La inteligencia industrial iot tiene como objetivo salvar vidas al prevenir desastres

El 23 de marzo de 2005, una refinería de petróleo de BP Plc en Texas explotó, matando a 15 personas e hiriendo a más de 170. La causa de la explosión fue que los empleados de BP sobrellenaban y sobrecalentaban una pieza importante del equipo de procesamiento de petróleo, informó The Guardian en ese momento. BP finalmente desembolsó más de $ 3 mil millones para pagar multas, resolver demandas y mejorar la refinería, que Marathon Petroleum Corp. compró a principios de 2013 por $ 2.5 mil millones.

Este es solo un ejemplo en una larga lista de desastres porque, en el sector energético, las plantas e instalaciones similares pueden explotar catastróficamente. Eso ha sido durante mucho tiempo un hecho de la vida. Sin embargo, los proveedores pioneros en infraestructura de Internet de las cosas (IIoT) industrial están buscando ayudar a prevenir accidentes como estos a través de la automatización. Las plataformas IIoT proporcionan monitoreo en tiempo real y mantenimiento preventivo, lo que ayuda a los propietarios y operadores de plantas a reaccionar más rápidamente ante situaciones de emergencia. Este tiempo de reacción se acelera aún más mediante la virtualización, lo que ayuda a reducir la latencia en las aplicaciones de IoT que operan en instalaciones como las refinerías de petróleo y las plantas de energía. Las decisiones sobre equipos en plantas de energía y plantas químicas deben tomarse en tiempo real para proteger la seguridad de la población circundante.

Recuperación de desastres hardcore

Si bien la recuperación ante desastres es lo más importante para la mayoría de las empresas, las situaciones que se abordan aquí van mucho más allá de perder tiempo de trabajo en un sitio de oficina o de que su sitio web alojado se caiga inesperadamente. Para que las refinerías de petróleo y las centrales eléctricas eviten catástrofes de la vida real, un sistema instrumentado de seguridad (SIS) de compañías como Schneider Electric puede "monitorear estas variables críticas que serían indicativas de una reacción exotérmica", dijo Christopher Lyden, Vicepresidente Senior Presidente de Estrategia y Portafolio en Schneider Electric. "Si sienten que esas variables están cambiando demasiado rápido, entonces toman medidas para cerrar el proceso".

Lyden está en una excelente posición para comentar estas situaciones porque Schneider Electric es un proveedor de automatización que proporciona el equipo de automatización específicamente para plantas de energía, plantas de producción de petróleo y refinerías de petróleo. Proveedores como Emerson Electric Co., Honeywell International y Rockwell Automation también ofrecen plataformas SIS.

Un SIS actúa como un "freno" en la operación de una planta, según Lyden. "Básicamente, existe un SIS para garantizar que la planta se cierre antes de que ocurra una catástrofe o un incidente crítico", dijo Lyden. "Monitorea el desempeño de la operación y los activos operativos. Si el proceso comienza a acelerarse o si algo comienza a perder el control, entonces el SIS toma el control y derriba la planta".

El SIS de Schneider Electric, el sistema de seguridad EcoStruxure Triconex, es una combinación de hardware y software de controlador de borde que ayuda a mantener el tiempo de actividad de las plantas. El sistema puede advertir sobre incendios u otros eventos combustibles, así como otros eventos, como fugas de gases tóxicos, y ayudar a rectificar las situaciones. Aunque las plataformas SIS no se conectan a las redes de datos debido a problemas de seguridad, aún juegan un papel en IIoT al proporcionar datos a los operadores en plantas y refinerías para ayudarlos a tomar decisiones críticas.

"Por ejemplo, los operadores pueden recibir alertas a través del tablero de instrumentos en su teléfono inteligente, diciéndoles que la planta o un activo de la planta en particular está en riesgo. Luego pueden tomar las medidas necesarias para evitar un incidente", dijo Lyden. "Los estamos ayudando a comprender su umbral de seguridad, hasta qué punto pueden conducir el proceso y sus activos antes de que la planta llegue a un estado inseguro".

Redundancia, autonomía y conmutación por error rápida

Según Lyden, para protegerse contra el tipo de desastre que ocurrió en la refinería de petróleo de BP mencionada anteriormente, los operadores deben mantener una conmutación por error rápida y un control automatizado, así como considerar la implementación de redundancia en máquinas virtuales (VM). Para lograr esto, Schneider Electric implementa la plataforma de infraestructura en la nube Titanium Control de Wind River. "Tener redundancia en las máquinas virtuales es muy importante, y tener esta conmutación por error rápida significa que nunca perderán la vista de la planta durante el tiempo suficiente como para provocarles ansiedad", dijo Lyden.

Un sistema de control de distribución de una compañía como Schneider Electric aporta funciones autónomas a plantas químicas y plantas de energía. Los controladores lógicos programables de Schneider Electric que ejecutan el sistema operativo en tiempo real (SO) VxWorks de Wind River permiten a las centrales eléctricas controlar sus operaciones de forma autónoma. Las funciones autónomas de un sistema de control de distribución ayudan a las plantas de energía y a las instalaciones petroleras a controlar la presión, la temperatura y el flujo de energía. Lyden se refiere a esto como "control de los latidos del corazón". De hecho, Schneider Electric y Wind River están trabajando en un controlador de proceso de próxima generación. Este tipo de tecnología de control maneja la conmutación por error en las plantas, cuando el equipo de reserva toma el control debido a fallas en la infraestructura primaria.

Seguridad y protección de infraestructura crítica

Wind River ayuda a clientes como Schneider Electric a integrar las diversas aplicaciones de hardware y control de plantas industriales en una sola plataforma. Las plantas también pueden aprovechar la virtualización y los contenedores para mantener una disponibilidad óptima. La compañía se especializa en sistemas operativos en tiempo real, así como en las tecnologías de virtualización necesarias para llevar la inteligencia al límite.

Un componente de una infraestructura IIoT, los sistemas operativos en tiempo real generalmente se centran en la seguridad y las aplicaciones de misión crítica. Reaccionan a su entorno a una escala de micro segundos y son ideales para dispositivos y aplicaciones que no pueden fallar. "Los sistemas operativos en tiempo real pueden garantizar que el cómputo, la memoria y el caché siempre se distribuyan de manera prioritaria", dijo Jim Douglas, presidente y CEO de Wind River.

La ejecución de sistemas operativos en tiempo real en paralelo con Linux permite a las empresas aplicar el aprendizaje automático (ML) en el borde donde las plantas tienen "alta crítica de seguridad", dijo Douglas. Aunque los sistemas operativos en tiempo real y Linux se pueden operar por separado, cuando se usan juntos, Linux puede ejecutar las partes no críticas para la seguridad de un dispositivo o aplicación, mientras que el sistema operativo en tiempo real maneja las funciones de misión crítica. Linux es útil con sistemas embebidos debido a sus requisitos de sistema más bajos y capacidades de rendimiento más altas, según Douglas. Debido a estas capacidades de alto rendimiento, ahora puede encontrar varios sabores de Linux que se utilizan en plantas de fábrica, en controles programables, en aviones y en sistemas de control de vuelo.

Se está produciendo más cálculo en el borde para evitar este retraso. "No se puede tener esa latencia", dijo Douglas. "Si algo sucede, vas a tener una catástrofe".

Automatizado y no tripulado

Estas tecnologías están evolucionando lo suficientemente rápido como para que Lyden prediga que algunas plantas de gas pronto perderán su personal para protegerse contra los desastres. "La tecnología actual no es tal que la gente tenga confianza para hacerlo. Sin embargo, estamos empezando a verla en alta mar", dijo Lyden. "Entonces verá todas las operaciones en un grupo de plataformas petroleras costa afuera operadas desde una plataforma madre central con plataformas hijas no tripuladas".

Lyden también señaló que una serie de pequeñas plantas de gas ahora se gestionan de forma remota. "Creo que estamos conduciendo hacia esta noción de autonomía, lo que significa que el sistema de control tiene todo lo que permitiría el control, pero aún permitiría la seguridad sin humanos allí", dijo Lyden.

"Esta noción de dispositivos inteligentes, autónomos y de borde que se autodiagnostican", continuó, "que no solo controlan sino que también pueden comenzar a hacer cosas como administrar la condición de los activos físicos de la planta. Ese tipo de capacidades son necesario para llegar a esta visión de las plantas no tripuladas ".

Además, la informática de punta y el IIoT crearán oportunidades para que los humanos y las máquinas autónomas coexistan. De hecho, la inteligencia artificial (IA) en el borde estará en el corazón de IIoT, según Douglas. La primera ola de IIoT implicó la conexión de máquinas de borde a redes empresariales. Luego vinieron los análisis y la visualización de datos. "Podríamos comenzar a hacer análisis usando software para escribir cosas como paquetes de visualización para facilitar la detección de anomalías", dijo Douglas.

"La próxima ola es, vas a tener máquinas que son totalmente autónomas o parcialmente autónomas, donde realmente pueden comenzar a hacer tareas más sofisticadas por sí mismas, y puedes hacer que las personas se centren más en tareas de nivel superior y dejen que el los robots realizan las tareas de nivel inferior ", continuó Douglas. "Esa es la gran transformación. Ahí es donde entra la IA, donde cuando tienes suficiente poder de cómputo en el borde puedes comenzar a hacer que esta maquinaria sea mucho más inteligente. Y hacer que se haga cargo de más de este tipo de tareas que requieren mucha interacción humana."

Analítica y salud del equipo

Actualmente, las plantas de fabricación y las refinerías tienen una variedad de equipos que ayudan a controlar el proceso de fabricación, incluidos compresores, medidores, bombas y válvulas. Los sensores permiten que estos componentes se vuelvan inteligentes y compartan información sobre su rendimiento operativo. Según Lyden, en el futuro, las plantas químicas tendrán bombas que generarán análisis que le informarán al personal cuándo las bombas están cortando los arrancadores o usando demasiada corriente.

"Puede esperar que las bombas se instrumenten de una manera que le indique si está consumiendo energía o si la bomba se está volviendo menos eficiente", dijo Lyden. "Y todas esas cosas se ejecutarían desde un dispositivo de borde común que controla el funcionamiento de la bomba y diagnostica la bomba".

A medida que las organizaciones eliminen a las personas de las centrales eléctricas, y los precios de los sensores y dispositivos de medición bajen, habrá que administrar más las plantas a través de IIoT para evitar la falla de las plantas no tripuladas.

• Cuando la nube está inundada, es Edge Computing, AI al rescate Cuando la nube está inundada, es Edge Computing, AI al rescate
• Cómo IoT acerca a miles de millones de dispositivos al límite Cómo IoT acerca a miles de millones de dispositivos al límite
• 7 cosas que las pymes necesitan saber sobre la computación perimetral 7 cosas que las pymes deben saber sobre la computación perimetral

"Creo que IoT permitirá cosas de esa naturaleza, porque veremos mucho más control de la salud del equipo de lo que vemos hoy", dijo Lyden. "El siguiente paso, a medida que el IIoT madure, es impartir capacidad de control real a estos activos. De lo que estamos hablando es de que cada uno de estos activos se convierta en un sistema ciberfísico que pueda controlarse de forma autónoma". Además, en el futuro, las plantas químicas conectarán sus sopladores, intercambiadores de calor, motores y bombas, según Lyden.

Además de los desarrollos físicos de IIoT, los análisis se desarrollarán y desempeñarán un papel más importante en la gestión del rendimiento de las bombas. La combinación de una mayor conectividad, potencia informática y análisis ayudará a las plantas y refinerías a administrar la salud de los equipos de proceso, mejorar la toma de decisiones y aumentar la confiabilidad de la infraestructura crítica.

El incidente antes mencionado en la refinería de petróleo de BP, así como un incidente de la refinería Exxon Mobile el 18 de febrero de 2015, en California, en el que una liberación de hidrocarburos causó una explosión, muestra la necesidad de tecnología IIoT. La inteligencia que aporta puede ayudar a prevenir este tipo de desastres.