Jeśli chodzi o automatyzację procesów w przemyśle petrochemicznym, często pojawia się stereotyp, że produkcja jest złożona, co oznacza, że wszystko, do czego się da, jest tam zautomatyzowane, dzięki zautomatyzowanym systemom kontroli procesów. Właściwie to nie do końca tak.
Przemysł petrochemiczny jest rzeczywiście dość dobrze zautomatyzowany, ale dotyczy to podstawowego procesu technologicznego, w którym kluczowa jest automatyzacja i minimalizacja czynnika ludzkiego. Wszystkie powiązane procesy nie są zautomatyzowane ze względu na wysoki koszt rozwiązań zautomatyzowanej kontroli procesów i są realizowane ręcznie. Dlatego sytuacja, w której raz na kilka godzin pracownik ręcznie sprawdza, czy ta czy inna rura jest odpowiednio nagrzana, czy wymagany wyłącznik jest włączony i czy zawór jest wsunięty, czy poziom drgań łożyska jest w normie – jest to normalne .
Większość procesów niekrytycznych nie jest zautomatyzowana, ale można to zrobić przy użyciu technologii Internetu rzeczy, a nie zautomatyzowanych systemów kontroli procesów.
Niestety pojawia się tu problem - luka w komunikacji między klientami z przemysłu petrochemicznego a samymi producentami żelaza, którzy nie mają klientów w przemyśle naftowo-gazowym i w związku z tym nie otrzymują informacji o wymaganiach dotyczących sprzętu do użytku w obszarach agresywnych, zagrożonych wybuchem, w trudnych warunkach klimatycznych itp.
W tym poście porozmawiamy o tym problemie i sposobach jego rozwiązania.
IoT w petrochemii
Do sprawdzenia niektórych parametrów wykorzystujemy przejścia umożliwiające wizualną i dotykową kontrolę niekrytycznych elementów instalacji. Jednym z częstych problemów jest dopływ pary. Para jest czynnikiem chłodzącym w wielu procesach petrochemicznych i jest dostarczana z ciepłowni do węzła końcowego długimi rurami. Należy wziąć pod uwagę, że nasze fabryki i instalacje zlokalizowane są w dość trudnych warunkach klimatycznych, zimy w Rosji są ostre, a czasami niektóre rury zaczynają zamarzać.
Dlatego zgodnie z przepisami określony personel musi raz na godzinę robić obchód i mierzyć temperaturę rur. W skali całego zakładu jest to duża liczba ludzi, którzy prawie nic nie robią, tylko chodzą i dotykają rur.
Po pierwsze, jest to niewygodne: temperatury mogą być niskie i trzeba daleko chodzić. Po drugie, w ten sposób nie da się zebrać, a zwłaszcza wykorzystać danych o procesie. Po trzecie, jest to kosztowne: wszyscy ci ludzie muszą wykonywać bardziej pożyteczną pracę. I wreszcie czynnik ludzki: jak dokładnie mierzona jest temperatura i jak często to się dzieje?
A to tylko jeden z powodów, dla których kierownicy zakładów i instalacji dość poważnie troszczą się o minimalizację wpływu czynnika ludzkiego na procesy techniczne.
To pierwsze przydatne studium przypadku możliwości wykorzystania IoT w produkcji.
Drugi to kontrola wibracji. Sprzęt posiada silniki elektryczne i należy przeprowadzić kontrolę wibracji. Na razie odbywa się to w ten sam sposób, ręcznie – raz dziennie ludzie chodzą po okolicy i za pomocą specjalnych przyrządów mierzą poziom wibracji, aby upewnić się, że wszystko jest w porządku. To znowu strata czasu i zasobów ludzkich, znowu wpływ czynnika ludzkiego na poprawność i częstotliwość takich rund, ale najważniejszą wadą jest to, że nie można pracować z takimi danymi, ponieważ praktycznie nie ma danych do przetworzenia i nie można przejść do serwisowania sprzętu dynamicznego w zależności od stanu.
I to jest obecnie jeden z głównych trendów w branży - przejście od konserwacji rutynowej do konserwacji opartej na stanie, przy odpowiedniej organizacji, w której prowadzona jest aktywna i szczegółowa ewidencja godzin pracy sprzętu oraz pełna kontrola jego aktualnego stanu. Na przykład, kiedy przychodzi czas na sprawdzenie pomp, sprawdzasz ich parametry i widzisz, że w tym czasie pompa A zgromadziła wymaganą liczbę godzin pracy silnika na serwisowanie, natomiast pompa B jeszcze tego nie zrobiła, co oznacza, że może' jeszcze nie serwisowany, jest za wcześnie.
Ogólnie rzecz biorąc, jest to jak wymiana oleju w samochodzie co 15 000 kilometrów. Ktoś może to zrobić w ciągu sześciu miesięcy, innym zajmie to rok, a jeszcze innym zajmie to jeszcze dłużej, w zależności od tego, jak aktywnie używany jest dany samochód.
Podobnie jest z pompami. Dodatkowo istnieje druga zmienna, która wpływa na potrzebę konserwacji - historia wskaźników wibracji. Powiedzmy, że historia wibracji była w porządku, pompa też nie przepracowała jeszcze na zegarze, więc nie musimy jej jeszcze serwisować. A jeśli historia wibracji nie jest normalna, taką pompę należy serwisować nawet bez godzin pracy. I odwrotnie - dzięki doskonałej historii wibracji, serwisujemy go po przepracowanych godzinach.
Jeśli weźmiesz to wszystko pod uwagę i w ten sposób przeprowadzisz konserwację, możesz obniżyć koszty serwisowania sprzętu dynamicznego o 20, a nawet 30 procent. Biorąc pod uwagę skalę produkcji, są to liczby bardzo znaczące, bez utraty jakości i bez uszczerbku dla poziomu bezpieczeństwa. A to już gotowy przypadek wykorzystania IIoT w przedsiębiorstwie.
Jest też wiele liczników, z których informacje są obecnie zbierane ręcznie („poszedłem, spojrzałem, zapisałem”). Bardziej efektywne jest także udostępnianie tego wszystkiego online, aby w czasie rzeczywistym widzieć, czego i w jaki sposób się używa. Takie podejście znacznie pomoże w rozwiązaniu problemu wykorzystania zasobów energii: znając dokładne dane dotyczące zużycia, możesz na przykład dostarczyć więcej pary do rury A rano, a więcej pary do rury B wieczorem. Przecież teraz stacje grzewcze budowane są z dużym marginesem, aby dokładnie zapewnić ciepło wszystkim elementom. Ale nie można budować z rezerw, ale mądrze, optymalnie dystrybuując zasoby.
To modna decyzja oparta na danych, kiedy decyzje podejmowane są w oparciu o pełną pracę z zebranymi danymi. Chmury i analityka są dziś szczególnie popularne; na tegorocznych Open Innovations dużo mówiło się o big data i chmurach. Każdy jest gotowy do pracy z big data, przetwarzania ich, przechowywania, ale najpierw trzeba dane zebrać. Mniej się o tym mówi. Obecnie start-upów sprzętowych jest bardzo niewiele.
Trzeci przypadek IoT to śledzenie personelu, nawigacja obwodowa itp. Używamy tego do śledzenia ruchów pracowników i monitorowania obszarów o ograniczonym dostępie. Przykładowo w strefie prowadzone są prace, podczas których nie powinny przebywać w niej osoby obce – i można to wizualnie kontrolować w czasie rzeczywistym. Albo liniowy poszedł sprawdzić pompę, stoi przy niej już dłuższy czas i nie rusza się - może dana osoba źle się poczuła i potrzebuje pomocy.
O standardach
Kolejnym problemem jest brak integratorów gotowych stworzyć rozwiązania dla przemysłowego IoT. Ponieważ nadal nie ma ustalonych standardów w tym obszarze.
Np. jak jest w domu: mamy router Wi-Fi, do inteligentnego domu można dokupić coś innego - czajnik, gniazdko, kamerę IP czy żarówki - podłącz to wszystko do istniejącego Wi-Fi i wszystko będzie działać . Na pewno się sprawdzi, bo wifi to standard, do którego wszystko jest dostosowane.
Jednak w obszarze rozwiązań dla przedsiębiorstw nie ma standardów o takim stopniu rozpowszechnienia. Faktem jest, że sama baza komponentów stała się stosunkowo niedawno przystępna cenowo, co pozwoliło sprzętowi na takiej bazie konkurować z zasobami ludzkimi.
Jeśli porównamy wizualnie, liczby będą w przybliżeniu tej samej skali.
Jeden czujnik zautomatyzowanego systemu sterowania do zastosowań przemysłowych kosztuje około 2000 dolarów.
Jeden czujnik LoRaWAN kosztuje 3-4 tysiące rubli.
10 lat temu istniały tylko zautomatyzowane systemy sterowania procesami, bez alternatyw, LoRaWAN pojawił się 5 lat temu.
Ale nie możemy po prostu używać czujników LoRaWAN w naszych przedsiębiorstwach
Wybór technologii
Z domowym Wi-Fi wszystko jest jasne, ze sprzętem biurowym wszystko jest mniej więcej takie samo.
Brak jest popularnych i powszechnie stosowanych standardów z zakresu IoT w przemyśle. Istnieje oczywiście wiele różnych standardów przemysłowych, które firmy opracowują samodzielnie.
Weźmy na przykład bezprzewodowy HART, który zrobili chłopaki z Emersona - także 2,4 GHz, prawie to samo Wi-Fi. Obszar takiego zasięgu od punktu do punktu wynosi 50-70 metrów. Kiedy weźmie się pod uwagę, że powierzchnia naszych instalacji przekracza wielkość kilku boisk piłkarskich, robi się smutno. A jedna stacja bazowa w tym przypadku może bez problemu obsłużyć aż 100 urządzeń. A teraz budujemy nową instalację, na początkowym etapie jest już ponad 400 czujników.
Do tego dochodzi NB-IoT (NarrowBand Internet of Things), dostarczany przez operatorów komórkowych. I znowu nie do użytku produkcyjnego - po pierwsze jest po prostu drogi (operator pobiera opłaty za ruch), a po drugie zbyt mocno uzależnia się od operatorów telekomunikacyjnych. W przypadku konieczności zainstalowania takich czujników w pomieszczeniu typu bunkier, gdzie nie ma komunikacji i konieczności zainstalowania tam dodatkowego wyposażenia, trzeba będzie zwrócić się do operatora, za opłatą i z nieprzewidywalnymi terminami realizacji zamówienia na pokrycie obiekt z siecią.
Na stronach nie można korzystać z czystego Wi-Fi. Nawet kanały domowe są zakłócane zarówno na częstotliwości 2,4 GHz, jak i 5 GHz, a my mamy zakład produkcyjny z ogromną liczbą czujników i sprzętu, a nie tylko kilkoma komputerami i telefonami komórkowymi na mieszkanie.
Oczywiście istnieją zastrzeżone standardy rozsądnej jakości. Ale to nie działa, gdy budujemy sieć z wieloma różnymi urządzeniami, potrzebujemy jednego standardu, a nie czegoś zamkniętego, co ponownie uzależni nas od tego czy innego dostawcy.
Dlatego sojusz LoRaWAN wydaje się być bardzo dobrym rozwiązaniem, technologia aktywnie się rozwija i moim zdaniem ma wszelkie szanse na osiągnięcie pełnoprawnego standardu. Po rozszerzeniu zakresu częstotliwości RU868 mamy więcej kanałów niż w Europie, co sprawia, że w ogóle nie musimy martwić się o przepustowość sieci, co czyni LoRaWAN doskonałym protokołem do okresowego zbierania parametrów, powiedzmy raz na 10 minut lub raz na godzinę.
Idealnie byłoby, gdybyśmy otrzymywali dane z wielu czujników raz na 10 minut, aby utrzymać normalny obraz z monitoringu, gromadzić dane i ogólnie monitorować stan sprzętu. A w przypadku liniowych częstotliwość ta wynosi w najlepszym wypadku godzinę.
Czego jeszcze brakuje?
Brak dialogu
Brakuje dialogu między twórcami sprzętu a klientami z branży petrochemicznej lub naftowej i gazowej. I okazuje się, że informatycy tworzą doskonały z informatycznego punktu widzenia sprzęt, którego nie można masowo stosować w produkcji petrochemicznej.
Na przykład kawałek sprzętu na LoRaWAN do pomiaru temperatury rur: zawiesiłem go na rurze, przymocowałem obejmą, zawiesiłem moduł radiowy, zamknąłem punkt kontrolny - i to wszystko.
Sprzęt IT jest całkowicie odpowiedni, ale w branży występują problemy.
Bateria 3400 mAh. Oczywiście nie jest to najprostsze, tutaj jest to chlorek tionylu, który daje mu możliwość pracy w -50 i nie traci wydajności. Jeśli będziemy wysyłać informację z takiego czujnika raz na 10 minut, to za pół roku rozładuje on baterię. Nie ma nic złego w rozwiązaniu niestandardowym – odkręć czujnik, co pół roku włóż nową baterię za 300 rubli.
A co, jeśli są to dziesiątki tysięcy czujników w ogromnym obiekcie? To zajmie dużo czasu. Eliminując roboczogodziny spędzone na przejściach, zyskujemy taką samą ilość czasu na utrzymanie systemu.
Dość oczywistym rozwiązaniem problemu jest zainstalowanie baterii nie za 300 rubli, ale za 1000, ale za 19 000 mAh, trzeba będzie ją wymieniać raz na 5 lat. Jest okej. Tak, nieznacznie zwiększy to koszt samego czujnika. Ale przemysł może sobie na to pozwolić i naprawdę tego potrzebuje.
Nikt nie jest casdevem, więc nikt nie zna potrzeb branży.
I o najważniejszej sprawie
A co najważniejsze, natykają się właśnie na banalny brak dialogu. Petrochemia to produkcja, a produkcja jest dość niebezpieczna, gdzie możliwy jest scenariusz lokalnego wycieku gazu i powstania chmury wybuchowej. Dlatego cały sprzęt bez wyjątku musi być przeciwwybuchowy. Oraz posiadają odpowiednie certyfikaty ochrony przeciwwybuchowej zgodnie z rosyjską normą TR TS 012/2011.
Twórcy po prostu o tym nie wiedzą. A ochrona przeciwwybuchowa nie jest parametrem, który można po prostu dodać do prawie gotowego urządzenia, jak kilka dodatkowych diod LED. Konieczne jest przerobienie wszystkiego, od samej płytki i obwodu po izolację przewodów.
Co robić
To proste – komunikuj się. Jesteśmy gotowi na bezpośredni dialog, nazywam się Wasilij Eżow, właściciel produktu IoT w SIBUR, możesz do mnie napisać tutaj w wiadomości prywatnej lub e-mailem - [email chroniony]. Mamy gotowe specyfikacje techniczne, wszystko Ci opowiemy i pokażemy jakiego sprzętu potrzebujemy, dlaczego i na co należy zwrócić uwagę.
W tej chwili budujemy już szereg projektów na LoRaWAN w zielonej strefie (gdzie ochrona przeciwwybuchowa nie jest dla nas parametrem obowiązkowym), patrzymy jak to jest ogólnie i czy LoRaWAN nadaje się do rozwiązywania problemów na takim skala. Bardzo nam się to spodobało na małych sieciach testowych, teraz budujemy sieć o dużym zagęszczeniu czujników, gdzie w jednej instalacji zaplanowano około 400 czujników. Pod względem ilościowym dla LoRaWAN to niewiele, ale pod względem gęstości sieci to już trochę dużo. Sprawdźmy to.
Na wielu wystawach zaawansowanych technologii producenci sprzętu komputerowego po raz pierwszy usłyszeli ode mnie o ochronie przeciwwybuchowej i jej konieczności.
Jest to więc przede wszystkim problem komunikacyjny, który chcemy rozwiązać. Jesteśmy jak najbardziej za cusdevem, jest on użyteczny i korzystny dla wszystkich stron, klient otrzymuje niezbędny sprzęt do swoich potrzeb, a deweloper nie traci czasu na tworzenie czegoś niepotrzebnego lub całkowite przerabianie istniejącego sprzętu od podstaw.
Jeśli już robisz coś podobnego i jesteś gotowy na ekspansję w sektorze naftowym, gazowym i petrochemicznym, po prostu napisz do nas.
Źródło: www.habr.com