Интернет вещей для обеспечения промышленной безопасности высокотехнологичных предприятий

Обеспечение охраны труда и промышленной безопасности остается важнейшей задачей современного производства. Для ее решения специалисты успешно используют Интернет вещей в комплексе с другими цифровыми технологиями.

Когда речь идет о современных методах обеспечения безопасности, в том числе промышленной, Интернет вещей как стек технологий рассматривается одним из первых. Безусловно, важнейшую роль, если не первую, также играет видеоаналитика. Но по отдельности эти технологии не дают полноценного результата.

Что такое "полноценный результат"? С точки зрения идеализированной картины Индустрии 4.0 – это когда людей в опасных местах нет вообще. Всем понятно, что реалии накладывают свои корректировки, и зачастую стремиться к полной автоматизации ради полной автоматизации просто нецелесообразно по соотношению затрат к сокращенным рискам. Но значительное снижение необходимости нахождения людей в опасных зонах, равно как и контроль за теми, кто там вынужден находиться, и есть цель внедрения цифровых решений.

Для достижения описанного выше полноценного результата компании внедряют комплексные решения, состоящие из технологий видеоаналитики и Интернета вещей. Такой набор получается сам собой, когда начинается технико-экономическое сравнение технологий, пригодных для решения того или иного кейса.

В этой статье изложу свои мысли о том, какова роль различных решений класса Интернета вещей в обеспечении безопасности на промышленных объектах. Материал основывается на гипотезах о возникновении каких-либо опасных ситуаций, без привязки к конкретным кейсам.

Контроль состояния персонала

С ростом автоматизации производств значительно снизилось количество людей, находящихся на дежурстве на сменах. Это, с одной стороны, может выглядеть как успех в обеспечении безопасности. Меньше людей в опасных зонах – хорошо ведь!

Но есть оборотная сторона. Если у сотрудника, оставшегося в одиночку на ночном дежурстве в удаленной операторной, случится критичное ухудшение самочувствия, то некому будет обратить на это внимание и вызвать медицинскую помощь. Или, например, сотрудник, совершающий обход оборудования на производстве, поскользнулся на лестнице и упал, потеряв сознание, в сибирский мороз. Когда его коллеги обратят внимание на то, что его слишком долго нет? А где его искать? И подобных случаев можно представить очень много.

Можно говорить о том, что тотальная автоматизация исключит нахождение людей на производстве и таких случаев просто не будет. Да. Но полностью автоматизировать старые производства невероятно дорого. Экономически бизнес просто это не потянет.

Соответственно, снижая численность производственного персонала, мы должны решать задачу контроля оставшихся и работающих в одиночку. Тут решения класса Интернета вещей оказываются в приоритете, так как относительно недорогие и компактные носимые устройства позволяют отслеживать множество параметров работника и вовремя сообщать о нарушении нормального состояния.

Простейший с точки зрения технической реализации, но и достаточно эффективный способ контроля – это просто отслеживать удары, падения, обездвиженность с помощью акселерометра, дополнять эту информацию координатами GPS на улице или ibeacon-маячков в помещении и передавать на сервер по беспроводной сети (Wi-Fi, LoRaWAN, LTE – что есть на предприятии). Далее на сервере уже будет сгенерировано оповещение ответственного за контроль сотрудника. Лучший вариант, конечно же, – дозвон робота на мобильный телефон ответственного, так как настойчивый дозвон обязательно привлечет внимание.

Устройств, решающих эту задачу, на рынке уже достаточно. Их аккумуляторы выдерживают длительность смены и даже больше. Решения сопровождаются готовым софтом для мониторинга и оповещений. Решения есть как российских, так и зарубежных вендоров.

Контроль параметров окружающей среды на заводе

Мало отраслей промышленности обходятся без цехов, где присутствуют опасные компоненты, разливы или утечки которых могут вызвать негативное воздействие на человека или привести к пожарам и взрывам. Соответственно, прежде всего стоит задача своевременного оповещения персонала о наличии опасной среды там, где ее быть не должно.

Для этих целей используются стационарные средства измерения и оповещения в цехах, где присутствуют опасные компоненты. Применение стека технологий промышленного Интернета вещей способно снизить затраты на развертывание стационарных систем контроля параметров среды за счет удешевления инфраструктурной части и каналов передачи данных. Конкретные технологии подбираются исходя из уровня критичности и требований к частоте замеров в каждом случае.

Во-вторых, существует задача контроля параметров экологической обстановки вокруг опасного предприятия.

Она во многих случаях решается с помощью передвижных экопостов – автомобилей с измерительной аппаратурой. Передвижные экопосты осуществляют замеры в конкретных точках вокруг предприятия по расписанию. Данные обычно "привозят" на завод и "складывают" в базу данных. Применение решений Интернета вещей способно обеспечить передачу данных в систему мониторинга экологической обстановки предприятия сразу по факту замера.

Наиболее передовые предприятия уже строят стационарные экопосты для непрерывного мониторинга экологической обстановки. Они могут быть расположены как вблизи территории завода, так и на отдалении, за несколько километров. В такой топологии беспроводная передача в 2022 г. является самым естественным способом получения данных от экопостов.

В-третьих, в рамках реализации стратегии устойчивого развития, частью которой является контроль за экологическими параметрами производств, многие компании уже сами пришли к необходимости оснащения конкретных объектов выбросов в атмосферу и сбросов вод автоматизированными средствами контроля.

Да и на уровне правительства были определены категории объектов, которые обязательно должны быть оснащены таким оборудованием до 2025 г., с передачей данных в госреестр для учета объема выбросов и сбросов. В эти категории вошли почти все объекты выбросов и сбросов нефтегазовых и металлургических предприятий. Эту задачу разберем отдельно.

Учет выбросов и сбросов

Решать эту задачу можно по-разному. Первый вариант – просто установить физически средства измерения. Надежно, точно, запредельно дорого. Оснащение одного объекта может стоить миллионы, а то и десятки миллионов рублей в зависимости от измеряемых веществ.

Поэтому обсуждается и второй вариант – контроль выбросов и сбросов с применением цифровых двойников, математических моделей технологических процессов, использующих данные измерительных приборов, задействованных в контуре АСУТП. При первичном анализе возможности построения таких моделей выявлено, что почти нигде нет 100% оснащенности технологическими КИП для получения полного набора входных данных для модели. Однако дооснащение технологическими КИП может быть дешевле, так как значительная часть их уже есть.

Да и использоваться новые данные могут в том числе в системах усовершенствованного управления технологическими процессами (СУУТП) или системами Real-Time Optimization (RTO) для более точного управления технологическим процессом, что даст еще и значительный экономический эффект за счет увеличения выработки продукта, повышения его качества, снижения затрат ресурсов. Таким образом, решение задачи экомониторинга окупится за счет улучшения технологического процесса.

А учитывая то, что многие типы сенсоров и измерительных приборов производятся в технологически развитых странах Запада, для таких устройств существуют определенные риски в том, что касается доступности и ценообразования. Снижение разнообразия и количества применяемых для решения задач экомониторинга КИП за счет построения математических моделей делает такие решения не только менее затратными, но и более доступными в принципе.

Со специалистами Data Science в нашей стране проблем нет, в этом мы одни из самых сильных. А готовых моделей тут не существует, так как каждая установка уникальна, работает в непохожих на другие условиях. В любом случае придется делать дообучение модели. А с этой точки зрения модель лучше иметь свою, которую делали свои разработчики Data Science.

Сокращение количества и времени нахождения персонала в опасных зонах

Лучше предотвратить, чем пусть даже вовремя реагировать. Существует множество точек контроля, которые расположены в труднодоступных местах установок на производстве. И до них работники все равно вынуждены добираться зимой и летом, в дождь и снег в ходе регулярных обходов для осуществления ручного контроля или сбора данных. Риски падения с высоты, контакта с движущимися частями динамического оборудования, нахождения в опасных зонах пусть и сводятся к минимуму высокой культурой промышленной безопасности на ведущих предприятиях, но все равно они не равны нулю.

Автоматизация рутинных технологических процессов есть одна из целей четвертой промышленной революции. Она не только дает повышение уровня безопасности, но и позволяет получить значительные экономические эффекты от ряда других улучшений. Назовем некоторые из них:

• увеличение времени полезной работы оборудования за счет более точного контроля агрегатов фактически в режиме онлайн и построения логики срабатывания автоматизированных сигнализаций, предупреждающих о развитии дефектов оборудования на ранних стадиях, что позволяет сократить внеплановые остановы или вовремя переключаться на резервное оборудование;
• переход к стратегии обслуживания по состоянию, что позволяет увеличить межремонтные интервалы и сократить затраты;
• использование информации, полученной в ходе автоматизации ручного сбора данных, в математических моделях, оптимизирующих технологический процесс.

При грамотном рассмотрении эффекты от цифровизации и автоматизации процессов редко лежат в одной плоскости.

Какими средствами можно автоматизировать ручной сбор данных? Расширение классической АСУТП чересчур дорого и нецелесообразно там, где хватало и ручного сбора. Для выбора набора инструментов надо составить полный список того, что контролируется при обходе, и затем подобрать необходимые технологии из стека IoT, видеоаналитики, роботов, беспилотных летательных аппаратов.

Да и увеличение надежности производств тоже несет в себе повышение безопасности. Часто несчастные случаи происходят именно во время ремонтных работ.

Заключение

Грамотная цифровизация и автоматизация всегда приносит результаты – это и повышение безопасности, и значительные экономические эффекты. Многие решения для описанных в статье задач уже производятся отечественными вендорами. Часть инструментов, возможно, имеет смысл разрабатывать внутренними ресурсами отделов цифровизации крупных промышленных компаний. 

В любом случае ограничений для внедрения сейчас нет. Надо делать!