«В будущем радио будет преобразовано
в «большой мозг», все вещи станут частью
единого целого, а инструменты, благодаря
которым это станет возможным, будут легко помещаться в кармане»
- Никола Тесла. В интервью для журнала «Collier's». 1926г.

Наш мир находится на пороге четвертой промышленной революции, так называемой Индустрии 4.0, но что предшествовало этому? Давайте окунемся в историю и посмотрим с чего все начиналось.

Если мы говорим про сам термин промышленной революции, то его можно описать как перестройку общества под влиянием инноваций в технологии и технике. Промышленная революция сопровождается скачком производительности. Этапы промышленной революции представлены на рис. 1.

Рис 1. Этапы промышленной революции

Первая промышленная революция началась в конце XVIII века в Великобритании и была связана с изобретением парового двигателя Джеймсом Уаттом в 1778 году. Изобретение механизмов, заменяющих ручной труд, подготовило сознание людей к самой промышленной революции.

Рис. 2. Джеймс Уатт. Паровой двигатель, сделанный по проекту Джеймса Уатта

Вторая промышленная революция произошла во второй половине XIX века и была связана с развитием стали и электричества. Основоположником второй революции считается Томас Эдисон, изобретатель лампочки (1879 год) и основатель первой электростанции. Основой для внедрения электричества в технологии стало открытие Майклом Фарадеем электромагнитной индукции в 1831 года, а затем изобретение электромагнитных роторных устройств. Благодаря электричеству ключевыми инновациями стало изобретение Генри Фордом конвейерной ленты в поточно-массовом производстве и выпуск первого доступного массового автомобиля модели Форд-Т в 1908 году.

Рис. 3. Генри Форд, американский промышленник, изобретатель

Третью промышленную революцию (середина XX века – начало XXI века) еще называют «цифровой революцией» и ее связывают с развитием компьютерной технологии и распространением интернета. В этот период происходило совершенствование логических контроллеров, появление сотовых телефонов и создание сетей персональных компьютеров, 3D-печать. Создание промышленных роботов обусловили автоматизацию производства и бурный экономический рост после 1970 годов.

Четвертая промышленная революция происходит прямо сейчас. Ее предпосылкой стало распространение интернета. Можно выделить некоторые достижения периода:

Особенно хочется выделить два достижения Индустрии 4.0, которые компания «Мониторинг Вентиль и Фитинг» (MV&F) активно применяет при производстве новых изделий. Это использование технологии интернета вещей (Internet of Things, сокращенно IoT), которая позволяет связывать устройства и управлять ими через сеть Интернет и применение облачных сервисов для хранения, обработки и передачи данных между исполнительными устройствами, датчиками и приложениями.

Давайте подробнее рассмотрим технологию интернета вещей и как эта технология помогает облегчить жизнь человека, улучшить качество производимых продуктов и повысить безопасность. Термин «Интернет вещей» предложил основатель исследовательского центра Auto-ID Center в Массачусетском технологическом институте -британский инженер и предприниматель Кевин Эштон.

Рис. 4. Кевин Эштон, инженер и предприниматель

Интернет вещей – это система взаимосвязанных вычислительных устройств, которые могут собирать и передавать данные по беспроводной сети без участия человека. Если рассматривать этот термин, то в него входят не только компьютеры и смартфоны, а почти все устройства, которые потенциально могут подключаться к интернету и которым можно назначить сетевой адрес (IP-адрес), который может передавать данные в сеть. Например, датчики (датчики температуры, давления, влажности, загазованности, расхода и другие) и исполнительные устройства (краны с приводом, заслонки, электродвигатели и другие), взаимодействие которых осуществляется через облачное соединение. Как только данные попадают в облако, осуществляется их обработка программными средствами и принимается решение о необходимости выполнения определенных действий, например настройки датчиков и устройств без необходимости ввода данных пользователем или отправки уведомлений при достижении заданных уставок.

Само понятие IoT относится к бытовому сектору и служит для повышения уровня комфорта в жизни людей. Один из примеров IoT – система умного дома (технология «smart home»), когда электронные компоненты дома (освещение, отопление, водоснабжение, датчики сигнализации, электронные замки, увлажнитель, холодильник, чайник и другое) соединены с общим шлюзом по средством WiFi, Zigbee, Bluetooth, посредством спутниковой связи или напрямую к интернету через Ethernet.В свою очередь, шлюз имеет доступ к сети Интернет. Вариант подключения зависит от области применения конкретного устройства интернета вещей.

Промышленный интернет вещей (Industrial Internet of Things, сокращенно IIoT) является более специализированной версией IoT, которая применяется в производственной сфере. IIoT используется для автоматизации производства, сбора, анализа и передачи данных, связанных с производственными процессами. Это включает в себя мониторинг оборудования, управление запасами, оптимизацию производственных линий и т.д. IIoT использует более сложные и надежные аналитические алгоритмы для улучшения производительности и эффективности производственных предприятий.

Основная цель IIoT состоит в сборе и анализе огромного объема данных, которые могут помочь предприятиям принимать более точные решения и оптимизировать производство. С помощью IIoT предприятия могут контролировать и оптимизировать процессы производства, улучшать качество продукции, решать проблемы раньше, чем они возникают, а также сокращать расходы на производство. IIoT также позволяет отправлять данные об оборудовании в режиме реального времени в облачные сервисы для более глубокого анализа и мониторинга, что может помочь предотвращению отказов оборудования и уменьшению простоя производства.

Чтобы построить эффективное производство, требуется собрать всю поступающую с датчиков информацию и проанализировать её, оптимизировав работу каждого компонента системы. Раньше работник станка должен был самостоятельно снимать показания с разрозненных датчиков и формировать на их основе общую картину производственного процесса. Естественно, такой подход был неэффективным и трудоемким. С помощью IIoT можно включить все датчики в одну единую сеть, которая позволит в режиме реального времени собирать и анализировать поступающую информацию с различных производственных линий. В результате такого подхода количество брака сильно сократится, что поможет повысить эффективность производства.

Рис. 5. Примеры интернет вещей IoT и IIoT

На первый взгляд технологии IoT и IIoT похожи, но у них есть существенные отличия.

Во-первых, надежность применяемого оборудования: IoT-устройства более дешевые и менее надежные, так как выход из строя устройства не приведет к катастрофическим последствиям, в то время как выход устройств IIoT может повлиять на безопасность людей, привести к браку производимой продукции и другим неприятным последствиям.

Во-вторых, алгоритмическая сложность: в IoT-устройствах применяются простые алгоритмы, позволяющие автоматизировать рутинные действия, например, включение света, перекрытие подачи воды, когда никого нет дома, в IIoT-устройствах используются сложные многоуровневые алгоритмы, основанные на современном математическом аппарате. Применение нейронных сетей в IIoT позволяет управлять рисками, строить прогнозы эффективности производства, моделировать любой участок производственной цепи и т.д.

В-третьих, быстродействие. В IoT-устройствах информация обрабатывается в режиме реального времени, однако допустимы задержки до десятков секунд. В IIoT устройствах подобные задержки недопустимы, максимальные задержки не превышают десятки миллисекунд. Еще очень важное отличие – это безопасность данных. Если рассматривать IoT-устройства, то имеется высокий риск перехвата конфиденциальных данных, взлом IoT-устройств опасен тем, что он открывает дорогу для несанкционированного проникновения злоумышленников в жилые помещения. В случае с IIoT-устройствами любое внедрение в инфраструктуру предприятия может спровоцировать настоящую катастрофу, поэтому забота о безопасности в данном случае критически важна. Конечно, это не все имеющиеся отличия, есть и другие.

Специалисты MV&F не стоят на месте и постоянно развиваются, совершенствуются и уже давно переступили порог Индустрии 4.0. Мы разрабатываем и успешно внедряем технологические системы на базе интернета вещей, которые помогают нашим клиентам автоматизировать и оптимизировать производственные процессы, повысить производительность, снизить затраты при выпуске продукции. С помощью IoT-устройств наши клиенты могут следить за производственными процессами, анализировать полученные данные и управлять ими на удаленном расстоянии для уменьшения времени простоя оборудования и максимального использования производственных ресурсов, что в свою очередь позволяет существенно повысить эффективность и прибыльность, а также увеличить безопасность на производственной площадке, что способствует быстрому обнаружению и предотвращению нарушений и аварий.

Одно из устройств интернета вещей, разработанное и производимое MV&F – это «умный моноблок» (Рис.6).

Рис.6 "Умный моноблок"

В состав моноблока входит система телеметрии давления газа внутри моноблока и температуры окружающей среды. Система является автономной (имеет встроенный аккумулятор), а так же есть возможность подключения внешнего источника питания или солнечной панели. Данные с датчика давления и температуры передаются в облачное хранилище посредством GPRS, а также есть возможность SMS оповещения при достижении текущих установок по измеряемым параметрам. Система телеметрии MV&F имеет возможность установки одновременно двух Sim карт для стабильной работы интернет связи на всей территории, где находятся наши заказчики. В облачном хранилище полученные данные хранятся и резервируются, что исключает потерю технологических данных. Оператор имеет возможность удаленно из любой точки мира подключиться к облачному хранилищу через Интернет для просмотра сохраненных данных за требуемый период времени. Данные можно представить в табличном или графическом виде для лучшего анализа, а также сохранить на носитель для дальнейшей обработки. На рис.7 представлен интерфейс облачного хранилища, на котором виден график изменения давления и температуры от даты и времени, а так же представлена карта с обозначением текущего положения оборудования, на котором установлена система телеметрии. Система телеметрии имеет широкий диапазон по температуре эксплуатации: от минус 40 до плюс 60 °С. Датчики, входящие в состав системы, могут быть как в выносном, так и в компактном исполнении, когда датчики установлены внутри корпуса, а импульсные трубки подключатся к корпусу системы. Имеется возможность установки двух датчиков температуры: один датчик измеряет температуру окружающей среды, а другой датчик измеряет температуру стенки баллона. Сопоставление показаний этих двух датчиков может быть полезно при заправке моноблоков для контроля разогрева баллонов вследствие адиабатического сжатия.

Если стоит задача не просто снятия показаний, передачи их в облачное хранилище и удалённого управления технологическими процессами, но и отслеживания местоположения Вашего оборудования, например, когда оно передается в аренду или во временное использование, то для таких задач мы предлагаем системы интернета вещей со встроенным GPS/ГЛОНАСС маяком, а также системы с возможностью определения местоположения по базовым станциям сотовой сети GSM. Данные системы интернет вещей позволяют не только отслеживать и передавать свое местоположение, но и контролировать и передавать информацию о скорости и направлении движения объекта, что очень важно и необходимо, если у Вас есть ограничения по скорости транспортировки ценного оборудования.

Рис.7 Интерфейс облачного хранилища системы телеметрии давления и температуры

Данную систему интернета вещей можно применять в любом производственном процессе, где требуется снимать текущие показания с любых датчиков (давление, температура, влажность, расход, загазованность и другие), архивировать и иметь к ним доступ в любое время и из любого места.

Нами широко применяются данные решения для отслеживания уровня жидкости в криогенных резервуарах, с целью своевременного заказа и заправки резервуара жидкостью, чтобы не допустить ситуации когда нехватка жидкости приведет к остановки важного технологического процесса. Один из примеров подобной системы - система телеметрии давления и уровня жидкого азота в двух криогенных резервуарах и давления в водородном ресивере (рис.8). Данная система выполнена в шкафном исполнении и питается от внешней сети 230В. Особенностью данной системы является наличие встроенной панели оператора для отображения текущих показаний с датчиков, а так же передача данных в облачное хранилище с помощью проводной связи Ethernet. В этом случае не требуется Sim карта и не важна зона покрытия сотовой сети.

Рис.8 Система телеметрии уровня и давления в криогенном резервуаре

Если наличие панели оператора не требуется, но требуется компактное решение для монтажа непосредственно на резервуар, без лишних проводов, то Вам необходима система облачного мониторинга давления и уровня жидкости в криогенном резервуаре, которая может иметь магнитное крепление и для ее монтажа не нужны дополнительные элементы (рис.9). Именно такое решение реализовано для передачи данных об уровне и давления жидкого кислорода в криогенном газификаторе ГХК-3 объемом 3м³(рис. 9). Данная система имеет автономное питание, две независимые Sim карты для лучшей связи в местах плохого сотового покрытия, а так же более мощную антенну, что позволяет устанавливать подобные системы в районах с большой удаленностью от сотовых станций.

Рис.9 Система телеметрии уровня и давления в ГХК-3

Рис.10 Интерфейс облачного хранилища системы телеметрии уровня и давления в криогенных резервуарах

Если Вам необходимо не только снимать и архивировать показания с датчиков, установленных на Вашем технологическом оборудовании, но и управлять исполнительными механизмами в зависимости от текущих показаний, например, открывать/закрывать клапан при понижении или повышении давления в системе или включать свето-звуковую сигнализацию при выходе измеряемых параметров за пределы рабочего диапазона, то и для этих задач у нас есть решение (рис.11).

Рис.11 Система GSM оповещения

Данная система интернет вещей имеет два независимых релейных выхода для управления исполнительными устройствами. Управлять ими возможно как через SMS команды, так и с использованием облачного хранилища данных, подключившись к нему через сеть Интернет. Встроенный источник питания позволяет установить его в тех местах, где отсутствует возможность подключения внешнего питания.

Если Вы не хотите отставать от времени и заинтересованы в применении современных промышленных технологий, таких как интернет вещей, то специалисты MV&F помогут в решении Ваших задач на пути новой промышленной революции. Обращайтесь, мы всегда помогаем нашим партнерам идти в ногу с техническим прогрессом.

Автор статьи: Сергей Попков. Начальник отдела АСУ ТП ООО «Мониторинг Вентиль и Фитинг» (MV&F)