, senza eccezioni, devono essere a prova di esplosione. E disporre dei certificati di protezione contro le esplosioni appropriati in conformità con lo standard russo TR TS 012/2011.
Gli sviluppatori semplicemente non lo sanno. E la protezione contro le esplosioni non è un parametro che può essere semplicemente aggiunto a un dispositivo quasi finito, come un paio di LED aggiuntivi. È necessario rifare tutto, dalla scheda stessa e dal circuito all'isolamento dei fili.
Cosa fare
È semplice: comunica. Siamo pronti per il dialogo diretto, mi chiamo Vasily Ezhov, proprietario del prodotto IoT presso SIBUR, puoi scrivermi qui in un messaggio personale o tramite e-mail - [email protected]. Abbiamo specifiche tecniche già pronte, ti diremo tutto e ti mostreremo di quale attrezzatura abbiamo bisogno, perché e cosa deve essere preso in considerazione.
In questo momento stiamo già costruendo una serie di progetti su LoRaWAN nella zona verde (dove la protezione contro le esplosioni non è un parametro obbligatorio per noi), stiamo esaminando come è in generale e se LoRaWAN è adatto a risolvere problemi su tale livello scala. Ci è piaciuto molto su piccole reti di prova, ora stiamo costruendo una rete con un'alta densità di sensori, dove sono previsti circa 400 sensori per un'installazione. In termini di quantità per LoRaWAN non è molto, ma in termini di densità di rete è già un po’ troppo. Quindi diamo un'occhiata.
In occasione di numerose fiere high-tech i produttori di hardware mi hanno parlato per la prima volta della protezione contro le esplosioni e della sua necessità.
Quindi questo è, prima di tutto, un problema di comunicazione che vogliamo risolvere. Siamo molto favorevoli a cusdev, è utile e vantaggioso per tutte le parti, il cliente riceve l'hardware necessario per le sue esigenze e lo sviluppatore non perde tempo creando qualcosa di superfluo o rifacendo completamente da zero l'hardware esistente.
Se stai già facendo qualcosa di simile e sei pronto ad espanderti nel settore petrolifero, del gas e petrolchimico, scrivici.
Fonte: habr.com