Quando se trata de automação de processos na indústria petroquímica, muitas vezes entra em jogo o estereótipo de que a produção é complexa, o que significa que tudo o que pode ser alcançado ali é automatizado, graças a sistemas automatizados de controle de processos. Na verdade não é bem assim.
A indústria petroquímica é de facto bastante bem automatizada, mas isto diz respeito ao processo tecnológico central, onde a automatização e a minimização do factor humano são críticas. Todos os processos relacionados não são automatizados devido ao alto custo das soluções automatizadas de controle de processos e são realizados manualmente. Portanto, uma situação em que a cada duas horas um funcionário verifica manualmente se este ou aquele tubo está devidamente aquecido, se o interruptor necessário está ligado e se a válvula está retraída, se o nível de vibração do rolamento está normal - isso é normal .
A maioria dos processos não críticos não são automatizados, mas isso pode ser feito usando tecnologias da Internet das Coisas em vez de sistemas automatizados de controle de processos.
Infelizmente, há um problema aqui - uma lacuna na comunicação entre os 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 dos equipamentos para uso em áreas agressivas e explosivas, em condições climáticas adversas, etc.
Neste post falaremos sobre esse problema e como resolvê-lo.
IoT na petroquímica
Para verificar alguns parâmetros, utilizamos walk-throughs para fins de inspeção visual e tátil de componentes não críticos da instalação. Um dos problemas comuns está relacionado ao fornecimento de vapor. O vapor é o refrigerante de muitos processos petroquímicos e é fornecido da planta de aquecimento até o nó final através de longos tubos. Deve-se levar em conta que nossas fábricas e instalações estão localizadas em condições climáticas bastante difíceis, os invernos na Rússia são rigorosos e, às vezes, alguns tubos começam a congelar.
Portanto, de acordo com os regulamentos, determinado pessoal deve fazer rondas uma vez por hora e medir a temperatura dos tubos. Na escala de uma fábrica inteira, trata-se de um grande número de pessoas que quase não fazem nada além de caminhar e tocar em canos.
Em primeiro lugar, é inconveniente: as temperaturas podem ser baixas e é preciso caminhar muito. Em segundo lugar, desta forma é impossível recolher e, sobretudo, utilizar dados sobre o processo. Terceiro, é dispendioso: todas estas pessoas têm de realizar um trabalho mais útil. Finalmente, o fator humano: com que precisão a temperatura é medida e com que regularidade isso acontece?
E esta é apenas uma das razões pelas quais os gestores de fábricas e instalações estão seriamente preocupados em minimizar o impacto do fator humano nos processos técnicos.
Este é o primeiro estudo de caso útil do possível uso da IoT na produção.
O segundo é o controle de vibração. O equipamento possui motores elétricos e deve ser realizado controle de vibração. Por enquanto, é feito da mesma forma, manualmente – uma vez por dia, as pessoas andam e usam instrumentos especiais para medir o nível de vibração e ter certeza de que tudo está em ordem. Isto é novamente uma perda de tempo e de recursos humanos, mais uma vez a influência do factor humano na correcção e frequência de tais rondas, mas a desvantagem mais importante é que não se pode trabalhar com tais dados, porque praticamente não existem dados para processamento e é impossível passar à manutenção de equipamentos dinâmicos com base nas condições.
E esta é hoje uma das principais tendências do setor - a transição da manutenção de rotina para a manutenção baseada na condição, com organização adequada da qual são mantidos registros ativos e detalhados das horas de operação dos equipamentos e controle total de seu estado atual. Por exemplo, quando chega a hora de verificar as bombas, você verifica seus parâmetros e vê que durante esse tempo a bomba A conseguiu acumular o número necessário de horas de motor para manutenção, mas a bomba B ainda não, o que significa que pode ' ainda não foi atendido, é muito cedo.
Em geral, é como trocar o óleo de um carro a cada 15 mil quilômetros. Alguém pode fazer isso em seis meses, para outros levará um ano, e para outros ainda mais, dependendo de quão ativamente um determinado carro é usado.
O mesmo acontece com as bombas. Além disso, há uma segunda variável que afeta a necessidade de manutenção – o histórico dos indicadores de vibração. Digamos que o histórico de vibrações esteja em ordem, a bomba também ainda não funcionou de acordo com o relógio, o que significa que não precisamos fazer manutenção ainda. E se o histórico de vibração não for normal, essa bomba deverá passar por manutenção mesmo sem horas de operação. E vice-versa - com um excelente histórico de vibrações, fazemos a manutenção se as horas tiverem sido trabalhadas.
Se você levar tudo isso em consideração e realizar a manutenção dessa forma, poderá reduzir o custo de manutenção de equipamentos dinâmicos em 20 ou até 30%. Considerando a escala de produção, são números muito significativos, sem perda de qualidade e sem comprometer o nível de segurança. E este é um caso pronto para usar a IIoT em uma empresa.
Existem também muitos balcões onde a informação é agora recolhida manualmente (“fui, olhei e anotei”). Também é mais eficiente atender tudo isso online, para ver em tempo real o que está sendo utilizado e como. Esta abordagem ajudará muito a resolver a questão do uso dos recursos energéticos: conhecendo os valores exatos do consumo, você pode fornecer mais vapor para o tubo A pela manhã e mais vapor para o tubo B à noite, por exemplo. Afinal, agora as estações de aquecimento são construídas com uma grande margem para fornecer calor com precisão a todos os componentes. Mas você pode construir não com reservas, mas com sabedoria, distribuindo os recursos de forma otimizada.
Esta é a decisão baseada em dados que está na moda, quando as decisões são tomadas com base no trabalho completo com os dados que foram coletados. Nuvens e análises são especialmente populares hoje em dia; na Open Innovations deste ano falou-se muito sobre big data e nuvens. Todos estão prontos para trabalhar com big data, processá-los, armazená-los, mas primeiro os dados devem ser coletados. Fala-se menos sobre isso. Existem muito poucas startups de hardware atualmente.
O terceiro caso da IoT é o rastreamento de pessoal, navegação perimetral, etc. Usamos isso para rastrear movimentos de funcionários e monitorar áreas restritas. Por exemplo, estão sendo realizados alguns trabalhos na zona, durante os quais não devem estar estranhos - e é possível controlar isso visualmente em tempo real. Ou o eletricista foi verificar a bomba, está com ela há muito tempo e não se mexe - talvez a pessoa tenha passado mal e precise de ajuda.
Sobre padrões
Outro problema é que não existem integradores prontos para criar soluções para IoT industrial. Porque ainda não existem padrões estabelecidos nesta área.
Por exemplo, como são as coisas em casa: temos um roteador wi-fi, você pode comprar outra coisa para uma casa inteligente - uma chaleira, uma tomada, uma câmera IP ou lâmpadas - conecte tudo ao wi-fi existente e tudo funcionará . Com certeza funcionará, porque wifi é o padrão pelo qual tudo é adaptado.
Mas no campo das soluções para empresas não existem padrões com este nível de prevalência. O fato é que a própria base de componentes tornou-se acessível há relativamente pouco tempo, o que permitiu que o hardware nessa base competisse com os recursos humanos.
Se compararmos visualmente, os números ficarão aproximadamente na mesma escala.
Um sensor de sistema de controle automatizado para uso industrial custa cerca de US$ 2000.
Um sensor LoRaWAN custa de 3 a 4 mil rublos.
Há 10 anos existiam apenas sistemas automatizados de controle de processos, sem alternativas, o LoRaWAN apareceu há 5 anos.
Mas não podemos simplesmente levar e usar sensores LoRaWAN em todas as nossas empresas
Seleção de Tecnologia
Com o wifi doméstico tudo fica claro, com o equipamento de escritório tudo é igual.
Não existem padrões populares e comumente usados em termos de IoT na indústria. É claro que existem vários padrões industriais diferentes que as empresas desenvolvem por si mesmas.
Veja, por exemplo, o wireless HART, que foi feito pelos caras da Emerson - também 2,4 GHz, quase o mesmo wifi. A área dessa cobertura ponto a ponto é de 50 a 70 metros. Quando se considera que a área das nossas instalações ultrapassa o tamanho de vários campos de futebol, fica triste. E uma estação base, neste caso, pode atender com segurança até 100 dispositivos. E agora estamos montando uma nova instalação; nos estágios iniciais já existem mais de 400 sensores.
E há ainda o NB-IoT (NarrowBand Internet of Things), fornecido pelas operadoras de celular. E, novamente, não para uso na produção - em primeiro lugar, é simplesmente caro (a operadora cobra pelo tráfego) e, em segundo lugar, constitui uma dependência muito forte das operadoras de telecomunicações. Caso necessite instalar tais sensores em locais como um bunker, onde não há comunicação, e ali precise instalar equipamentos adicionais, deverá entrar em contato com a operadora, mediante pagamento de taxa e com prazos imprevisíveis para execução de um pedido de cobertura o objeto com uma rede.
É impossível usar wifi puro nos sites. Até os canais domésticos estão bloqueados em 2,4 GHz e 5 GHz, e temos um local de produção com um grande número de sensores e equipamentos, e não apenas alguns computadores e telefones celulares por apartamento.
É claro que existem padrões proprietários de qualidade sensata. Mas isso não funciona quando construímos uma rede com muitos dispositivos diferentes, precisamos de um padrão único, e não de algo fechado que nos tornará novamente dependentes de um fornecedor ou de outro.
Portanto, a aliança LoRaWAN parece ser uma solução muito boa: a tecnologia está se desenvolvendo ativamente e, na minha opinião, tem todas as chances de crescer até um padrão completo. Após a expansão da faixa de frequência RU868, temos mais canais do que na Europa, o que significa que não precisamos nos preocupar com a capacidade da rede, o que torna o LoRaWAN um excelente protocolo para coleta periódica de parâmetros, digamos, uma vez a cada 10 minutos ou uma vez por hora.
Idealmente, precisamos receber dados de vários sensores uma vez a cada 10 minutos para manter uma imagem de vigilância normal, coletar dados e monitorar geralmente a condição do equipamento. E no caso dos eletricistas, essa frequência é igual a uma hora, no máximo.
O que mais está faltando?
Falta de diálogo
Falta diálogo entre os desenvolvedores de hardware e os clientes petroquímicos ou de petróleo e gás. E acontece que os especialistas em TI produzem hardware excelente do ponto de vista de TI, que não pode ser usado em massa na produção petroquímica.
Por exemplo, um hardware no LoRaWAN para medir a temperatura dos tubos: pendurei-o no tubo, prendi-o com uma braçadeira, pendurei o módulo de rádio, fechei o ponto de controle - e é isso.
O equipamento informático é absolutamente adequado, mas há problemas para a indústria.
Bateria 3400mAh. Claro que não é o mais simples, aqui é o cloreto de tionila, que lhe dá a capacidade de trabalhar a -50 e não perder capacidade. Se enviarmos informações desse sensor uma vez a cada 10 minutos, a bateria descarregará em seis meses. Não há nada de errado com uma solução personalizada: desparafuse o sensor e insira uma bateria nova por 300 rublos a cada seis meses.
E se forem dezenas de milhares de sensores em um local enorme? Isso levará muito tempo. Ao eliminar as horas de trabalho gastas em visitas, obtemos a mesma quantidade de tempo para manter o sistema.
Uma solução bastante óbvia para o problema é instalar uma bateria não de 300 rublos, mas de 1000, mas de 19 mAh, ela terá que ser trocada uma vez a cada 000 anos. Isto é bom. Sim, isso aumentará ligeiramente o custo do próprio sensor. Mas a indústria pode pagar e realmente precisa disso.
Ninguém é casdev, então ninguém sabe das necessidades da indústria.
E sobre o principal
E o mais importante é que eles tropeçam justamente na falta banal de diálogo. A petroquímica é uma produção, e a produção é bastante perigosa, onde é possível um cenário de vazamento local de gás e formação de uma nuvem explosiva. Portanto, todos os equipamentos, sem exceção, devem ser à prova de explosão. E possuir os certificados de proteção contra explosão apropriados de acordo com a norma russa TR TS 012/2011.
Os desenvolvedores simplesmente não sabem disso. E a proteção contra explosão não é um parâmetro que pode simplesmente ser 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
É simples - comunique-se. Estamos prontos para um diálogo direto, meu nome é Vasily Ezhov, proprietário do produto IoT da SIBUR, você pode me escrever aqui em uma mensagem pessoal ou por e-mail - [email protegido]. Temos especificações técnicas prontas, contaremos tudo e mostraremos quais equipamentos precisamos e por que e o que deve ser levado em consideração.
Neste momento já estamos construindo uma série de projetos em LoRaWAN na zona verde (onde a proteção contra explosão não é um parâmetro obrigatório para nós), estamos analisando como é em geral e se LoRaWAN é adequado para resolver problemas em tal escala. Gostamos muito de pequenas redes de teste, agora estamos construindo uma rede com alta densidade de sensores, onde estão planejados cerca de 400 sensores para uma instalação. Em termos de quantidade para LoRaWAN isso não é muito, mas em termos de densidade de rede já é um pouco demais. Então vamos dar uma olhada.
Em diversas exposições de alta tecnologia, os fabricantes de hardware ouviram falar de mim pela primeira vez sobre proteção contra explosão e sua necessidade.
Portanto este é, antes de mais, um problema de comunicação que queremos resolver. Somos muito a favor do cusdev, é útil e benéfico para todas as partes, o cliente recebe o hardware necessário para suas necessidades e o desenvolvedor não perde tempo criando algo desnecessário ou refazendo completamente o hardware existente do zero.
Se você já está fazendo algo semelhante e está pronto para expandir para o setor de petróleo, gás e petroquímica, basta nos escrever.
Fonte: habr.com