Internet Industriel des Objets IIOT : Comment l'IIoT améliore les systèmes de contrôle industriels et SCADA> ENGINEERING.com

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Dans les processus à grande échelle tels que l'exploration pétrolière et gazière, l'exploitation minière, la fabrication et la livraison d'énergie, de nombreux équipements doivent collaborer et se coordonner pour faire avancer les choses. Des équipes de personnes doivent constamment communiquer entre elles pour éviter les erreurs ou les accidents. Les systèmes de contrôle industriels, en particulier les systèmes de contrôle de supervision et d'acquisition de données (SCADA), sont un outil efficace pour coordonner toutes ces machines et personnes.

Les systèmes SCADA comprennent des machines, des contrôleurs, des interfaces utilisateur graphiques, des ordinateurs et des réseaux de données. Les machines proviennent de différents fabricants, il peut donc être difficile d'intégrer les données de différentes sources pour l'analyse. Cependant, l'efficacité de SCADA peut être améliorée avec de grands ensembles de données en temps réel qui permettent d'affiner les processus.

L'Internet des objets industriel (IIoT), avec des composants comme les capteurs, le stockage et l'intégration des données, l'analyse des données et l'apprentissage automatique, peut être appliqué aux systèmes SCADA pour améliorer l'interopérabilité et la coordination entre les différentes machines. Les capteurs collectent de nouvelles données à partir de divers équipements et alimentent les données en continu dans l'analyse. De cette façon, les algorithmes d'apprentissage automatique peuvent apprendre des données passées et affiner les paramètres sur différentes machines pendant des milliers voire des millions de cycles pour atteindre le point optimal de l'ensemble du système. L'IIoT permet également la surveillance à distance des systèmes situés dans des environnements difficiles.

L'IIoT peut être appliqué à de nombreux grands systèmes à composants multiples, tels que les plates-formes pétrolières, les réseaux publics, les éoliennes, les aéroports et même les villes.

Les activités d'extraction et de transport de pétrole et de gaz peuvent être coûteuses et dangereuses. De plus, des pannes inattendues de l'équipement peuvent entraîner des retards coûteux. Dans un environnement réglementaire de plus en plus strict, la surveillance et la surveillance à distance sont essentielles pour garantir la conformité des équipements et réduire les coûts. Pendant la surveillance, les gestionnaires ont besoin de données précises et en temps réel pour prendre des décisions précises.

Le recours aux humains pour la surveillance est non seulement exigeant en main-d'œuvre et inefficace, mais également coûteux et dangereux. Les satellites permettent le suivi à distance, mais ils sont trop compliqués et coûteux. Heureusement, il existe une troisième option: les systèmes de contrôle industriels qui tirent parti des atouts de l’IIoT peuvent réduire les coûts tout en augmentant l’efficacité.

En forage, la situation devient plus dangereuse à mesure que la plate-forme creuse plus profondément. Une pression accrue sur l'espace annulaire ou le bradenhead peut entraîner un blocage, une augmentation des reconditionnements ou même des accidents. La nécessité de réparations manuelles ou d'autres reconditionnements pour reprendre le travail augmentera le risque pour l'équipage. Et tandis que les injections permettent une récupération plus élevée des matières extraites, des injections incorrectes augmentent les coûts, entraînent des pertes de production et diminuent l'efficacité de la récupération. Enfin, une mauvaise communication entre le centre de contrôle et la plate-forme peut entraîner une surproduction ou une sous-production.

Des entreprises comme Ambyint et WellAware proposent des solutions IIoT pour la surveillance de la tête de puits et du vérin de pompage, telles que la détermination des niveaux de pression de vide corrects ou la décision du moment et de la quantité de produits chimiques ou de vapeur à injecter dans le puits. Selon ces entreprises, leurs solutions IIoT permettront de réduire les dépenses et de minimiser les temps d'arrêt tout en garantissant la sécurité des travailleurs et la conformité réglementaire.

Les grandes entreprises du secteur commencent également à intégrer des solutions IIoT dans leurs opérations. Par exemple, Shell a pu extraire 10% de pétrole en plus et 5% de gaz en plus dans ses champs pétroliers intelligents que dans ses champs traditionnels. En plus de permettre la surveillance à distance en reliant des puits de haute technologie avec des câbles à fibres optiques, Shell a récemment lancé une initiative de jumelage numérique pour l'un de ses plates-formes offshore dans le sud de la mer du Nord.

Dans un autre cas, l'entrepreneur danois de forage Maersk Drilling s'est associé à Siemens pour créer un jumeau numérique pour chacun de ses plus de cent actifs d'équipement clés. À l'aide du flux de données provenant des capteurs IIoT sur ces actifs, Maersk planifie la maintenance prédictive, ce qui permet à l'entreprise de réduire les temps d'arrêt et les coûts de maintenance de 20%.

L'IIoT s'avère également une aubaine pour la gestion des pipelines, en particulier pour lutter contre les fuites de pipelines. Les entreprises s'appuient sur des capteurs IIoT pour surveiller l'épaisseur, la température et l'érosion des tuyaux et des puits. Les données ainsi collectées permettent de détecter et de prévenir les pannes d'équipements ou les fuites de gaz en planifiant de manière proactive la maintenance ou les réparations. Et avec un tel système en place, le déploiement des employés pour gérer les réparations devient plus efficace. Supprimer les inspections et l'entretien inutiles réduit également le risque de blessures au travail. Selon Bain & Company, une analyse appropriée peut potentiellement améliorer la production de 6 à 8%. S'appuyer sur la connectivité IIoT pour suivre les navires et les flottes pendant le transport de marchandises peut optimiser les mouvements de la flotte et la consommation d'énergie.

Aux États-Unis, les grandes sociétés de services publics dépensent des dizaines de milliards de dollars par an pour améliorer les réseaux vieillissants et les rendre plus intelligents. Les réseaux intelligents peuvent détecter, prévenir et même prévoir plus rapidement les pannes. Lorsqu'une panne se produit, les réseaux intelligents peuvent l'identifier et l'isoler afin qu'elle ne dégénère pas. Ils peuvent également restaurer l'électricité plus rapidement après des perturbations, minimisant les temps d'arrêt. De plus, les réseaux intelligents peuvent équilibrer la consommation d'énergie et la demande de pointe. De plus, les réseaux intelligents peuvent s'adapter aux événements régionaux, tels que la sécheresse, les incendies de forêt et les tremblements de terre, ajustant la production pour répondre à des demandes spécifiques.

Pour qu'une grille devienne intelligente, elle a besoin des données de son infrastructure et de ses utilisateurs finaux pour l'analyse et l'inférence. L'IIoT, avec ses capteurs et ses capacités d'analyse, est parfaitement adapté à la tâche.

Parmi les nombreux exemples de l’application de l’IIoT aux réseaux de distribution, le développement par Duke Energy d’un réseau intelligent. Le réseau de la société de services publics basée en Floride peut détecter et isoler un problème et rétablir automatiquement l’alimentation via un réacheminement.

De plus, Pacific Gas and Electric (PG&E) teste l'utilisation de drones pour surveiller les infrastructures électriques dans les endroits reculés, ce qui pourrait réduire les risques pour ses employés. La société teste également des capteurs de gaz qui seront utilisés pour détecter les fuites de conduites de gaz.

Le réseau national britannique utilise la technologie IIoT pour agréger la consommation d'énergie, de sorte que l'approvisionnement en énergie peut augmenter ou diminuer pour répondre à la demande. Les ajustements à la hausse ou à la baisse signifient que le réseau peut répondre plus rapidement à la demande, aider les consommateurs à gérer leur consommation et libérer de la capacité. Un fournisseur britannique d'électricité et de gaz, E.ON, applique la technologie IIoT à ses parcs éoliens pour permettre une gestion plus efficace de l'infrastructure.

Enfin, le logiciel Predix Asset Performance Management de GE Digital est utilisé dans plusieurs centrales électriques. En intégrant les données des capteurs placés sur l'infrastructure clé, le logiciel peut effectuer des analyses qui aideront à optimiser l'efficacité opérationnelle.

Pour récolter la plus grande quantité d'énergie, les parcs éoliens doivent être situés dans des zones venteuses. Mais les localiser dans de tels endroits signifie également que les éoliennes, qui coûtent plus d'un million de dollars chacune, sont vulnérables à de graves perturbations. Par exemple, le parc éolien de la mer du Nord a perdu tellement de turbines que les ingénieurs ont dû réinstaller les 206 unités.

Une initiative parrainée par l'UE, ROMEO, qui représente "des opérations fiables, des outils de décision de maintenance et des stratégies pour un coût élevé de l'électricité / énergie", vise à optimiser les performances des turbines tout en réduisant l'attrition en utilisant l'IIoT, la maintenance prédictive et le cloud computing.

Dans le cadre du programme de test pilote de l'initiative, les turbines de deux parcs éoliens au Royaume-Uni et d'un parc éolien offshore en Allemagne seront équipées de la technologie de conditionnement d'énergie et de près de 1 000 capteurs. Ces capteurs incluront ceux servant d'actionneurs, intégrant des jauges de contrainte et des contrôleurs de roulements. Les capteurs diffuseront des données dans le cloud afin qu'elles puissent être analysées. Les analyses permettront la détection, le diagnostic et le pronostic des défauts dans les composants de la turbine pour maximiser la durée de vie de la turbine et minimiser les coûts d'exploitation et de maintenance.

Siemens utilise également la technologie IIoT pour surveiller à distance la santé des éoliennes et permettre un contrôle plus en temps réel des éoliennes. Par exemple, pendant une tempête, le système de commande peut ajuster les turbines pour maximiser la récupération d'énergie et équilibrer la charge de vent à travers les turbines. De plus, l'analyse permettra une maintenance prédictive des machines.

Les aéroports sont des systèmes vastes et complexes qui peuvent être chaotiques et stressants pour de nombreux voyageurs. Comme les autres systèmes multicomposants, les aéroports peuvent bénéficier de l'application des technologies IIoT.

Par exemple, l'intégration de l'enregistrement des passagers dans l'IIoT peut automatiser cette activité, ce qui permet de gagner du temps pour les clients et des coûts pour les compagnies aériennes. Les balises Bluetooth, les balises de communication en champ proche (NFC), le Wi-Fi et la géolocalisation peuvent aider les passagers à naviguer plus facilement dans l'aéroport. Par exemple, l'aéroport d'Helsinki empêche les goulots d'étranglement et raccourcit les lignes de passagers avec le Wi-Fi et les iBeacons pour suivre les passagers et offrir une assistance géolocalisée.

De même, l'aéroport de Miami déploie un réseau de balises et une application mobile pour fournir un service personnalisé dans différents terminaux et magasins de l'aéroport. L'aéroport de Birmingham au Royaume-Uni utilise la connectivité IIoT pour mesurer et prévoir les temps d'attente, tandis que l'aéroport de Billund au Danemark utilise des composants IIoT pour mesurer les flux de passagers, les lignes et le temps passé dans ses parkings. L'aéroport de London City déploie également la technologie IIoT pour surveiller le flux de passagers. Les clients de Turkish Airlines peuvent trouver des livres populaires à apprécier dans le salon de l'aéroport, grâce à l'utilisation par la compagnie aérienne de la technologie iBeacon.

Parce que les aéroports sont des cibles de grande valeur, les responsables de leur sécurité se tournent vers l'IIoT, avec l'aéroport international de Dubaï, par exemple, pour automatiser l'identification des passagers à la douane. L'IIoT joue également un rôle dans les étapes de vol, d'atterrissage et de récupération des bagages du vol. Par exemple, la connectivité IIoT aide les passagers de Lufthansa à suivre leurs bagages.

Bien que les nombreuses applications de l’IIoT soient axées sur les passagers, les atouts de la technologie peuvent également jouer un rôle dans l’augmentation des revenus et la réduction des coûts d’exploitation. Par exemple, Rolls-Royce travaille avec Microsoft pour gérer plusieurs aspects des vols, tels que la santé des moteurs d'avion, le trafic aérien, le réacheminement et la consommation de carburant. En outre, des compagnies aériennes telles que Delta et KLM utilisent l'IIoT pour améliorer la maintenance des avions.

Les villes sont comme des aéroports de taille et de complexité accrues. Tirant parti de ce que l'IIoT et ses connexions permettent, les urbanistes peuvent créer un jumeau numérique d'une ville. Les planificateurs peuvent ensuite modéliser différents scénarios pour trouver les solutions optimales pour une variété de défis auxquels est confrontée une ville.

Par exemple, avec le jumeau numérique de leur ville, les planificateurs de Singapour pourraient analyser les conséquences possibles des inondations, de la consommation d'énergie, des embouteillages et même des épidémies. Le jumeau numérique peut également aider le gouvernement à rendre les bâtiments plus écologiques en trouvant le meilleur emplacement pour les panneaux solaires, les dispositifs de rétention d'eau, les systèmes d'égouts et les sorties et itinéraires d'urgence. De plus, le jumeau numérique peut aider les planificateurs à décider où installer des rampes pour les personnes âgées ou handicapées.

L'IIoT contribue également à rendre les villes plus sûres en offrant la connectivité pour établir des restrictions pour certaines zones, par exemple, ou pour la surveillance de la maintenance des endroits sensibles. Enfin, l'IIoT peut contribuer à réduire l'énergie nécessaire à l'éclairage et à la climatisation des bâtiments.

La mise en œuvre de l’IIoT dans de grands systèmes complexes n’est que le début des applications de cette technologie. À mesure que le coût des capteurs et du stockage des données diminue et que les performances de l'analyse des données augmentent, il y aura des applications IIoT plus larges et plus créatives. De plus, l'avènement du réseau 5G permettra en outre des processus qui peuvent bénéficier d'une prise de décision en temps réel, comme un réseau de véhicules autonomes ou des processus de fabrication qui nécessitent un haut niveau de précision.

De plus, une fois que les réseaux de machines ou de processus à forte valeur ajoutée, tels que les gisements de pétrole, les réseaux de services publics, les aéroports, les bases militaires et les villes, seront hyper-connectés via l'IIoT, la sécurité des données et du personnel deviendra critique. Les nouvelles technologies émergentes telles que la blockchain peuvent fournir un moyen de répondre à ces préoccupations. Enfin, l'IIoT devrait éventuellement remplacer SCADA. Mais parce que SCADA a été largement utilisé et ses normes ont été établies, le remplacement peut prendre un certain temps.

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