Третья статья из серии "Успешные граничные вычисления"
Ни для кого ни сюрприз, что как только промышленные вычисления и управление достигают границ, они не прекращаются, а продолжают использовать свою новообретенную гибкость в постоянно совершенствующихся мобильных приложениях.
Была поставлена задача - обеспечить транспортировку воды, модульных резервуаров и буферных емкостей к широко раскинувшимся, меняющимся участкам гидроразрыва пласта и их водным карьерам. Для этого оборудование компании New Wave Energy Services в Калгари, Альберта, Канада, должно было быть высокомобильным.
Не так давно эта компания спроектировала и построила большие, смонтированные на трейлере установки для перекачки воды, с четырьмя насосами мощностью 500-800 л/с и входами диаметром 12 дюймов. И решила привлечь компанию netDNA из Британской Колумбии, Канада, для их автоматизации.
Каждая такая установка имеет дизельный генератор и насосы, управляемые контроллером, который работает по протоколу Modbus/TCP, поэтому компания netDNA добавила в каждый трейлер программируемый промышленный контроллер groov EPIC от Opto 22 и модули ввода/вывода. Аналоговые входы контролируют уровни нагнетания и всасывания, цифровые входы контролируют расходомеры, а механические релейные выходы открывают и закрывают насосы в ответ на действия контроллера генераторной установки.
Оснащенный собственным файрволом для защиты данных, groov EPIC получает данные от контроллера генераторной установки, включая обороты и соответствующую телеметрию, и публикует их на центральном брокере/сервере, используя встроенный инструмент программирования Node-RED с открытым исходным кодом и коммуникационный протокол MQTT "publish-subscribe". Данные, которые публикует groov EPIC, передаются устройством за его собственным файрволом, поэтому нет необходимости изменять входящие порты. После установления соединения с брокером все ответные данные, на которые подписывается groov EPIC, безопасно принимаются по тому же соединению. Это позволяет нескольким насосам отвечать на команды в течение секунды.
По словам генерального директора netDNA Дэна Арбо, используя groov EPIC и другие инструменты IIoT, им удалось пройти путь от первоначального проектирования до создания полной системы, готовой к управлению насосами всего за три недели. Благодаря netDNA компания New Wave может предложить пользователям мониторинг и управление быстрее и дешевле, чем у конкурентов. Шесть установок, установленных на трейлерах, заработали уже к июню 2019 года, и еще несколько установок находятся в разработке (рис. 1).
Рис. 1: Прицепные насосные установки New wave Energy Services для перекачки воды в местах гидроразрыва пласта имеют четыре насоса мощностью 500-800 л.с. с выходами диаметром 12 дюймов, которые управляются контроллером генераторной установки и автоматизированы компанией netDNA с помощью граничного программируемого контроллера groov EPIC, который также собирает данные контроллера, включая обороты и телеметрию, и публикует их на центральном брокере/сервере с помощью встроенного инструмента программирования Node-RED с открытым исходным кодом и протокола публикации-подписки MQTT.
В дополнение к установкам, монтируемым на трейлерах, New Wave также автоматизирует мониторинг и управление резервуарами и котлованами для воды своих клиентов, что повышает безопасность и обеспечивает более быструю и надежную передачу данных.
Так же контролируется уровень воды в резервуарах и управление насосами для предотвращения разливов. И резервуары и котлованы контролируются на предмет качества воздуха и уровня токсичного, легковоспламеняющегося сероводорода (H2S), а контрольно-измерительные приборы и автоматизация помогают обеспечивать безопасность персонала. Автоматизация от netDNA состоит из автономных шлюзов SignalFire для беспроводных датчиков, которые передают Modbus/TCP на локальные процессоры groov EPIC, каждый из которых также использует Node-RED и MQTT для публикации тегов данных от своих насосов. Эти теги охватывают 15 точек телеметрических данных, включая 10 команд остановки, аварийного останова и других команд. Производственные данные также отслеживаются и архивируются. В случае разлива или возникновения проблем операторам необходимо точно знать, что делали насосы в тот или иной момент времени.
"Некоторые компании, занимающиеся производством двигателей и насосов, жаждут автоматизации. У некоторых уже есть системы, но они не общаются друг с другом - groov EPIC заставляет их общаться", - говорит Арбо.
Помимо автоматического мониторинга, управления и сбора данных, Groov EPIC также предоставляет пользователям New Wave настраиваемый веб-интерфейс HMI, который netDNA разработала с использованием Groov View, браузера с функцией перетаскивания тегов, включенного в Groov EPIC. Каждый трейлер оснащен радиоприемником интернет-протокола (IP), который обеспечивает маршрутизацию, более 90 метров беспроводного покрытия и питание для сотового модема, который подключается к сотовой глобальной сети (WAN). Используя свой HMI groov View, авторизованные полевые техники могут использовать планшетный ПК для доступа к этой сети и, например, запускать все 20 насосов в системе котлованов, контролируя или изменяя обороты с экрана HMI.
Заглядывая вперед, netDNA изучает обмен сообщениями Sparkplug с MQTT, доступный в groov EPIC с программным обеспечением Ignition Edge SCADA от Inductive Automation. Sparkplug повышает функциональную совместимость MQTT с помощью метаданных, кодирования и сжатия полезной нагрузки для поддержания низкой пропускной способности. Он также осуществляет скрупулезное отслеживание состояния, чтобы все клиенты знали, когда данные устаревают.
Устройства groov EPIC на каждом трейлере, цистерне или котловане публикуют данные в брокере MQTT, а другие устройства groov EPIC подписываются на эти данные. В качестве брокера компания netDNA использует свой собственный защищенный MQTT-сервер. Арбо добавляет, что его мечта - это многофункциональный автоматизированный "черный ящик" - открытое шасси с groov EPIC "в центре" и SignalFire для подключения к беспроводным датчикам. Он предполагает использование этого оборудования не только в нефтегазовой отрасли, но и в сельском хозяйстве, горнодобывающей промышленности и других отраслях с далеко расположенными объектами, нуждающимися в автоматизации и передаче данных.
"groov EPIC объединяет управление и зондирование в реальном времени с локальным хранением данных, сетью и безопасностью, обеспечивая визуализацию на базе мобильных устройств и браузера, связь OPC UA и MQTT, а также множество вариантов программирования в одном контроллере, включая блок-схему, ступенчастую логику, функциональную диаграмму и последовательную функциональную схему с Codesys, PAC Control и Node-RED", - говорит Джош Истберн, директор по техническому маркетингу компании Opto 22. Пользователи также могут получить доступ к операционной системе Linux для разработки на C++ или Python или запуска других приложений, например, серверов баз данных - и все это на одном устройстве".
"Раньше эти функции выполнялись на отдельных компьютерах с отдельными коммуникациями для управления. Теперь пользователи могут взглянуть на архитектуру и инфраструктуру своих систем и подготовить их к IoT, используя граничные вычисления для перепроектирования системы, снижения сложности, управления безопасностью и запуска одного целостного устройства вместо пяти. Они могут дооснастить старые приложения интеллектуальными устройствами или обеспечить кибербезопасность устаревшим устройствам, чтобы они также могли участвовать в IoT.
Вычисления на границе можно представить себе как смартфон: если раньше для совершения телефонных звонков, фотографирования, воспроизведения музыки и определения времени требовались отдельные устройства, то сегодня у нас есть одно устройство, которое может делать все это. Аналогичным образом, традиционные промышленные устройства заменяются граничными вычислительными устройствами, которые имеют встроенные функции обработки данных, хранения, сетевого взаимодействия и безопасности, так что вы можете запускать различные приложения на одном устройстве".
Об авторе: Джим Монтегю, исполнительный редактор журнала Control
Успешные граничные вычисления: Часть 1 - Что это и где находится?