A onda da Indústria 4.0 está varrendo a indústria química e os equipamentos “mudos” tradicionais têm dificuldade em atender às necessidades de fábricas químicas inteligentes. Como "olhos" e "mãos e pés" da automação industrial, a mudança no campo dos instrumentos é particularmente profunda. A partir da perspectiva da Internet das Coisas Industrial (IIoT), este artigo explorará como os instrumentos químicos evoluíram de uma única ferramenta de percepção para nós inteligentes conectados e remodelam a imagem do futuro da produção química.

Adeus ao instrumento "mudo": IIoT coloca "cérebro" e "boca" no instrumento

A função do instrumento químico tradicional é única: o transmissor de pressão converte o sinal de pressão em uma corrente de 4-20mA e o medidor de nível mostra apenas a altura do nível do líquido. Eles “percebem” o mundo com diligência, mas não podem “expressar” o seu estado. Eles são fornecedores passivos de dados e, em caso de falha ou desvio de precisão, os funcionários de manutenção tendem a descobrir isso apenas depois, levando a paradas não planejadas e até mesmo a incidentes de segurança.

O núcleo da tecnologia IIoT é a "conectividade" e a "inteligência". Ao incorporar microprocessadores avançados e chips de comunicação digital para os instrumentos tradicionais e conectá-los a plataformas de Internet industrial usando redes sem fio ou com fio, damos aos instrumentos "cérebro" (auto-processamento, capacidade de auto-diagnóstico) e "boca" (capacidade de comunicação digital). Desde então, os instrumentos não são mais o ponto final da informação, mas se tornam uma fonte chave e um nó inteligente para o fluxo de dados industriais.

Valores fundamentais dos instrumentos da União Inteligente: muito além do dividendo de dados de medição

O valor dos instrumentos inteligentes da IIoT vai muito além do requisito básico de “precisão de medição”.

1. Manutenção preditiva, passiva para ativa
   Os instrumentos inteligentes monitoram continuamente o seu estado de saúde. Por exemplo, um transmissor de pressão inteligente pode monitorar as mudanças nos valores de capacitação da membrana, a estabilidade da unidade eletrônica e até mesmo o efeito da temperatura ambiental sobre si mesmo. Quando esses parâmetros apresentam tendências anormais, mas ainda não resultam em falhas de medição, o instrumento pode emitir uma mensagem de alerta antecipada. O pessoal de manutenção pode planejar a substituição na próxima janela de estacionamento, evitando paradas inesperadas e realizando a transição da "manutenção preventiva" (substituição regular) para a "manutenção preditiva" (substituição sob demanda), reduzindo significativamente os custos de manutenção e os riscos de segurança.

2. Manutenção remota e gerenciamento de lotes para aumentar a eficiência
   Os engenheiros não precisam escalar torres elevadas ou entrar em áreas perigosas, mas podem fazer diagnósticos remotos, alterações de medição, configurações e até atualizações de firmware de instrumentos a milhares de quilômetros de distância através de software na sala de controle ou no escritório. Para grandes parques químicos com milhares de instrumentos, a plataforma IIoT permite o gerenciamento de lotes de instrumentos e um "painel de saúde de ativos" para ver a saúde e a vida útil de todos os instrumentos com um clique, melhorando significativamente a eficiência operacional e reduzindo os riscos para a segurança do pessoal.

3. Fusão de dados e otimização de processos para criar novo valor
   Quando grandes quantidades de dados de medição cronometrados (pressão, fluxo, temperatura, vibração, etc.) são reunidos em uma plataforma de nuvem IIoT ou em um servidor de borda, seu valor muda qualitativamente. Através da análise de big data e algoritmos de inteligência artificial, as empresas podem:

• Otimizar o consumo de energia:Analise a relação entre o fluxo de vapor e a temperatura do reator para encontrar o ponto de operação mais eficiente em termos energéticos.

• Aumentar a produtividade:Rastrear a relação entre as flutuações da qualidade do produto e as curvas de parâmetros críticos no processo de produção para identificar as melhores fórmulas de processo.

• Realização de gêmeos digitais:Dados em tempo real de alta precisão são a base para a construção de fábricas virtuais (gêmeos digitais) que podem ser usadas para simular, prever e otimizar todo o sistema de produção.

Suporte técnico essencial: do HART ao sem fio

Essa mudança é inseparável ao avanço das tecnologias de comunicação:

• Protocolos como HART/Modbus:Esses protocolos tradicionais implementam comunicações digitais com base em fios existentes e são fundamentais para a evolução do IIoT.

• WirelessHART/ISA100.11a:Os protocolos de rede sem fio projetados para ambientes industriais, com características como auto-organização, auto-curação e alta confiabilidade, resolvem os desafios de cablagem em ambientes complexos e possibilitam a remodelação de fábricas antigas e o monitoramento de dispositivos móveis.

• O OPC UA:Resolve o problema da interoperabilidade de dados entre diferentes marcas e dispositivos com diferentes protocolos, fornecendo padrões para um acesso eficiente, seguro e uniforme aos dados.

• Cálculo de borda:Fornecer serviços inteligentes perto da origem dos dados gerados, analisar e processar dados exigentes em tempo real no local, aliviar o estresse na nuvem e melhorar a resposta do sistema.

IV. Desafios e Reflexões

O caminho para o futuro da União Inteligente não é plano:

• Segurança cibernética:A rede de dispositivos aumenta inevitavelmente a superfície de ataque. É necessário construir sistemas de defesa profundos, desde chips, dispositivos até redes e plataformas em nuvem, para garantir a segurança absoluta dos sistemas industriais.

• Avaliação do retorno do investimento (ROI):O investimento inicial de atualizações inteligentes é elevado e exige que os tomadores de decisão demonstrem seu valor a longo prazo a partir de uma perspectiva de todo o ciclo de vida (menos OPEX, menos paradas, maior eficiência energética).

• Transformação de habilidades:Os requisitos para os engenheiros de instrumentos mudaram de habilidades simples de manutenção para habilidades complexas que exigem a combinação de TI, rede e análise de dados.

Perspectivas do futuro: inteligência em toda parte

Os instrumentos químicos do futuro não serão mais uma ilha de informação. Eles serão um todo orgânico altamente sinergético: as flutuações de pressão desencadeam a compensação ativa do medidor de fluxo e os dados do sensor de temperatura são ligados ao posicionador da válvula para um controle mais preciso. Todos os dados são reunidos e analisados na nuvem, formando um sistema de produção inteligente de auto-percepção, auto-diagnóstico, auto-decisão e auto-otimização.

Conclusão:

A evolução da "percepção" para a "inteligência" é uma profunda revolução paradigmatica no campo dos instrumentos químicos. Está mudando o papel do instrumento de um centro de custos para um centro de criação de valor. Para as empresas químicas, abraçar o IIoT o mais cedo possível, o layout de sistemas de medição inteligentes é, sem dúvida, um passo fundamental para construir vantagens fundamentais futuras em meio à intensa concorrência no mercado. E nós, os instrumentos, somos testemunhas e promotores dessa grande mudança.