Industrial Iot Intelligence zielt darauf ab, Leben zu retten, indem Katastrophen verhindert werden

Am 23. März 2005 explodierte eine Ölraffinerie der BP Plc in Texas, bei der 15 Menschen ums Leben kamen und mehr als 170 verletzt wurden. Die Ursache der Explosion waren BP-Mitarbeiter, die ein wichtiges Teil der Ölverarbeitungsausrüstung überfüllten und überhitzten, berichtete The Guardian. BP hat letztendlich mehr als 3 Milliarden US-Dollar ausgegeben, um Bußgelder zu zahlen, Rechtsstreitigkeiten beizulegen und die Raffinerie zu verbessern, die Marathon Petroleum Corp. Anfang 2013 für 2, 5 Milliarden US-Dollar gekauft hat.

Dies ist nur ein Beispiel in einer langen Liste von Katastrophen, da im Energiesektor Anlagen und ähnliche Einrichtungen katastrophal explodieren können. Das ist schon lange eine Tatsache. Anbieter, die Pionierarbeit in der industriellen Internet-of-Things-Infrastruktur (IIoT) leisten, versuchen jedoch, Unfälle wie diese durch Automatisierung zu verhindern. IIoT-Plattformen bieten Echtzeitüberwachung und vorbeugende Wartung, sodass Anlagenbesitzer und -betreiber schneller auf Notsituationen reagieren können. Diese Reaktionszeit wird durch Virtualisierung weiter beschleunigt, wodurch die Latenz in IoT-Anwendungen reduziert wird, die in Einrichtungen wie Ölraffinerien und Kraftwerken betrieben werden. Entscheidungen über Ausrüstungen in Kraftwerken und Chemieanlagen müssen in Echtzeit getroffen werden, um die Sicherheit der umliegenden Bevölkerung zu gewährleisten.

Hardcore Disaster Recovery

Während Disaster Recovery für die meisten Unternehmen das oberste Gebot ist, gehen die hier behandelten Situationen weit über den Verlust von Arbeitszeit an einem Bürostandort oder den unerwarteten Ausfall Ihrer gehosteten Website hinaus. Damit Ölraffinerien und Kraftwerke reale Katastrophen vermeiden können, kann ein sicherheitsinstrumentiertes System (Safety Instrumented System, SIS) von Unternehmen wie Schneider Electric "diese kritischen Variablen überwachen, die auf eine exotherme Reaktion hindeuten", sagte Christopher Lyden, Senior Vice Präsident für Strategie und Portfolio bei Schneider Electric. "Wenn sie spüren, dass sich diese Variablen zu schnell ändern, ergreifen sie Maßnahmen, um den Prozess tatsächlich herunterzufahren."

Lyden ist in einer ausgezeichneten Position, um diese Situationen zu kommentieren, da Schneider Electric ein Automatisierungsanbieter ist, der die Automatisierungsausrüstung speziell für Kraftwerke, Ölförderanlagen und Ölraffinerien bereitstellt. Anbieter wie Emerson Electric Co., Honeywell International und Rockwell Automation bieten auch SIS-Plattformen an.

Laut Lyden wirkt ein SIS als "Bremse" für den Betrieb einer Anlage. "Grundsätzlich ist ein SIS vorhanden, um sicherzustellen, dass die Anlage heruntergefahren wird, bevor eine Katastrophe oder ein kritischer Vorfall eintritt", sagte Lyden. "Es überwacht die Leistung des Betriebs und des Betriebsvermögens. Beginnt der Prozess zu beschleunigen oder verliert etwas die Kontrolle, übernimmt das SIS und fährt die Anlage herunter."

Das SIS von Schneider Electric, das EcoStruxure Triconex-Sicherheitssystem, ist eine Kombination aus Edge-Controller-Hardware und -Software, mit deren Hilfe die Verfügbarkeit von Anlagen aufrechterhalten werden kann. Das System kann vor Bränden oder anderen brennbaren Ereignissen sowie vor anderen Ereignissen, wie z. B. ausgetretenen giftigen Gasen, warnen und Abhilfe schaffen. Obwohl SIS-Plattformen aus Sicherheitsgründen keine Verbindung zu Datennetzen herstellen, spielen sie im IIoT eine Rolle, indem sie Betreibern in Anlagen und Raffinerien Daten zur Verfügung stellen, um sie bei kritischen Entscheidungen zu unterstützen.

"Beispielsweise können Bediener über ein Dashboard auf ihrem Smartphone Benachrichtigungen erhalten, in denen sie darüber informiert werden, dass die Anlage oder ein bestimmtes Anlagenobjekt gefährdet ist. Sie können dann die erforderlichen Maßnahmen ergreifen, um einen Vorfall abzuwenden", sagte Lyden. "Wir helfen ihnen, ihre Sicherheitsschwelle zu verstehen, wie weit sie den Prozess und ihre Vermögenswerte steuern können, bevor die Anlage einen unsicheren Zustand erreicht."

Redundanz, Autonomie und schnelles Failover

Laut Lyden sollten die Betreiber zum Schutz vor den oben erwähnten Katastrophen in der BP-Ölraffinerie ein schnelles Failover und eine automatisierte Steuerung beibehalten sowie die Implementierung von Redundanz auf virtuellen Maschinen (VMs) in Betracht ziehen. Zu diesem Zweck setzt Schneider Electric die lokale Cloud-Infrastrukturplattform Titanium Control von Wind River ein. "Redundanz auf den VMs ist sehr wichtig, und dieses schnelle Failover bedeutet, dass sie nie lange genug den Überblick über die Anlage verlieren, um sich Sorgen zu machen", sagte Lyden.

Ein Vertriebssteuerungssystem von einem Unternehmen wie Schneider Electric bringt autonome Funktionen in Chemie- und Kraftwerke. Mit den speicherprogrammierbaren Steuerungen von Schneider Electric, auf denen das Echtzeitbetriebssystem VxWorks (OS) von Wind River ausgeführt wird, können Kraftwerke ihren Betrieb autonom steuern. Die autonomen Funktionen eines Verteilungssteuerungssystems helfen Kraftwerken und Ölanlagen, den Druck, die Temperatur und den Energiefluss zu steuern. Lyden bezeichnet dies als "Herzschlagkontrolle". Tatsächlich arbeiten Schneider Electric und Wind River an einer Prozesssteuerung der nächsten Generation. Diese Art der Steuerungstechnologie übernimmt das Failover in Anlagen, wenn Standby-Geräte aufgrund eines Ausfalls der primären Infrastruktur übernommen werden.

Schutz und Sicherheit kritischer Infrastrukturen

Wind River unterstützt Kunden wie Schneider Electric dabei, die vielfältigen Hardware- und Steuerungs-Apps von Industrieanlagen auf einer einzigen Plattform zu integrieren. Pflanzen können auch Virtualisierung und Container nutzen, um eine optimale Verfügbarkeit zu gewährleisten. Das Unternehmen ist spezialisiert auf Echtzeitbetriebssysteme sowie auf die Virtualisierungstechnologien, die erforderlich sind, um die Intelligenz auf den neuesten Stand zu bringen.

Echtzeitbetriebssysteme, die Bestandteil einer IIoT-Infrastruktur sind, konzentrieren sich in der Regel auf Sicherheits- und geschäftskritische Apps. Sie reagieren im Mikrosekundenbereich auf ihre Umgebung und sind ideal für Geräte und Apps, die nicht versagen können. "Echtzeitbetriebssysteme können sicherstellen, dass die Verteilung von Rechenleistung, Arbeitsspeicher und Cache immer Priorität hat", sagte Jim Douglas, President und CEO von Wind River.

Durch die parallele Ausführung von Echtzeitbetriebssystemen mit Linux können Unternehmen maschinelles Lernen (ML) am Rande von Anlagen anwenden, bei denen "eine hohe Sicherheitskritikalität" besteht, sagte Douglas. Obwohl Echtzeitbetriebssysteme und Linux getrennt betrieben werden können, kann Linux bei gemeinsamer Verwendung die nicht sicherheitskritischen Teile eines Geräts oder einer App ausführen, während das Echtzeitbetriebssystem die geschäftskritischen Funktionen ausführt. Laut Douglas ist Linux für eingebettete Systeme aufgrund seiner geringeren Systemanforderungen und höheren Leistungsfähigkeit nützlich. Aufgrund dieser leistungsstärkeren Funktionen können Sie jetzt verschiedene Linux-Varianten finden, die in Fabrikhallen, in programmierbaren Steuerungen, in Flugzeugen und in Flugsteuerungssystemen verwendet werden.

Am Rand wird mehr berechnet, um diese Verzögerung zu vermeiden. "Diese Latenz kann man nicht haben", sagte Douglas. "Wenn etwas passiert, wirst du eine Katastrophe haben."

Automatisiert und unbemannt

Diese Technologien entwickeln sich schnell genug, so dass Lyden davon ausgeht, dass einige Gasanlagen zum Schutz vor Katastrophen bald unbemannt sein werden. "Die heutige Technologie ist nicht so, dass die Menschen zuversichtlich sind, dies zu tun. Wir beginnen jedoch, dies vor der Küste zu sehen", sagte Lyden. "Sie sehen also alle Operationen auf einer Gruppe von Offshore-Ölplattformen, die von einer zentralen Mutterplattform mit unbemannten Tochterplattformen aus betrieben werden."

Lyden merkte auch an, dass eine Reihe kleiner Gasanlagen jetzt ferngesteuert werden. "Ich denke, wir steuern auf diesen Begriff der Autonomie zu, was bedeutet, dass das Kontrollsystem alles beinhaltet, was Kontrolle und dennoch Sicherheit ohne Menschen ermöglichen würde", sagte Lyden.

"Diese Vorstellung von intelligenten, autonomen Edge-Geräten, die sich selbst diagnostizieren", fuhr er fort, "die nicht nur steuern, sondern auch anfangen können, Dinge wie den Zustand des physischen Anlagenvermögens zu verwalten. Diese Art von Fähigkeiten sind." notwendig, um zu dieser Vision von unbemannten Pflanzen zu gelangen."

Darüber hinaus schaffen Edge Computing und das IIoT Möglichkeiten für das Nebeneinander von Menschen und autonomen Maschinen. Tatsächlich wird künstliche Intelligenz (KI) am Rande laut Douglas das Herzstück des IIoT sein. Die erste Welle des IIoT umfasste das Verbinden von Edge-Maschinen mit Unternehmensnetzwerken. Dann folgten Analyse und Datenvisualisierung. "Wir könnten anfangen, Analysen mit Software wie Visualisierungspaketen durchzuführen, um das Erkennen von Anomalien zu vereinfachen", sagte Douglas.

"Die nächste Welle ist, dass Sie Maschinen haben, die entweder vollständig autonom oder teilweise autonom sind, wo sie tatsächlich selbst anspruchsvollere Aufgaben ausführen können, und Sie können Menschen haben, die sich mehr auf übergeordnete Aufgaben konzentrieren und die Roboter erledigen die untergeordneten Aufgaben ", fuhr Douglas fort. "Das ist die große Veränderung. Hier kommt die KI ins Spiel, wenn Sie genug Rechenleistung haben, um diese Maschinerie viel intelligenter zu machen. Und sie muss mehr Aufgaben dieser Art übernehmen, die viel Zeit in Anspruch nehmen." Menschliche Interaktion."

Analytics and Equipment Health

Derzeit verfügen Produktionsanlagen und Raffinerien über eine Vielzahl von Geräten, mit denen der Produktionsprozess gesteuert werden kann, darunter Kompressoren, Messgeräte, Pumpen und Ventile. Sensoren ermöglichen es diesen Komponenten, intelligent zu werden und Informationen über ihre Betriebsleistung auszutauschen. Laut Lyden werden Chemiefabriken in Zukunft Pumpen haben, die Analysen erzeugen, die dem Personal mitteilen, wann die Pumpen die Anlasser kurzschließen oder zu viel Strom verbrauchen.

"Sie können erwarten, dass Pumpen so instrumentiert werden, dass Sie feststellen, ob sie Strom verbrauchen oder ob die Pumpe weniger effizient ist", sagte Lyden. "Und all diese Dinge würden von einem gemeinsamen Edge-Gerät aus ausgeführt, das sowohl den Betrieb der Pumpe steuert als auch die Pumpe diagnostiziert."

Wenn Unternehmen Menschen aus Kraftwerken entfernen und die Preise für Sensoren und Messgeräte sinken, muss die Verwaltung der Anlagen über das Internet der Dinge verbessert werden, um einen Ausfall der unbemannten Anlagen zu vermeiden.

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"Ich denke, das IoT wird solche Dinge ermöglichen, denn wir werden viel mehr Gerätegesundheitsmanagement sehen als heute", sagte Lyden. "Wenn das IIoT reift, besteht der nächste Schritt darin, diesen Assets tatsächliche Steuerungsmöglichkeiten zu verleihen. Wir sprechen davon, dass jedes dieser Assets zu einem cyber-physischen System wird, das sich selbstständig steuern kann." Darüber hinaus werden Chemiefabriken laut Lyden künftig ihre Gebläse, Wärmetauscher, Motoren und Pumpen anschließen.

Neben physischen IIoT-Entwicklungen wird die Analytik eine größere Rolle bei der Leistungssteuerung von Pumpen spielen. Die Kombination aus verbesserter Konnektivität, Rechenleistung und Analyse wird Anlagen und Raffinerien dabei helfen, den Zustand von Prozessanlagen zu verwalten, die Entscheidungsfindung zu verbessern und die Zuverlässigkeit kritischer Infrastrukturen zu verbessern.

Der oben erwähnte Vorfall in der Ölraffinerie von BP sowie ein Vorfall in der Exxon Mobile-Raffinerie am 18. Februar 2015 in Kalifornien, bei dem eine Freisetzung von Kohlenwasserstoff eine Explosion verursachte, zeigen, dass die IIoT-Technologie erforderlich ist. Die damit verbundenen Erkenntnisse können dazu beitragen, diese Art von Katastrophen zu verhindern.