L'intelligenza industriale del iot mira a salvare vite umane prevenendo i disastri

Il 23 marzo 2005, una raffineria di petrolio BP Plc in Texas è esplosa, uccidendo 15 persone e ferendone più di 170. La causa dell'esplosione è stata che i dipendenti della BP hanno riempito troppo e surriscaldato un importante pezzo di attrezzatura per la lavorazione del petrolio, secondo The Guardian. Alla fine BP ha sborsato oltre $ 3 miliardi per pagare multe, risolvere azioni legali e migliorare la raffineria, che Marathon Petroleum Corp. ha acquistato all'inizio del 2013 per $ 2, 5 miliardi.

Questo è solo un esempio in un lungo elenco di catastrofi perché, nel settore energetico, impianti e strutture simili possono esplodere catastroficamente. È stato a lungo un fatto della vita. Tuttavia, i fornitori pionieri dell'infrastruttura dell'Internet of Things (IIoT) industriale stanno cercando di prevenire incidenti come questi attraverso l'automazione. Le piattaforme IIoT forniscono monitoraggio in tempo reale e manutenzione preventiva, che consentono ai proprietari e agli operatori di impianti di reagire più rapidamente alle situazioni di emergenza. Questo tempo di reazione viene ulteriormente accelerato tramite la virtualizzazione, che aiuta a ridurre la latenza nelle applicazioni IoT che operano in strutture come raffinerie di petrolio e centrali elettriche. Le decisioni sulle attrezzature nelle centrali elettriche e negli impianti chimici devono essere prese in tempo reale per proteggere la sicurezza della popolazione circostante.

Disaster Recovery

Mentre il ripristino di emergenza è la priorità per la maggior parte delle aziende, le situazioni affrontate qui vanno ben oltre la perdita di tempo di lavoro in un sito di ufficio o la caduta improvvisa del sito Web ospitato. Affinché le raffinerie di petrolio e le centrali elettriche possano evitare catastrofi nella vita reale, un sistema di sicurezza strumentato (SIS) di società come Schneider Electric può "monitorare queste variabili critiche che sarebbero indicative di una reazione esotermica", ha affermato Christopher Lyden, Senior Vice Presidente di strategia e portafoglio di Schneider Electric. "Se avvertono che quelle variabili stanno cambiando troppo rapidamente, allora prendono delle misure per arrestare effettivamente il processo."

Lyden è in una posizione eccellente per commentare queste situazioni perché Schneider Electric è un fornitore di automazione che fornisce le apparecchiature di automazione specificamente per centrali elettriche, impianti di produzione di petrolio e raffinerie di petrolio. Fornitori come Emerson Electric Co., Honeywell International e Rockwell Automation offrono anche piattaforme SIS.

Un SIS agisce come un "freno" nel funzionamento di un impianto, secondo Lyden. "Fondamentalmente, un SIS è lì per garantire che la pianta si spenga prima che possa verificarsi una catastrofe o un incidente critico", ha detto Lyden. "Monitora le prestazioni dell'operazione e le risorse operative. Se il processo inizia ad accelerare o se qualcosa inizia a perdere il controllo, allora il SIS prende il controllo e abbatte l'impianto".

Il SIS di Schneider Electric, il sistema di sicurezza EcoStruxure Triconex, è una combinazione di hardware e software del controller per bordi che aiuta a mantenere i tempi di attività degli impianti. Il sistema può fornire avvisi di incendi o altri eventi combustibili nonché altri eventi, quali perdite di gas tossici, e contribuire a correggere le situazioni. Sebbene le piattaforme SIS non si colleghino alle reti di dati per motivi di sicurezza, svolgono comunque un ruolo nell'IIoT fornendo dati agli operatori di impianti e raffinerie per aiutarli a prendere decisioni critiche.

"Ad esempio, gli operatori possono ricevere avvisi tramite dashboard sul proprio smartphone, dicendo loro che la pianta o un particolare impianto sono a rischio. Possono quindi intraprendere le azioni necessarie per evitare un incidente", ha detto Lyden. "Li stiamo aiutando a capire la loro soglia di sicurezza, fino a che punto possono guidare il processo e le loro risorse prima che lo stabilimento raggiunga uno stato non sicuro."

Ridondanza, autonomia e failover rapido

Secondo Lyden, al fine di proteggere dal tipo di disastro verificatosi in precedenza nella raffineria di petrolio BP, gli operatori dovrebbero mantenere un failover rapido e un controllo automatizzato, nonché prendere in considerazione l'implementazione della ridondanza su macchine virtuali (VM). A tale scopo, Schneider Electric implementa la piattaforma di infrastruttura cloud locale di Wind River Titanium Control. "Avere ridondanza sulle macchine virtuali è estremamente importante e avere questo failover rapido significa che non perdono mai la vista dell'impianto per il tempo necessario a dare loro l'ansia", ha detto Lyden.

Un sistema di controllo della distribuzione di un'azienda come Schneider Electric offre funzioni autonome agli impianti chimici e alle centrali elettriche. I controllori logici programmabili di Schneider Electric che eseguono il sistema operativo in tempo reale (SO) VxWorks di Wind River consentono alle centrali elettriche di controllare le loro operazioni in modo autonomo. Le funzioni autonome di un sistema di controllo della distribuzione aiutano le centrali elettriche e le strutture petrolifere a controllare la pressione, la temperatura e il flusso di energia. Lyden si riferisce a questo come "controllo del battito cardiaco". In effetti, Schneider Electric e Wind River stanno lavorando su un controller di processo di prossima generazione. Questo tipo di tecnologia di controllo gestisce il failover negli impianti, quando subentra l'attrezzatura di riserva a causa di un guasto nell'infrastruttura primaria.

Sicurezza e protezione dell'infrastruttura critica

Wind River aiuta i clienti come Schneider Electric a integrare le diverse app hardware e di controllo degli impianti industriali su un'unica piattaforma. Le piante possono anche sfruttare la virtualizzazione e i contenitori per mantenere una disponibilità ottimale. L'azienda è specializzata in sistemi operativi in ​​tempo reale e nelle tecnologie di virtualizzazione necessarie per portare l'intelligenza al limite.

Componente di un'infrastruttura IIoT, i sistemi operativi in ​​tempo reale in genere si concentrano su app di sicurezza e mission-critical. Reagiscono al loro ambiente su una scala di micro-secondi e sono ideali per dispositivi e app che non possono fallire. "I sistemi operativi in ​​tempo reale possono garantire che il calcolo, la memoria e la cache vengano sempre distribuiti in modo prioritario", ha affermato Jim Douglas, Presidente e CEO di Wind River.

L'esecuzione di sistemi operativi in ​​tempo reale in parallelo con Linux consente alle aziende di applicare l'apprendimento automatico (ML) ai margini in cui gli impianti hanno "un'elevata criticità per la sicurezza", ha affermato Douglas. Sebbene i sistemi operativi in ​​tempo reale e Linux possano essere gestiti separatamente, se usati insieme Linux può eseguire le parti non critiche per la sicurezza di un dispositivo o app mentre il sistema operativo in tempo reale gestisce le funzioni mission-critical. Linux è utile con i sistemi embedded a causa dei suoi requisiti di sistema inferiori e delle maggiori capacità di prestazione, secondo Douglas. Grazie a queste capacità ad alte prestazioni, ora puoi trovare vari tipi di Linux usati in fabbrica, in controlli programmabili, in aeroplani e in sistemi di controllo di volo.

Si sta verificando più calcolo ai margini per evitare questo ritardo. "Non puoi avere quella latenza", ha detto Douglas. "Se succede qualcosa, avrai una catastrofe."

Automatizzato e senza pilota

Queste tecnologie si stanno evolvendo abbastanza rapidamente che Lyden prevede che alcuni impianti a gas potrebbero presto diventare senza pilota per proteggersi dalle catastrofi. "La tecnologia di oggi non è tale che le persone sono sicure di farlo. Tuttavia, stiamo iniziando a vederla in mare aperto", ha affermato Lyden. "Quindi vedrai tutte le operazioni su un gruppo di piattaforme petrolifere offshore gestite da una piattaforma madre centrale con piattaforme figlie senza pilota."

Lyden ha anche osservato che alcuni piccoli impianti di gas sono ora gestiti a distanza. "Stiamo guidando, penso, verso questa nozione di autonomia, il che significa che il sistema di controllo ha tutto ciò che consentirebbe il controllo, ma comunque consentire la sicurezza senza umani", ha detto Lyden.

"Questa nozione di dispositivi periferici intelligenti, autonomi e autodiagnostici", ha continuato, "che non solo controllano ma possono anche iniziare a fare cose come gestire le condizioni delle risorse fisiche dell'impianto. Questo tipo di capacità sono necessario per arrivare a questa visione di piante senza pilota."

Inoltre, edge computing e IIoT creeranno opportunità per la convivenza tra umani e macchine autonome. In effetti, l'intelligenza artificiale (AI) ai margini sarà al centro dell'IIoT, secondo Douglas. La prima ondata di IIoT prevedeva il collegamento di macchine perimetrali a reti aziendali. Poi è arrivata l'analisi e la visualizzazione dei dati. "Potremmo iniziare a fare analisi usando software per scrivere cose come pacchetti di visualizzazione per facilitare il rilevamento di anomalie", ha detto Douglas.

"La prossima ondata è che avrai macchine completamente autonome o parzialmente autonome in cui possono effettivamente iniziare a svolgere attività più sofisticate da sole, e puoi avere le persone più concentrate su attività di livello superiore e lasciare che i robot svolgono i compiti di livello inferiore ", ha continuato Douglas. "Questa è la grande trasformazione. È qui che entra in gioco l'IA, in cui quando hai abbastanza potenza di calcolo al limite da poter iniziare a rendere questo macchinario molto più intelligente. E farlo assumere più di questo tipo di compiti che richiedono un sacco di interazione umana."

Analisi e salute delle apparecchiature

Attualmente, gli impianti di produzione e le raffinerie dispongono di una varietà di apparecchiature che aiutano a controllare il processo di produzione, inclusi compressori, manometri, pompe e valvole. I sensori consentono a questi componenti di diventare intelligenti e condividere informazioni sulle loro prestazioni operative. Secondo Lyden, in futuro gli impianti chimici disporranno di pompe che generano analisi che comunicano al personale quando le pompe stanno cortocircuitando gli starter o usando troppa corrente.

"Puoi aspettarti che le pompe siano strumentate in un modo che ti dica se consuma energia o se la pompa sta diventando meno efficiente", ha detto Lyden. "E tutte queste cose verrebbero eseguite da un dispositivo edge comune che controlla sia il funzionamento della pompa che diagnostica la pompa."

Man mano che le organizzazioni rimuovono le persone dalle centrali elettriche e i prezzi dei sensori e dei dispositivi di misurazione diminuiscono, sarà necessario una maggiore gestione degli impianti attraverso IIoT per evitare guasti alle centrali senza pilota.

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"Sono cose di quella natura che penso che l'IoT consentirà, perché vedremo una gestione della salute delle apparecchiature molto più di quella che vediamo oggi", ha detto Lyden. "Il passo successivo, quindi, man mano che l'IoT matura, è quello di impartire capacità di controllo effettive a questi asset. Ciò di cui stiamo parlando è che ciascuno di questi asset diventa un sistema cyber-fisico in grado di controllarsi autonomamente." Inoltre, andando avanti, gli impianti chimici collegheranno i loro ventilatori, scambiatori di calore, motori e pompe, secondo Lyden.

Accanto agli sviluppi fisici IIoT, l'analitica svilupperà e svolgerà un ruolo più importante nella gestione delle prestazioni delle pompe. La combinazione di maggiore connettività, potenza di calcolo e analisi aiuterà gli impianti e le raffinerie a gestire lo stato delle apparecchiature di processo, migliorare il processo decisionale e aumentare l'affidabilità delle infrastrutture critiche.

Il suddetto incidente nella raffineria di petrolio della BP, nonché un incidente della raffineria di Exxon Mobile il 18 febbraio 2015, in California, in cui un rilascio di idrocarburi ha causato un'esplosione, mostrano la necessità della tecnologia IIoT. L'intelligenza che porta può aiutare a prevenire questo tipo di catastrofi.