Коли йдеться про автоматизацію процесів у нафтохімічній галузі, часто спрацьовує стереотип, що виробництво складне, отже, там автоматизовано все, до чого можна дотягнутися, завдяки АСУТП-системам. Насправді не зовсім так.
Нафтохімічна промисловість справді досить добре автоматизована, але це стосується основного технологічного процесу, де автоматизація та мінімізація людського фактора мають критичне значення. Всі супутні процеси не автоматизовані через високу вартість рішень АСУТП та проводяться в ручному режимі. Тому ситуація, коли раз на пару годин співробітник вручну перевіряє, чи нагріта належним чином та чи інша труба, чи включений потрібний рубильник і чи засунута засувка, чи в нормі рівень вібрації підшипника – це нормально.
Більшість некритичних процесів не автоматизовано, але це можна зробити за допомогою технологій інтернету речей, а не АСУТП.
На жаль, тут є проблема — прірва в комунікаціях між замовниками з нафтохімічної галузі та самими розробниками заліза, які не мають замовників серед нафтогазової галузі та, відповідно, не отримують інформацію про вимоги до обладнання щодо застосування в агресивних, вибухонебезпечних зонах, у суворих кліматичних умовах і т.д.
У цьому пості ми й поговоримо про цю проблему і як її вирішити.
IoT у нафтохімії
Для перевірки деяких параметрів ми використовуємо обходи для візуального та тактильного огляду некритичних вузлів установки. Одна з найчастіших проблем пов'язана з подачею пари. Пара - це теплоносій для безлічі нафтохімічних процесів, і подається він від теплостанції до кінцевого вузла по довгих трубах. При цьому треба враховувати, що заводи та установки у нас розташовані в досить складних кліматичних умовах, зими в Росії суворі, іноді деякі труби починають замерзати.
Тому за регламентом певний персонал щогодини повинен здійснювати обходи та заміряти температуру труб. У масштабах цілого заводу — це велика кількість людей, які майже цим і займаються — ходять і чіпають труби.
По-перше, це незручно: температури бувають низькі, а треба ходити далеко. По-друге, таким чином неможливо зібрати і, тим більше, використовувати дані процесу. По-третє, це затратно: всі ці люди повинні робити кориснішу роботу. Зрештою, людський фактор: наскільки точно вимірюється температура, наскільки це регулярно відбувається?
І це лише одна з причин, через яку керівники заводів та установок досить серйозно стурбовані питанням мінімізації впливу людського фактора на техпроцеси.
Це перший корисний кейс можливого застосування IoT на виробництві.
Другий – віброконтроль. На обладнанні є електродвигуни і потрібно здійснювати віброконтроль. Проводиться він поки так само, вручну — раз на добу люди ходять і спеціальними приладами вимірюють рівень вібрації, щоби переконатися, що все гаразд. Це знову ж таки марнування часу та людських ресурсів, знову вплив людського фактора на правильність і частоту таких обходів, але найголовніший мінус — ти не можеш працювати з такими даними, тому що даних для обробки фактично немає і неможливо перейти до обслуговування динамічного обладнання за станом.
А це зараз один із головних трендів галузі – перехід від регламентного обслуговування до обслуговування за станом, за належної організації якого ведеться активний та докладний облік напрацювання обладнання та повний контроль його поточного стану. Наприклад, коли підходить час перевірки насосів, ти перевіряєш їх параметри і бачиш, що насос А за цей час встиг напрацювати необхідну для обслуговування кількість мотогодин, а насос Б ще немає, значить, його поки можна не обслуговувати, ще рано.
Загалом, як заміна олії в автомобілі кожні 15 000 кілометрів. Хтось може накатати це за півроку, комусь знадобиться рік, а в когось піде ще більше часу, залежно від того, як активно використовується конкретне авто.
Те саме з насосами. Плюс тут є й друга змінна, що впливає на необхідність обслуговування історія показників вібрації. Припустимо, історія вібрації була в порядку, щогодини насос теж ще не напрацював - значить, поки не обслуговуємо. А якщо історія вібрацій не в нормі, то такий насос треба обслуговувати навіть при ненапрацюванні годинника. І навпаки — за відмінної історії вібрацій обслуговуємо, якщо напрацювалися годинники.
Якщо все це враховувати та проводити обслуговування таким чином, то можна скоротити витрати на обслуговування динамічного обладнання на 20, а то й на 30 відсотків. З урахуванням масштабів виробництва — це дуже суттєві цифри, без втрати якості та зниження рівня безпеки. І це готовий кейс для використання IIoT для підприємства.
А ще є багато лічильників, з яких зараз інформація знімається вручну («сходив – подивився – записав»). Це все також ефективніше обслуговувати онлайн, дивитися в реальному часі, що і як використовується. Подібний підхід дуже допоможе у вирішенні питання використання енергоресурсів: знаючи точні цифри споживання, можна подавати на трубу А більше пари вранці, а на трубу Б більше пари ввечері, наприклад. Адже зараз теплостанції будуються з великим запасом, щоби точно забезпечити всі вузли теплом. А можна будувати не запасом, а розумно, оптимальніше розподіляючи ресурси.
Це і є модне data driven decision, коли рішення приймаються на основі повноцінної роботи з даними, які зібрали. Хмари та аналітика сьогодні користуються особливою популярністю, на Відкритих Інноваціях цього року дуже багато говорили про бігдат та хмари. Усі готові працювати з бігдатою, обробляти, зберігати, але спочатку дані потрібно зібрати. Про це говорять менше. Нині дуже мало хардварних стартапів.
Третій кейс IoT - трекінг персоналу, забезпечення навігації по периметру та інше. Ми використовуємо це, щоб стежити за переміщенням співробітників та моніторити закриті зони. Наприклад, проводяться в зоні якісь роботи, під час яких у ній не мають бути сторонні — і є можливість наочно контролювати це в реальному часі. Або обхідник пішов перевіряти насос, і вже довгий час перебуває в нього і не рухається — можливо людині стало погано, потрібна допомога.
Про стандарти
Ще одна проблема — немає інтеграторів, які готові робити рішення для індустріального IoT. Тому що в цій сфері досі немає усталених стандартів.
Наприклад, як у нас вдома: є wifi-роутер, можна купити щось ще для розумного будинку - чайник, розетку, IP-камеру або лампочки - підключити все це до вже наявного wifi, і все запрацює. Точно запрацює, тому що wifi - це стандарт, під який все заточено.
А ось у сфері рішень для підприємств стандартів такого рівня розповсюдженості немає. Справа в тому, що сама компонентна база стала доступною за вартістю порівняно недавно, що дозволило залізницям на такій базі конкурувати з людським ресурсом.
Якщо наочно порівнювати, цифри будуть приблизно таких масштабів.
Один датчик АСУТП для застосування у промисловості коштує близько $2000.
Один LoRaWAN-датчик – 3-4 тисячі рублів.
10 років тому були взагалі лише АСУТП, без альтернатив, LoRaWAN з'явилася років 5 тому.
Але ми не можемо просто взяти та використовувати LoRaWAN-датчики на всій території наших підприємств
Вибір технологій
З домашнім wifi все зрозуміло, з обладнанням офісів приблизно так само.
Популярних і загальновикористовуваних стандартів щодо IoT у промисловості немає. Є, звісно, купа різних індустріальних стандартів, які фірми розробляють під себе.
Взяти, наприклад, wireless HART, який зробили хлопці з Emerson – теж 2,4 ГГц, майже той самий wifi. Зона такого покриття від крапки до крапки — 50-70 метрів. Якщо зважити на те, що площі наших установок перевищують розміри кількох футбольних полів, стає сумно. Та й одна базова станція у такому разі може впевнено обслуговувати до 100 пристроїв. А ми зараз облаштовуємо нову установку, там уже на початкових етапах понад 400 датчиків.
А ще є NB-IoT (NarrowBand Internet of Things), що надається операторами стільникового зв'язку. І знову не для використання на виробництві — по-перше, банально дорого (оператор стягує плату за трафік), по-друге, формується надто сильна залежність від операторів зв'язку. Якщо треба поставити такі датчики в приміщення типу бункера, де зв'язок не ловить, і потрібно туди ставити додаткове обладнання - доведеться звертатися до оператора, платно і з непрогнозованими термінами виконання замовлення покриття мережею об'єкта.
Використовувати чистий wifi на майданчиках неможливо. Навіть домашні канали забиті що на 2,4 ГГц, що на 5 ГГц, а у нас виробничий майданчик з величезною кількістю датчиків та обладнання, а не просто парою комп'ютерів і мобільних на квартиру.
Звичайно, є пропрієтарні стандарти осудної якості. Але це не працює, коли ми будуємо мережу з багатьма різношерстими пристроями, потрібен єдиний стандарт, а не щось закрите, що знову вжене в залежність від того чи іншого постачальника.
Тому альянс LoRaWAN бачиться дуже добрим виходом, технологія активно розвивається і, на мій погляд, має всі шанси зрости до повноцінного стандарту. Після розширення RU868 частотного діапазону, у нас каналів побільшало, ніж у Європі, а значить, за ємністю мережі можна взагалі не соромитися, що робить LoRaWAN відмінним протоколом для періодичного збору параметрів, скажімо, раз на 10 хвилин або раз на годину.
В ідеалі з ряду датчиків нам треба отримувати дані раз на 10 хвилин, щоб вести нормальну картину спостереження, збирати дані та взагалі відстежувати стан обладнання. А у випадку з обхідниками ця періодичність дорівнює годині у кращому випадку.
Чого ще не вистачає?
Відсутність діалогу
Між хардварними розробниками та замовниками з нафтохімії чи нафтогазу не вистачає діалогу. І виходить, що айтішники роблять відмінне з погляду IT залізо, яке неможливо масово використовувати на нафтохімічному виробництві.
Наприклад, залізниця на LoRaWAN для вимірювання температури труб: повісив на трубу, прикріпив хомутиком, повісив радіомодуль, закрив точку контролю – і все.
Обладнання в частині ІТ підходить абсолютно, а ось проблеми для індустрії.
Батарея на 3400 мА · год. Звичайно, не найпростіша, тут тіонілхлоридна, що дає можливість працювати і в -50 і не втрачати ємність. Якщо ми раз на 10 хвилин надсилаємо інфу з такого датчика, він посадить батарею за півроку. У штучному рішенні нічого страшного розкрутив датчик, вставив нову батарейку за 300 рублів раз на півроку.
А якщо це десятки тисяч датчиків на величезному майданчику? На це піде величезна кількість часу. Прибравши людино-годинник, що витрачається на обходи, ми отримаємо той самий час обслуговування системи.
Досить очевидне вирішення проблеми - ставити батарею не за 300 рублів, а за 1000, але на 19 000 мА · год, її доведеться міняти вже раз на 5 років. Це нормально. Так, це трохи підвищить вартість самого датчика. Але галузь може це собі дозволити і галузі це справді необхідно.
Ніхто не кадевіт, тож ніхто не знає про потреби галузі.
І про головне
А ще найголовніше, на чому спотикаються саме через банальну відсутність діалогу. Нафтохімія — це виробництво, і виробництво досить небезпечне, де можливий сценарій локального витоку газу та формування вибухонебезпечної хмари. Тому все без винятків обладнання повинно мати вибухозахист. І мати відповідні сертифікати вибухозахисту згідно з російським стандартом ТР ТС 012/2011.
Розробники про це просто не знають. А вибухозахист - це не той параметр, який можна просто додати до вже майже готового пристрою, як пару додаткових світлодіодів. Необхідно все переробляти від самої плати і ланцюга до ізоляції проводів.
Що робити
Все просто – спілкуватися. Ми готові до прямого діалогу, мене звуть Василь Єжов, власник продукту IoT у СІБУРі, ви можете писати мені тут у личку чи на пошту – [захищено електронною поштою]. У нас є готові ТЗ, ми все розповімо та покажемо, яке і для чого нам потрібне обладнання та що потрібно враховувати.
Прямо зараз ми вже будуємо низку проектів на LoRaWAN у зеленій зоні (там, де у нас вибухозахист не є обов'язковим параметром), дивимося, як воно загалом, і чи підходить LoRaWAN для вирішення завдань у таких масштабах. На маленьких тестових мережах нам дуже сподобалося, зараз будуємо мережу з високою густиною датчиків, де на одній установці планується близько 400 датчиків. За кількістю для LoRaWAN це небагато, але ось за щільністю мережі вже забагато. Тож перевіримо.
На низці високотехнологічних виставок від мене виробники залізок взагалі вперше чули про вибухозахист та її необхідність.
Тож це насамперед проблема комунікації, яку ми й хочемо вирішити. Ми дуже сильно за cusdev, це корисно і вигідно всім сторонам, замовник отримує потрібну залізницю під свої потреби, а розробник не витрачає час на створення чогось непотрібного або повну переробку залізок з нуля.
Якщо ви вже робите щось подібне і готові розширитися на нафтогазовий та нафтохімічний сектор, просто пишіть нам.
Джерело: habr.com