Als het om de automatisering van processen in de petrochemische industrie gaat, speelt vaak het stereotype dat de productie complex is, wat betekent dat alles wat daar te bereiken is, dankzij geautomatiseerde procescontrolesystemen geautomatiseerd wordt. Eigenlijk niet zo.
De petrochemische industrie is inderdaad behoorlijk goed geautomatiseerd, maar dit betreft het technologische kernproces, waarbij automatisering en minimalisering van de menselijke factor van cruciaal belang zijn. Alle gerelateerde processen zijn niet geautomatiseerd vanwege de hoge kosten van geautomatiseerde procescontroleoplossingen en worden handmatig uitgevoerd. Daarom is een situatie waarin een medewerker eens in de paar uur handmatig controleert of deze of gene pijp goed is verwarmd, of de vereiste schakelaar is ingeschakeld en of de klep is ingetrokken, of het trillingsniveau van het lager normaal is - dit is normaal .
De meeste niet-kritieke processen zijn niet geautomatiseerd, maar dit kan worden gedaan met behulp van Internet of Things-technologieën in plaats van geautomatiseerde procescontrolesystemen.
Helaas is er hier een probleem: een kloof in de communicatie tussen klanten uit de petrochemische industrie en de ijzerontwikkelaars zelf, die geen klanten hebben in de olie- en gasindustrie en daarom geen informatie ontvangen over de vereisten voor gebruiksapparatuur in agressieve, explosieve gebieden, in barre klimaten, enz.
In dit bericht zullen we het hebben over dit probleem en hoe we het kunnen oplossen.
IoT in de petrochemie
Voor het controleren van enkele parameters maken wij gebruik van walk-throughs ten behoeve van visuele en tactiele inspectie van niet-kritieke installatieonderdelen. Een van de veel voorkomende problemen heeft betrekking op de stoomtoevoer. Stoom is het koelmiddel voor veel petrochemische processen en wordt via lange pijpen vanuit de verwarmingsinstallatie naar het eindknooppunt gevoerd. Houd er rekening mee dat onze fabrieken en installaties zich in tamelijk moeilijke klimatologische omstandigheden bevinden, dat de winters in Rusland streng zijn en dat sommige leidingen soms beginnen te bevriezen.
Daarom moet bepaald personeel volgens de regelgeving één keer per uur een ronde maken en de temperatuur van de leidingen meten. Op de schaal van een hele fabriek zijn dit een groot aantal mensen die bijna niets anders doen dan rondlopen en pijpen aanraken.
Ten eerste is het lastig: de temperaturen kunnen laag zijn en je moet ver lopen. Ten tweede is het op deze manier onmogelijk om gegevens over het proces te verzamelen en vooral te gebruiken. Ten derde is het kostbaar: al deze mensen moeten nuttiger werk doen. Tenslotte de menselijke factor: hoe nauwkeurig wordt de temperatuur gemeten, hoe regelmatig gebeurt dit?
En dit is slechts één van de redenen waarom fabrieks- en installatiemanagers zich ernstig zorgen maken over het minimaliseren van de impact van de menselijke factor op technische processen.
Dit is de eerste bruikbare case study van het mogelijke gebruik van IoT in de productie.
De tweede is trillingscontrole. De apparatuur is voorzien van elektromotoren en er moet trillingscontrole worden uitgevoerd. Voorlopig wordt het op dezelfde manier uitgevoerd, handmatig: één keer per dag lopen mensen rond en gebruiken speciale instrumenten om het trillingsniveau te meten om er zeker van te zijn dat alles in orde is. Dit is wederom verspilling van tijd en mankracht, wederom de invloed van de menselijke factor op de juistheid en frequentie van zulke rondes, maar het belangrijkste nadeel is dat je niet met zulke data kunt werken, omdat er vrijwel geen data zijn voor verwerking en het is onmogelijk om over te gaan tot het onderhouden van dynamische apparatuur op basis van de staat ervan.
En dit is nu een van de belangrijkste trends in de branche: de overgang van routinematig onderhoud naar conditiegebaseerd onderhoud, met een goede organisatie waarvan actieve en gedetailleerde registraties van de bedrijfsuren van de apparatuur en volledige controle over de huidige staat worden bijgehouden. Als het bijvoorbeeld tijd is om de pompen te controleren, controleer je hun parameters en zie je dat pomp A er gedurende deze tijd in is geslaagd het vereiste aantal motoruren voor onderhoud te verzamelen, maar pomp B nog niet, wat betekent dat hij dat wel kan doen. Er is nog geen service verleend, het is nog te vroeg.
Over het algemeen is het alsof je elke 15 kilometer de olie van een auto ververst. De één kan dit in zes maanden achter de rug hebben, bij anderen duurt het een jaar en bij anderen duurt het nog langer, afhankelijk van hoe actief een bepaalde auto wordt gebruikt.
Hetzelfde geldt voor pompen. Bovendien is er een tweede variabele die van invloed is op de behoefte aan onderhoud: de geschiedenis van trillingsindicatoren. Laten we zeggen dat de trillingsgeschiedenis in orde was, de pomp heeft ook nog niet op de klok gewerkt, wat betekent dat we hem nog niet hoeven te onderhouden. En als de trillingsgeschiedenis niet normaal is, dan moet zo’n pomp ook zonder draaiuren een onderhoudsbeurt krijgen. En andersom: met een uitstekende trillingsgeschiedenis geven wij onderhoud als de uren zijn gemaakt.
Als u dit alles in aanmerking neemt en het onderhoud op deze manier uitvoert, kunt u de kosten voor het onderhoud van dynamische apparatuur met 20 of zelfs 30 procent verlagen. Gezien de omvang van de productie zijn dit zeer significante cijfers, zonder kwaliteitsverlies en zonder afbreuk te doen aan het veiligheidsniveau. En dit is een kant-en-klaar voorbeeld voor het gebruik van IIoT in een onderneming.
Er zijn ook veel tellers waaruit nu handmatig informatie wordt verzameld (“Ik ging, keek en schreef op”). Het is ook efficiënter om dit allemaal online aan te bieden, zodat je in realtime kunt zien wat er wordt gebruikt en hoe. Deze aanpak zal enorm helpen bij het oplossen van het probleem van het gebruik van energiebronnen: als u de exacte verbruikscijfers kent, kunt u bijvoorbeeld 's ochtends meer stoom aan pijp A leveren en' s avonds meer stoom aan pijp B. Tegenwoordig worden er immers verwarmingsstations met een grote marge gebouwd om alle componenten nauwkeurig van warmte te voorzien. Maar je kunt niet bouwen met reserves, maar verstandig, door de middelen optimaal te verdelen.
Dit is de modieuze datagedreven beslissing, waarbij beslissingen worden genomen op basis van volwaardig werk met de verzamelde gegevens. Vooral cloud en analytics zijn tegenwoordig populair; tijdens Open Innovations werd er dit jaar veel gesproken over big data en clouds. Iedereen is klaar om met big data aan de slag te gaan, deze te verwerken, op te slaan, maar eerst moeten de data verzameld worden. Er wordt minder over gesproken. Er zijn tegenwoordig maar heel weinig hardware-startups.
Het derde IoT-geval betreft het volgen van personeel, perimeternavigatie, enz. We gebruiken dit om de bewegingen van medewerkers te volgen en gebieden waarvoor beperkingen gelden, te monitoren. Zo worden er in de zone werkzaamheden uitgevoerd waarbij er geen vreemden mogen aanwezig zijn – en is het mogelijk om dit in real time visueel te controleren. Of de lijnwachter ging de pomp controleren en is er al een hele tijd mee bezig en beweegt niet - misschien is de persoon onwel geworden en heeft hij hulp nodig.
Over normen
Een ander probleem is dat er geen integrators zijn die oplossingen voor het industriële IoT willen maken. Omdat er op dit gebied nog geen vaste normen bestaan.
Hoe het thuis bijvoorbeeld is: we hebben een wifi-router, je kunt iets anders kopen voor een smart home - een waterkoker, een stopcontact, een IP-camera of gloeilampen - sluit het allemaal aan op de bestaande wifi en alles werkt . Dat gaat zeker lukken, want wifi is de standaard waarop alles is afgestemd.
Maar op het gebied van oplossingen voor ondernemingen bestaan er geen normen voor dit prevalentieniveau. Feit is dat de componentenbasis zelf relatief recentelijk betaalbaar werd, waardoor hardware op een dergelijke basis kon concurreren met menselijke hulpbronnen.
Als we visueel vergelijken, zullen de getallen ongeveer dezelfde schaal hebben.
Eén geautomatiseerde controlesysteemsensor voor industrieel gebruik kost ongeveer $ 2000.
Eén LoRaWAN-sensor kost 3-4 duizend roebel.
10 jaar geleden waren er alleen geautomatiseerde procesbesturingssystemen, zonder alternatieven, LoRaWAN verscheen 5 jaar geleden.
Maar we kunnen LoRaWAN-sensoren niet zomaar overal in onze ondernemingen inzetten en gebruiken
Technologie selectie
Bij wifi thuis is alles overzichtelijk, bij kantoorapparatuur is alles ongeveer hetzelfde.
Er zijn geen populaire en algemeen gebruikte standaarden op het gebied van IoT in de industrie. Er zijn uiteraard een heleboel verschillende industriële standaarden die bedrijven voor zichzelf ontwikkelen.
Neem bijvoorbeeld draadloze HART, gemaakt door de jongens van Emerson - ook 2,4 GHz, bijna dezelfde wifi. Het gebied van een dergelijke dekking van punt tot punt is 50-70 meter. Als je bedenkt dat de oppervlakte van onze installaties groter is dan meerdere voetbalvelden, wordt dat triest. En in dit geval kan één basisstation met vertrouwen tot 100 apparaten bedienen. En we zijn nu een nieuwe installatie aan het opzetten; in de beginfase staan er al ruim 400 sensoren.
En dan is er nog NB-IoT (NarrowBand Internet of Things), aangeboden door mobiele operators. En nogmaals, niet voor gebruik in de productie - ten eerste is het simpelweg duur (de operator brengt kosten in rekening voor het verkeer), en ten tweede vormt het een te sterke afhankelijkheid van telecomoperatoren. Als u dergelijke sensoren moet installeren in gebouwen zoals een bunker, waar geen communicatie is, en u daar extra apparatuur moet installeren, moet u tegen een vergoeding en met onvoorspelbare deadlines contact opnemen met de exploitant voor het uitvoeren van een opdracht ter dekking het object met een netwerk.
Op de locaties is het onmogelijk om pure wifi te gebruiken. Zelfs thuiskanalen zijn geblokkeerd op zowel 2,4 GHz als 5 GHz, en we hebben een productielocatie met een groot aantal sensoren en apparatuur, en niet slechts een paar computers en mobiele telefoons per appartement.
Natuurlijk zijn er gepatenteerde normen voor gezonde kwaliteit. Maar dit werkt niet als we een netwerk bouwen met veel verschillende apparaten. We hebben één standaard nodig, en niet iets geslotens dat ons weer afhankelijk maakt van de ene of de andere leverancier.
Daarom lijkt de LoRaWAN-alliantie een zeer goede oplossing; de technologie ontwikkelt zich actief en heeft naar mijn mening alle kansen om uit te groeien tot een volwaardige standaard. Na de uitbreiding van het RU868-frequentiebereik beschikken we over meer kanalen dan in Europa, waardoor we ons helemaal geen zorgen hoeven te maken over de netwerkcapaciteit, wat LoRaWAN een uitstekend protocol maakt voor het periodiek verzamelen van parameters, bijvoorbeeld eens in de 10 minuten of één keer per uur.
Idealiter moeten we elke 10 minuten gegevens ontvangen van een aantal sensoren om een normaal bewakingsbeeld te behouden, gegevens te verzamelen en in het algemeen de toestand van de apparatuur te monitoren. En in het geval van lijnwachters is deze frequentie op zijn best gelijk aan een uur.
Wat ontbreekt er nog meer?
Gebrek aan dialoog
Er is een gebrek aan dialoog tussen hardwareontwikkelaars en petrochemische of olie- en gasklanten. En het blijkt dat IT-specialisten vanuit IT-oogpunt uitstekende hardware maken, die niet massaal kan worden gebruikt in de petrochemische productie.
Bijvoorbeeld een stukje hardware op LoRaWAN om de temperatuur van leidingen te meten: aan de leiding gehangen, met een klem vastgemaakt, de radiomodule opgehangen, het controlepunt gesloten - en dat is alles.
De IT-apparatuur is absoluut geschikt, maar er zijn problemen voor de industrie.
Batterij 3400 mAh. Het is natuurlijk niet de eenvoudigste, hier is het thionylchloride, waardoor het bij -50 kan werken zonder capaciteit te verliezen. Als we eens in de 10 minuten informatie van zo’n sensor versturen, is de batterij in zes maanden leeg. Er is niets mis met een oplossing op maat: schroef de sensor los, plaats een nieuwe batterij voor 300 roebel elk half jaar.
Wat als dit tienduizenden sensoren op een enorm terrein zijn? Dit zal enorm veel tijd vergen. Door de manuren die aan walk-throughs worden besteed te elimineren, krijgen we evenveel tijd om het systeem te onderhouden.
Een vrij voor de hand liggende oplossing voor het probleem is om een batterij te installeren, niet voor 300 roebel, maar voor 1000, maar voor 19 mAh, deze zal eens in de 000 jaar moeten worden vervangen. Dit is goed. Ja, dit zal de kosten van de sensor zelf enigszins verhogen. Maar de industrie kan het zich veroorloven en de industrie heeft het echt nodig.
Niemand is een casdev, dus niemand kent de behoeften van de industrie.
En over het belangrijkste
En het belangrijkste is dat waar ze op stuiten juist het banale gebrek aan dialoog is. Petrochemie is een productie, en de productie is behoorlijk gevaarlijk, waarbij een scenario van een lokaal gaslek en de vorming van een explosieve wolk mogelijk is. Daarom moet alle apparatuur, zonder uitzondering, explosieveilig zijn. En beschikken over de juiste explosieveiligheidscertificaten conform de Russische norm TR TS 012/2011.
De ontwikkelaars weten hier simpelweg niets van. En explosiebeveiliging is geen parameter die zomaar aan een bijna klaar apparaat kan worden toegevoegd, zoals een paar extra LED's. Het is noodzakelijk om alles opnieuw uit te voeren, van het bord zelf en het circuit tot de isolatie van de draden.
Wat te doen
Het is eenvoudig: communiceer. We zijn klaar voor een directe dialoog, mijn naam is Vasily Ezhov, eigenaar van het IoT-product bij SIBUR, je kunt mij hier schrijven in een persoonlijk bericht of per e-mail - [e-mail beveiligd]. We hebben kant-en-klare technische specificaties, we vertellen je alles en laten zien welke apparatuur we nodig hebben en waarom en waar je rekening mee moet houden.
Op dit moment bouwen we al een aantal projecten op LoRaWAN in de groene zone (waar explosiebeveiliging voor ons geen verplichte parameter is), kijken we hoe het er in het algemeen voor staat, en of LoRaWAN geschikt is om problemen op zo’n plek op te lossen. schaal. Het beviel ons erg goed op kleine testnetwerken; nu bouwen we een netwerk met een hoge dichtheid aan sensoren, waarbij ongeveer 400 sensoren gepland zijn voor één installatie. Qua kwantiteit is dit voor LoRaWAN niet veel, maar qua netwerkdichtheid is het al een beetje veel. Dus laten we het eens bekijken.
Op een aantal hightech beurzen hoorden hardwarefabrikanten voor het eerst van mij over explosiebeveiliging en de noodzaak ervan.
Dit is dus in de eerste plaats een communicatieprobleem dat we willen oplossen. Wij zijn een groot voorstander van cusdev, het is nuttig en voordelig voor alle partijen, de klant krijgt de benodigde hardware voor zijn behoeften en de ontwikkelaar verspilt geen tijd met het creëren van iets onnodigs of het volledig opnieuw maken van bestaande hardware.
Als u al iets soortgelijks doet en klaar bent om uit te breiden naar de olie-, gas- en petrochemische sector, schrijf ons dan gewoon.
Bron: www.habr.com