Самый сложный и ответственный момент в жизни любого промышленного предприятия — пусконаладочные работы. Все объекты построены, оборудование смонтировано, и теперь его поэтапно включают в работу — и именно тогда могут показать себя ошибки монтажа или сбои из-за недостаточного контроля за уже работающим оборудованием. Зимой 2019 года одно из предприятий СИБУРа — ЗапСибНефтехим — проходило через такой этап: шел пуск новой производственной площадки пиролиза.
Как на любом химическом производстве, на новой площадке были смонтированы километры трубопроводов, на которых есть множество тупиковых участков. В условиях сибирских морозов есть риск, что какой-то из таких участков после пуска может «перемерзнуть», то есть в трубе может возникнуть ледяная пробка либо разрыв, что угрожает масштабной аварией.
Поэтому десяткам сотрудников ЗапСибНефтехима предстояло непрерывно перемещаться и контролировать состояние труб, то есть проверять температуру на ощупь, руками, поскольку на этапе пуска и наладки проблема могла возникнуть где угодно. Особенно важно, что времени на такой ручной сбор данных с оборудования было немного.
Но они оказались избавлены от этой суматошной работы благодаря технологии промышленного интернета вещей — IIoT.
Умный дом на заводе
Что это такое? Уже давно известны технологии умного дома, которые позволяют оснастить квартиру множеством датчиков, контролирующих температуру, состав воздуха и освещенность и в случае необходимости без участия хозяина регулирующих отопление и включающих лампы. Но большой популярностью они пока не пользуются — не все считают, что расходы себя оправдывают. Температуру мы чувствуем сами, и нажать на кнопку — не слишком сложная работа, чтобы ради нее покупать, а потом настраивать сложную электронику. Умный дом — скорее игрушка, чем необходимость.
Но для инженеров и технологов промышленных предприятий системы IIoT стали исполнением мечты и решением множества проблем. Промышленные предприятия огромны, они могут занимать квадратные километры, в них сотни и тысячи потенциально опасных узлов и агрегатов. Да, на самые важные из них можно поставить традиционные манометры и измерители вибрации, вывести показания с них на пульты операторов, но есть оборудование не такое критичное, состояние которого тоже нужно отслеживать в моменты ремонта или проверки новых режимов работы. И здесь помогают беспроводные электронные датчики IIoT.
«Мы снижаем нагрузку на производственный персонал, — объясняет сотрудник ЗапСибНефтехима Максим Коскин, который отвечает за внедрение IIoT. — Зимой во время запуска новой площадки у производственного персонала очень много задач, это поэтапное включение нового оборудования, и за этим включенным оборудованием надо следить, все эти линии нужно физически, то есть руками, пробовать, проверять температуру каждый час. Мы установили большое количество датчиков температуры, и производственный персонал освободился от этой задачи, они смогли вести удаленный мониторинг оборудования и его состояния».
Датчики интернета вещей — это, по сути, небольшие компьютеры, коробочки размером несколько сантиметров, с длинным проводом, на конце которого находится чувствительный элемент, например датчик вибрации или температуры.
Установка такого датчика очень проста: чувствительный элемент накладывается в нужной точке, не нужно модифицировать оборудование, вообще как-то его менять. Датчики давления похожи на обычные манометры — их можно устанавливать на стандартные места.
Система интернета вещей передает данные по беспроводному протоколу LoRaWAN, похожему на привычный Wi-Fi. У него несколько меньший объем передачи данных, зато очень приличная дальнобойность — несколько километров.
«Мы проводили технический эксперимент на базе ЗапСибНефтехима. Наш датчик стоял на участке дегидрирования пропана, а базовая станция, которая принимала сигнал, была на площадке пиролиза, дистанция была 4,5 километра, при этом на пути сигнала стояла ТЭЦ, то есть очень плотная застройка. Но мы достигли результата, мы уверенно получали показания», — рассказывает Максим Коскин.
У каждого датчика автономное питание — батарея, которая обеспечивает целых пять лет работы. Такой длинный срок достигается за счет компактного формата данных в протоколе LoRaWAN и дискретности передачи. Датчик не включен постоянно, он не передает данные и не слушает эфир все время, как многие бытовые интернет-устройства, а делает это с определенной периодичностью: например, раз в минуту он включается, за секунду передает информацию, а потом снова засыпает.
«Для большей части оборудования не требуется наблюдение в режиме реального времени, достаточно контролировать его состояние раз в несколько минут», — объясняет Коскин.
По его словам, инженеры могут не только получать данные от интернет-вещей, но и удаленно управлять ими, настраивать, меняя, например, периодичность измерений, а в перспективе — перепрограммировать их на расстоянии.
Дело о горячих точках
Датчики появились на ЗапСибНефтехиме чуть больше двух лет назад, но помогли предприятию сэкономить миллионы рублей. В том числе помогая решать сложные инженерные задачи.
Максим Коскин рассказал об одной из таких задач, которую, подражая Конан Дойлу, можно было бы назвать «делом о горячих точках». На производстве линейного полиэтилена на ЗапСибНефтехиме есть два огромных 40-метровых реактора полимеризации. Во время реакции нужно тщательно контролировать температуру, поэтому по всей высоте реактора стоят стандартные датчики КиП — термопары, показания которых выводятся на пульт.
Однако их оказалось недостаточно: в некоторых зонах реактора начали возникать зоны повышенной температуры (горячие точки) и образования агломерата. Формирующийся в них лист начинал опускаться вниз на распределительную решетку, ломая термопару. Технологи оставались без данных о температуре и уже не могли контролировать процесс.
Сегодня на каждый из реакторов установлено по 33 температурных датчика интернета вещей, что позволит контролировать текущий температурный профиль более точно и снижать влияние горячих точек.
«Была проведена большая работа по расследованию таких событий. И наши датчики теперь помогают их избегать. Ведь каждая такая остановка реактора — это большая потеря готовой продукции (полиэтилена), а это, в свою очередь, миллионы рублей», — говорит Коскин.
Сейчас количество датчиков интернета вещей на ЗапСибНефтехиме приближается к 2 тысячам, они установлены на ключевых участках — на производствах полипропилена, полиэтилена, ШФЛУ и бутадиена на площадке пиролиза. Но сказать, сколько датчиков будет достаточно для производственных и ремонтных служб, Максим Коскин не берется.
«Аппетиты наших коллег безграничны, ведь информации всегда недостаточно», — говорит он.