Как мы в СИБУРе IIoT-платформу создали

Сегодня Интернет вещей – IoT развивается стремительными темпами и охватывает все новые и новые сферы и секторы экономики, в частности различные производственные и добывающие отрасли. Автор статьи делится опытом внедрения IoT на предприятиях СИБУР Холдинга, расположенных в районах со сложными климатическими условиями.

Что такое IoT? Казалось бы, в 2022 г. уже никого не удивишь этим термином. но даже сейчас каждый понимает его по-своему. Мое мнение, что это набор технологий, позволяющий любому устройству быть на связи. На связи с пользователем, сервером, другим устройством – уже неважно. До сих пор многие думают, что IoT – это когда одна машина управляет другой. Но это M2M. Другие считают, что IoT – это когда мы храним данные и работаем с ними с помощью математических моделей или искусственного интеллекта. Но это Big Data и Data Science, соответственно.

IoT – это про "железки", которые на связи.

Проблемы внедрения IoT при цифровизации СИБУРа

Когда в далеком по меркам технологического прогресса 2018 г. началась цифровизация СИБУРа, мне выпала роль создать IoT как один из инструментов цифровизации. И первое, с чем мы столкнулись: в компании на всех заводах датчики контура АСУТП уже были подключены к MES-системам, то есть по факту уже являли собой IoT и данные уже были доступны для инструментов Data Science. Что еще нужно для цифрового счастья?

Но почему тогда на предприятиях до сих пор не было достигнуто заветное состояние Индустрии 4.0, когда все рутинные процессы автоматизированы и обеспечена "безлюдность" производства? Во-первых, стоит упомянуть, что нефтехимические предприятия в России работают как открытые установки в суровых условиях сибирских зим. Этот фактор сразу накладывает ограничения на полное "обезлюживание", которое, скорее всего, будет просто нецелесообразным. Зимой у персонала установок идет борьба с замерзанием отдельных узлов и агрегатов. Это специфика, отличающая нас от многих зарубежных коллег, работающих в более южных широтах. Во-вторых, "доавтоматизировать" рутинные некритичные технологические процессы теми же технологиями, что применяются в АСУТП, оказывается в разы дороже стоимости ручного труда. Это такие процессы, как обходы, ручной виброконтроль, ручной сбор ряда некритичных параметров.

Разделение АСУТП и IIoT

Автоматизация некритичных технологических процессов и стала целью внедрения Industrial IoT (IIoT) в СИБУРе. АСУТП и IIoT сразу были разделены терминологически. АСУТП – все, что находится в закрытом контуре сети АСУТП и направлено на управление основным технологическим процессом. АСУТП – критичное, является объектом КИИ (критичной информационной инфраструктуры) в соответствии с ФЗ-187. IIoT – это автоматизация некритичных процессов, не является объектом КИИ.

Цели ясны, теперь к реализации. В начале 2018 г. мне казалось, что сейчас пойду на рынок, наберу датчиков, проплачу лицензию какой-нибудь IoT-платформы и все получится. Тогда так не получилось.

Датчики для IoT

Первое, с чем столкнулись: в 2018-м на рынке не было беспроводных датчиков, у которых в сертификате взрывозащиты были бы указаны температуры до -56 °С. А требования к диапазону обеспечения взрывозащищенности устройства берутся исходя из климатического минимума в месте применения за всю историю наблюдений. Тобольск -52 °С, Томск -55 °С, Нижневартовск -56° С и т.д. Европейцы и американцы отказывались расширять сертификаты добавлением температур ниже -40 °С, так как электронные компоненты у них были с рабочими температурами до -40° С.

Хорошо, написали свое техническое задание и для начала разослали по всем ведущим ИТ-интеграторам. Ответ: невозможно сделать. Начали сами искать конструкторские бюро, которые могут сделать такую разработку.
Откликнулись очень немногие, и в конце концов только разработка одного конструкторского бюро получилась удачной. Собственно, это наши датчики температуры и вибрации SIBUR ExT и ExV, которые мы сейчас производим на контрактном заводе в Москве и массово тиражируем на предприятиях СИБУР холдинга.

Увидев наши успехи, многие российские производители подхватили инициативу и тоже начали производить беспроводные взрывозащищенные датчики, за что им большое спасибо, так как самим разрабатывать и производить столь широкий ассортимент очень накладно. СИБУР все-таки нефтехимическая компания. Активно закупаем разработки коллег. и собственно, на 99% парк беспроводных IIoT-устройств в СИБУРе – это российские датчики. Зарубежные просто не проходят по климатике взрывозащиты.

Тут все вспомнят беспроводные разработки ведущих зарубежных вендоров нефтегазового КИП на протоколах WirelessHART и ISA100. Да, они есть. И со взрывозащитой там все хорошо. Но они используют неоптимальные энергозатратные беспроводные протоколы малой дальности передачи сигнала. Батарейки менять слишком часто придется. Обходчик рискует превратиться в батарейщика, и какая тут будет автоматизация? А их цена просто убивает все мыслимые эффекты от внедрения.

Наш выбор – LoRaWAN. И это себя оправдало. WirelessHART и ISA100 применяемы локально, где требуется более высокая, чем в LoRaWAN, скорость передачи данных и нет смысла разрабатывать свое из-за малого количества точек контроля, меньше 1% от общего количества беспроводных датчиков.

IIoT-платформа

ОК, с датчиками разобрались. Теперь что делать с платформой? 

Изначально обсуждался вариант просто использовать беспроводные сети как транспорт и подавать данные в MES. Вроде бы логично. Ведь MES, по сути, и есть IoT-платформа. Все так. но, как всегда, дьявол в деталях. В MES попадают данные АСУТП, и служба информационной безопасности не разрешила подавать туда данные от беспроводных датчиков, так как в беспроводной сети увидели риск более легкого взлома. Разворачивать второй MES никто не стал по целому ряду причин. Во-первых, это высокая стоимость решений. Во-вторых, полное моральное устаревание и отсутствие современных интерфейсов для обмена данными. Всем известны танцы с бубном при интеграции чего-то современного с OPC.

Что требовалось решить при создании IIoT-платформы?

Итого надо было решить следующие задачи:

• платформа должна быть on-premise в ЦОД завода;
• на платформе должно быть ПО, управляющее беспроводной сетью LoRaWAN;
• на платформе должна быть база данных для хранения данных от датчиков;
• Backend платформы должен парсить данные от датчиков, делать простейшие вычисления и генерировать оповещения, иметь интерфейсы для выдачи данных внешним системам;
• Frontend должен являть собой DIY-набор инструментов в графическом интерфейсе, чтобы любой сотрудник предприятия, не имея навыков администрирования ИТ-систем, мог сам добавить датчик и настроить себе интерфейс для мониторинга.

Казалось бы, чего тут сверхъестественного? Но такого продукта на рынке в 2018 г. не было. Все, кто продавал IoT-платформы, продавали какие-то куски целого решения, и из этих кусков надо было что-то себе собирать.

Создание собственного продукта

Мы отмели идею платить за то, что есть и в Open Source. Платить можно за коробочное решение. но такого никто не предлагал. Собрали команду разработчиков. Купили "мешок" датчиков и несколько базовых станций. Выбрали участок производства, где не нужна взрывозащита. И в конце 2018 г. полетели в Тобольск на Запсибнефтехим строить проект PoC (Proof of Сoncept).

Тогда никто не знал, каким должен был получиться продукт и как его делать. Просто прилетели на завод для проверки гипотезы, что с помощью беспроводных датчиков можно заменить обход теплоспутников с целью контроля перемерзания. До внедрения IIoT это делали операторы установок, просто трогая трубы при регулярном обходе в зимний период.

Времени на поиск подрядчика для монтажа датчиков не было. Ходили, прикручивали к трубам сами, а потом по вечерам сидели и прямо на заводе писали код платформы, так как удаленное подключение к чему-либо там было очень долго организовывать. Так что то, что наша IIoTплатформа "рождена на заводе", – это на 100% правда. И может быть, потому она и решила поставленную задачу и действительно прижилась на производстве: каждый разработчик был на заводе, все видел вживую и понимал, над чем именно он трудится.

Конечно, потом был долгий путь от PoC до MVP. И от MVP до Prod. И выход версии для внедрения у клиентов за пределами СИБУРа. Да и набор инструментов в платформе значительно расширился. Но это, как говорится, уже другая история.

Результаты внедрения технологий IIoT в СИБУР Холдинге

Сейчас IIoT постепенно внедряется на всех предприятиях СИБУР холдинга и стал неотъемлемым инструментом цифровизации производств. Темпы тиража ниже, чем у чисто software-продуктов, так как значительное время занимает построение беспроводных сетей связи на предприятиях и монтаж датчиков. Но тем не менее продукт уже вышел на окупаемость, а в целевом периметре тиража покажет очень большие экономические эффекты.

Данные от IIoT-датчиков используются для:

• предотвращения развития дефектов оборудования, которые могут привести к упущенному маржинальному доходу из-за остановки производства;
• дополнения данными Data Science моделей, оптимизирующих производственные процессы и позволяющих получать дополнительный доход от оптимального ведения режима.

Заключение

Я написал эту статью в таком ключе для того, чтобы мои коллеги, которые только начинают внедрять Industrial IoT на своих предприятиях, понимали, к чему надо быть готовыми, и не боялись предпринимать самые смелые шаги.

Мы разработали первое IT Hardware под брендом "СИБУР", мы выпустили первую IIoT-платформу под брендом "СИБУР", потому что рынок не мог нам ничего предложить. Достигнутые результаты оправдали вложенные усилия, время и средства.

Опубликовано в журнале "Системы безопасности" №1/2022

Все статьи журнала "Системы безопасности"
доступны для скачивания в iMag >>

Фото: ru.freepik.com