A inteligência industrial Iot visa salvar vidas, evitando desastres

Em 23 de março de 2005, uma refinaria de petróleo da BP Plc no Texas explodiu, matando 15 pessoas e ferindo mais de 170. A causa da explosão foram funcionários da BP sobrecarregando e superaquecendo um importante equipamento de processamento de petróleo, informou o The Guardian na época. A BP finalmente desembolsou mais de US $ 3 bilhões para pagar multas, resolver ações judiciais e melhorar a refinaria, que a Marathon Petroleum Corp. comprou no início de 2013 por US $ 2, 5 bilhões.

Este é apenas um exemplo em uma longa lista de desastres, porque, no setor de energia, plantas e instalações similares podem explodir catastroficamente. Isso tem sido um fato da vida. No entanto, os fornecedores pioneiros da infraestrutura Industrial Internet of Things (IIoT) procuram ajudar a evitar acidentes como esses por meio da automação. As plataformas IIoT fornecem monitoramento em tempo real e manutenção preventiva, o que ajuda a permitir que proprietários e operadores da planta reajam mais rapidamente a situações de emergência. Esse tempo de reação é acelerado ainda mais via virtualização, o que ajuda a reduzir a latência em aplicativos de IoT que operam em instalações como refinarias de petróleo e usinas de energia. As decisões sobre equipamentos em usinas de energia e usinas químicas devem ser tomadas em tempo real para proteger a segurança da população do entorno.

Recuperação de desastres graves

Embora a recuperação de desastres seja o ponto principal da maioria das empresas, as situações abordadas aqui vão muito além de perder tempo de trabalho em um escritório ou fazer com que o site hospedado caia inesperadamente. Para que refinarias de petróleo e usinas de energia evitem catástrofes na vida real, um sistema instrumentado de segurança (SIS) de empresas como a Schneider Electric pode "monitorar essas variáveis ​​críticas que indicariam uma reação exotérmica", disse Christopher Lyden, vice-presidente sênior Presidente de Estratégia e Portfólio da Schneider Electric. "Se eles sentem que essas variáveis ​​estão mudando muito rapidamente, então tomam medidas para realmente encerrar o processo".

A Lyden está em uma excelente posição para comentar essas situações, porque a Schneider Electric é um fornecedor de automação que fornece equipamentos de automação especificamente para usinas de energia, plantas de produção de petróleo e refinarias de petróleo. Fornecedores como Emerson Electric Co., Honeywell International e Rockwell Automation também oferecem plataformas SIS.

Um SIS atua como um "freio" na operação de uma planta, de acordo com Lyden. "Basicamente, existe um SIS para garantir que a planta seja encerrada antes que uma catástrofe ou incidente crítico possa ocorrer", disse Lyden. "Ele monitora o desempenho da operação e os ativos operacionais. Se o processo começar a acelerar ou se algo começar a perder o controle, o SIS assumirá o controle e derrubará a planta".

O SIS da Schneider Electric, o sistema de segurança EcoStruxure Triconex, é uma combinação de hardware e software do controlador de borda que ajuda a manter o tempo de atividade das plantas. O sistema pode alertar sobre incêndios ou outros eventos combustíveis, além de outros eventos, como vazamentos de gases tóxicos, e ajudar a corrigir as situações. Embora as plataformas SIS não se conectem às redes de dados devido a questões de segurança, elas ainda desempenham um papel na IIoT, fornecendo dados aos operadores em plantas e refinarias para ajudá-los a tomar decisões críticas.

"Por exemplo, as operadoras podem receber alertas via painel de controle em seu smartphone, informando que a planta ou um ativo específico da planta está em risco. Eles podem tomar as medidas necessárias para evitar um incidente", disse Lyden. "Estamos ajudando-os a entender seu limite de segurança, até que ponto eles podem conduzir o processo e seus ativos antes que a planta atinja um estado inseguro".

Redundância, autonomia e failover rápido

Segundo Lyden, para proteger contra o tipo de desastre ocorrido na refinaria de petróleo da BP mencionado anteriormente, os operadores devem manter failover rápido e controle automatizado, além de considerar a implementação de redundância em máquinas virtuais (VMs). Para isso, a Schneider Electric implementa a plataforma de infraestrutura em nuvem Titan Wind Control da Wind River. "Ter redundância nas VMs é altamente importante, e ter esse rápido failover significa que elas nunca perdem a visão da planta por tempo suficiente para lhes dar ansiedade", disse Lyden.

Um sistema de controle de distribuição de uma empresa como a Schneider Electric traz funções autônomas para usinas químicas e usinas de energia. Os controladores lógicos programáveis ​​da Schneider Electric que executam o sistema operacional em tempo real (OS) VxWorks da Wind River permitem que as usinas controlem suas operações de forma autônoma. As funções autônomas de um sistema de controle de distribuição ajudam as usinas de energia e as instalações de petróleo a controlar a pressão, a temperatura e o fluxo de energia. Lyden se refere a isso como "controle de batimentos cardíacos". De fato, a Schneider Electric e a Wind River estão trabalhando em um controlador de processo de última geração. Esse tipo de tecnologia de controle lida com failover nas plantas, quando o equipamento em espera assume o controle devido à falha na infraestrutura primária.

Segurança e proteção da infraestrutura crítica

A Wind River ajuda clientes como a Schneider Electric a integrar os diversos aplicativos de hardware e controle de plantas industriais em uma única plataforma. As plantas também podem aproveitar a virtualização e os contêineres para manter a disponibilidade ideal. A empresa é especializada em sistemas operacionais em tempo real, bem como nas tecnologias de virtualização necessárias para levar a inteligência ao limite.

Como componente de uma infraestrutura IIoT, os SOs em tempo real geralmente se concentram nos aplicativos essenciais e de segurança. Eles reagem ao ambiente em uma escala de microssegundos e são ideais para dispositivos e aplicativos que não podem falhar. "Os sistemas operacionais em tempo real podem garantir que a computação, a memória e o cache sempre sejam distribuídos com prioridade", disse Jim Douglas, presidente e CEO da Wind River.

A execução de sistemas operacionais em tempo real, paralelamente ao Linux, permite que as empresas apliquem o aprendizado de máquina (ML) no limite em que as plantas têm "alta criticidade de segurança", disse Douglas. Embora sistemas operacionais em tempo real e Linux possam ser operados separadamente, quando usados ​​em conjunto, o Linux pode executar as partes não críticas de segurança de um dispositivo ou aplicativo, enquanto o sistema operacional em tempo real lida com as funções essenciais. O Linux é útil em sistemas embarcados devido aos seus requisitos de sistema mais baixos e recursos de desempenho mais altos, de acordo com Douglas. Devido a esses recursos de alto desempenho, agora você pode encontrar vários tipos de Linux usados ​​nas fábricas, em controles programáveis, em aviões e em sistemas de controle de vôo.

Mais computação está ocorrendo na borda para evitar esse atraso. "Você não pode ter essa latência", disse Douglas. "Se algo acontecer, você terá uma catástrofe."

Automatizado e Não Tripulado

Essas tecnologias estão evoluindo com rapidez suficiente para que Lyden preveja que algumas usinas de gás em breve se tornem não tripuladas para proteger contra desastres. "A tecnologia hoje não é tão grande que as pessoas estejam confiantes para fazer isso. No entanto, estamos começando a vê-la no exterior", disse Lyden. "Então, você verá todas as operações em um grupo de plataformas de petróleo offshore operadas a partir de uma plataforma mãe central com plataformas filhas não tripuladas".

Lyden também observou que várias pequenas usinas a gás são gerenciadas remotamente. "Acho que estamos dirigindo em direção a essa noção de autonomia, o que significa que o sistema de controle tem tudo o que permitiria o controle, mas ainda permitiria a segurança sem seres humanos", disse Lyden.

"Essa noção de dispositivos de borda inteligentes, autônomos e autodiagnósticos", continuou ele, "que não apenas controlam, mas também podem começar a fazer coisas como gerenciar a condição dos ativos físicos da planta. Esses tipos de recursos são necessário chegar a essa visão de plantas não tripuladas ".

Além disso, a computação de borda e a IIoT criarão oportunidades para seres humanos e máquinas autônomas coexistirem. De fato, a inteligência artificial (IA) no limite estará no coração da IIoT, de acordo com Douglas. A primeira onda da IIoT envolveu conectar máquinas de borda às redes corporativas. Então veio a análise e a visualização de dados. "Poderíamos começar a fazer análises usando o software para escrever coisas como pacotes de visualização para facilitar a detecção de anomalias", disse Douglas.

"A próxima onda é que você terá máquinas totalmente autônomas ou parcialmente autônomas, nas quais elas poderão começar a executar tarefas mais sofisticadas por conta própria, e você poderá fazer com que as pessoas se concentrem mais em tarefas de nível superior e deixem o robôs executam tarefas de nível inferior ", continuou Douglas. "Essa é a grande transformação. É aí que entra a IA, quando você tem poder computacional suficiente no limite para começar a tornar esse mecanismo muito mais inteligente. E assumir esse tipo de tarefas que exigem muitas tarefas. interação humana."

Análise e integridade de equipamentos

Atualmente, as fábricas e refinarias têm uma variedade de equipamentos que ajudam a controlar o processo de fabricação, incluindo compressores, medidores, bombas e válvulas. Os sensores permitem que esses componentes se tornem inteligentes e compartilhem informações sobre seu desempenho operacional. De acordo com Lyden, no futuro, as fábricas de produtos químicos terão bombas gerando análises que informam ao pessoal quando as bombas estão dando um curto-circuito nos acionadores de partida ou usando muita corrente.

"Você pode esperar que as bombas sejam instrumentadas de uma maneira que indique se está consumindo energia ou se a bomba está se tornando menos eficiente", disse Lyden. "E todas essas coisas seriam executadas a partir de um dispositivo de borda comum que controla a operação da bomba e diagnostica a bomba".

À medida que as organizações removem pessoas das usinas de energia e os preços dos sensores e dispositivos de medição diminuem, será necessário haver mais gerenciamento das usinas por meio da IIoT para evitar falhas nas usinas não tripuladas.

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"Acho que a IoT permitirá coisas dessa natureza, porque veremos muito mais gerenciamento de saúde de equipamentos do que vemos hoje", disse Lyden. "O próximo passo, então, à medida que a IIoT amadurece, é conceder capacidade de controle real a esses ativos. O que estamos falando é que cada um desses ativos se torna um sistema ciber-físico que é capaz de se autonomamente". Além disso, daqui para frente, as fábricas de produtos químicos conectarão seus sopradores, trocas de calor, motores e bombas, de acordo com Lyden.

Junto aos desenvolvimentos físicos da IIoT, a análise desenvolverá e desempenhará um papel maior no gerenciamento do desempenho das bombas. A combinação de maior conectividade, poder de computação e análise ajudará as fábricas e refinarias a gerenciar a integridade dos equipamentos de processo, melhorar a tomada de decisões e aumentar a confiabilidade da infraestrutura crítica.

O incidente acima mencionado na refinaria de petróleo da BP, bem como o da Exxon Mobile em 18 de fevereiro de 2015, na Califórnia, no qual uma liberação de hidrocarboneto causou uma explosão, mostram uma necessidade da tecnologia IIoT. A inteligência que ela traz pode ajudar a evitar esses tipos de desastres.