O radu na kompleksnom rešenju kompanije Netico Solutions za kontrolu transporta u cevovodima, različitim aspektima i specifičnostima ovog složenog projekta, kao i budućim planovima, razgovarali smo sa profesorom Milošem Stojkovićem
Možete li nam ukratko predstaviti sistem na kojem ste radili za kompaniju Netico Solutions, čemu je namenjen i kako funkcioniše? Miloš Stojković: Radi se o sistemu za utvrđivanje curenja fluida iz dugih magistralnih cevovoda, koji su prevashodno namenjeni prenosu fluida iz reda hidrokarbonata – nafte i naftnih derivata, poput benzina i dizela, kerozina, ali i tečnog naftnog i prirodnog gasa. Gas je u njima pod pritiskom da bi se doveo u tečnu fazu (>90% u obliku tečnosti). Dugi magistralni cevovodi služe za prenos fluida na udaljenostima većim od 20 km, a najčešće su dužine 80-120 km i nemaju račvanja duž trase cevovoda.
Sistem je složen i može se reći da se sastoji od tri sloja. Prvi sloj čine mernokontrolne platforme u čijem „centru” su kontrolni kabineti, u kojima se nalaze uređaji za prihvat podataka sa merača pritiska fluida u cevovodu, protoka i temperature fluida, merača potrošnje energije pumpi koje pumpanjem omogućavaju transport fluida kroz cevovod, statusa otvorenosti ventila i dr. Pored prihvatanja podataka, ovi uređaji, koje nazivamo Remote Terminal Units ili Edge Computing Device, vrše koncentraciju tih podataka i njihovu inicijalnu obradu, a zatim i slanje do server-računara u kontrolnim odeljenjima putem telekomunikacione infrastrukture, koja čini drugi sloj. Telekomunikaciona struktura se najčešće zasniva na žičanim ili optičkim vezama, a ponekad je potrebno podatke prebacivati i putem satelitskih veza i 3.5G/4G/5G mreža. Na kraju, treći sloj sistema čini softver, koji zapravo vrši složenu obradu podataka koji se sustiču sa svih davača na mernim mestima duž cevovoda.
Prednost našeg rešenja jeste integrisanost metoda utvrđivanja curenja, kao i hibridna i holistička analiza složene slike statusa transporta fluida
U suštini, softver je najsloženiji deo sistema i u potpunosti je razvijen kod nas (Netico Solutions, sada, u ovoj verziji softvera, u saradnji sa COMING-om). Softver je višeslojan hibridni sistem koji se sastoji od nekoliko grupa algoritama, kojima se prati transport fluida i detektuje curenje: praćenje talasa prostiranja promene pritiska i protoka kroz cevovod, praćenje promene gradijentne linije pritiska, praćenje disbalansa u količini fluida koji utiče i ističe iz cevovoda, praćenje promene zapremine cevovoda i praćenje promene parametara dinamike fluida u odnosu na teorijski model. Svaki od ovih algoritama obogaćen je posebnim statističkim metodama analize podataka, koji su (metode i njihovi parametri) konfigurabilni na najnižem nivou. Takođe, svi algoritmi detekcije curenja prolaze kroz tzv. matricu verovatnoće događaja, u kojoj se svakom algoritmu i njegovoj instanci koja se odvija u realnom vreme- nu dodeljuje odgovarajuća verovatnoća u pogledu istinitosti i autentičnosti, koje zavise od statusa opreme i podataka koji se koriste u tim algoritmima. Svaki algoritam ima po tri ili četiri instance, koje se sve odvijaju uporedo, gde je svaka instanca namenjena praćenju velikog broja mogućih slučajeva transporta (npr. započinjanje ili zaustavljanje transporta se sasvim drugačije tretira od regu- larnog „mirnog” transporta fluida ili od slučaja kada transporta nema, tj. kada je cevovod „zapakovan”). Time se obezbeđuje da sistem može da prepozna curenja u velikom broju mogućih okolnosti transporta (da ne kažemo u svim) i načina izvođenja curenja (npr. sporo, brzo, sa sporim otvaranjem i sl.). Svaka od tih instanci svakog od algoritama obavlja se nezavisno od drugih i na kraju se svi rezultati sustiču u matricu vero- vatnoće, gde se dodeljuju odgovarajuće „težine” tvrđenja pojedinih algoritama naspram statusa transporta i opreme u vreme događaja.
Curenja koja se prate su obično 0,5% od protoka (to je uobičajen zahtev pri testiranju nakon instalacije i konfiguracije sistema kod klijenta, u kontrolisanim uslovima insceniranog curenja), mada naš sistem uspeva da otkrije i manja curenja (0,27% – to je 0,5 l/s curenja na protok od 650 m3/h) sa preciznošću od +/-250 m na cevovodu od 100 km, sa verovatnoćom od 95% da se curenje zaista desilo.
Pored rešenja namenjenog transportu hidrokarbonata, sada završavamo i sistem za detekciju curenja u cevima dužine do 25 km u kojima je dielektrični fluid pod visokim pritiskom: HPFFP. Te cevi služe za smeštaj visokonaponskih kablova kroz koje protiču velike struje za napajanje velikih potrošača, najčešće u urbanim sredinama SAD. Koncept je sličan, ali ne i isti, jer je način kretanja fluida, kao i vrsta fluida i oprema koja se koristi za nadgledanje, drugačija od one koja je uobičajena za naftovode i gasovode.
lds koji razvijamo sa Coming-om izgrađen je tako da radi u kubernetes sistemu, što daje veliku prednost u pogledu instalacije i upravljanja radom softvera, kao i u pogledu skaliranje
Koliko sličnih rešenja postoji u svetu, posebno onih koja se bave analizom transporta fluida i gasova i proverom sistema za curenje? Miloš Stojković: Postoji veoma mali broj sličnih rešenja (do desetak), od kojih su najpoznatija Atmosi i Krohne PipePatrol, PSIControl. Ima i manjih kompanija koje su specijalizovane za ovu oblast, poput Asel-Techa, ali je skup odlika tih rešenja znatno više ograničen i manje primenjiv za složene zahteve kompanija koje se bave održavanjem naftovoda i gasovoda. Ono što je specifično u vezi sa našim rešenjem, što mu daje izvesnu prednost u odnosu na druge, jeste integrisanost metoda utvrđivanja curenja, kao i hibridna i holistička analiza složene slike statusa transporta fluida. Takođe, mi klijentima nudimo i posebno razvijene RTU-ove (Edge Computing Devices koje Netico Solutions razvija i proizvodi) koji su već na hardverskom nivou prilagođeni potrebama obrade podataka koji se dobijaju sa merača u realnom vremenu i tako predobrađene podatke šalje kroz telekom infrastrukturu dalje, ka serveru. To daje i bitnu prednost u odnosu na druge sisteme, zbog mogućnosti utvrđivanja anomalija među podacima (utvrđivanja nelogičnih vrednosti) i dijagnoze rada svih članova podsistema na mernim stanicama (merači, baterije, telekomunikacioni moduli i dr.).
Kao što ste i sami rekli, ovo je jedan od retkih sistema u svetu, veoma specifičan u svom radu, te je za njegovu postavku i primenu svakako potrebno ogromno domensko znanje. koji su glavni izazovi prilikom kreiranja ovakvog sistema i sa kakvim ste se problemima susreli prilikom implementacije?
Miloš Stojković: Postoji mnogo mogućih problema pri izgradnji ovakvog sistema. Najpre, potrebno je okupiti nemali tim stručnjaka iz različitih naučnih disciplina i sa velikim iskustvom u radu sa merno-regulacionom opremom, hardverom (električnim uređajima koji služe za prihvat i obradu podataka sa davača na terenu), specifičnim softverskim rešenjima koja su implementirana u svim slojevima sistema, sajberbezbednošću, telekomunikacionim sistemima i infrastrukturom, a koji su prisutni u ovakvim ili sličnim projektima. Što se tiče „fundamentalnog znanja“, potrebno je najpre znanje iz mehanike fluida, fizike, elektrotehnike, merne tehnike. Pored toga, potrebno je veoma specifično znanje u vezi sa softverskim rešenjima za koja se očekuje da budu primenjena, a eksperti sa takvim znanjem i iskustvom su malobrojni i nije ih lako naći na tržištu rada. Želeo bih da naglasim da tu posebno mesto zauzimaju oni programeri koji se svojim znanjem i iskustvom nalaze na spoju nekoliko oblasti (merenja fizičkih veličina, elektronike) i – konačno – sa velikim znanjem i iskustvom u programiranju sličnih sistema za praćenje fizičkih veličina u realnom vremenu. Takođe, potrebno je poznavati puno detalja u vezi sa standardima koji se primenjuju u transportu ove vrste flu- ida, a koji se tiču bezbednosti instalacija na projektima, i to u raznim domenima. Konačno, ništa manje važno, ako ne i najvažnije, potrebno je angažovanje i par timova matematičara za pojedine faze obrade podataka, koje je potrebno obaviti u sklopu ovakvih softverskih rešenja.
Svaki od ovih sistema zahteva ogroman napor svih ljudi koji su uključeni u implementaciju rešenja, na tzv. prilagođavanju generičkog rešenja. Zapravo, svaki cevovod ima svoje specifičnosti u obimu i zahteva da se, svaki put kada se sprema rešenje za sledeći cevovod, obavi detaljna prerada konfiguracije rešenja. Mnogi tehnički detalji koji su bitni za LDS se u praksi ne poklapaju potpuno sa projektnom dokumentacijom i potrebno je to utvrditi u periodu testiranja rešenja, tzv. SAT-a (Site Acceptance Test). Na primer, postoje odstupanja u pogledu materijala, geometrije i topologije cevovoda, sa nemalim značajem za rad LDS-a. Takođe, način transporta fluida u praksi često nije u skladu sa „teorijskim“ ili „idealnim“ modelima za koje se mogu naći analitička rešenja, već postoje velika odstupanja, koja onda zahtevaju poseban angažman celog tima stručnjaka na adaptaciji konfiguracije rešenja. Konačno, postoji i dosta problema u vezi sa raznorodnošću opreme koju treba integrisati u jedan funkcionalan i pouzdan sistem.
Jedna od specifičnosti ovih rešenja je i postojanje stalnog izazova sprečavanja intruzije i krađe derivata iz cevovoda.
To je izazov prisutan svuda gde ima ove vrste produktovoda. Zahvaljujući svojoj inteligenciji i odgovarajućoj opremi, ljudi uspevaju da izvrše probijanje cevovoda na veoma suptilne načine, veoma teške za utvrđivanje. Zato ovakav sistem treba da ima veoma kompleksan skup algoritama utvrđivanja curenja koji rade nezavisno jedan od drugog, ali paralelno, kako bi neki od tih specifičnih algoritama mogli da uoče te intruzije, koje je inače veoma teško utvrditi regularnim teorijskim metodama. Takođe, iz istog razloga, potrebno je angažovati i specifične metode sračunavanja verovatnoće koje mogu pomoći u takvim slučajevima. Što se tiče izazova sa neposrednom instalacijom i testiranjem sistema, posebno se ističe slučaj u Meksiku, kada smo na pojedinim mernim stanicama bili suočeni sa situacijama u kojima je bezbednost ljudi našeg tima bila realno ugrožena. Bilo je potrebno da tim za instalaciju mernih podsistema tokom rada prate i obezbeđuju odredi vojske i policije.
Kada je reč o mogućnostima primene u drugim delatnostima, treba pomenuti detekciju curenja u magistralnim cevovodima vode. sistemi za transport pijaće vode i njihovu kontrolu postaju apsolutno neophodni, s obzirom na razmere gubitaka i potrebu da se oni u najvećoj mogućoj meri smanje.
Kako se jedan ovakav sistem nosi sa velikim opterećenjem podacima i kako je skaliran da bi se prilagodio rastućim potrebama? Miloš Stojković: Ovaj sistem koristi skup baza podataka, koji se sastoji od time series, relation i RAM baze podataka, kako bi se omogućilo fluentno beleženje i korišćenje podataka kojih ima zaista mnogo (neke merne veličine, poput pritiska, beleže se na svakih 25/50 ms). U najnovijoj (trećoj) verziji softvera, koju upravo razvijamo sa COMING-om, opredelili smo se za sistem koji koristi KAFKA open-source stream processing platform, upravo da bismo omogućili nesmetan i paralelan rad velikog broja servisa (programskih modula) neophodnih za obradu tako velike količine podataka, koji pristižu u realnom vremenu. S tim u vezi, razvijen je tzv. orkestrator, kao neka vrsta vršnog servisa koji nadgleda i kontroliše rad i prioritete ostalih servisa, kao i njihovu rekonfiguraciju u realnom vremenu, u skladu sa promenama koje se dešavaju, takođe u realnom vremenu (npr. otkazivanje rada dela opreme, kao što je davač pritiska). Takođe, da bismo omogućili maksimalnu fleksibilnost prilikom instalacije softvera i njegovog rada u različitim okruženjima (što je od velikog značaja, s obzirom da svaki klijent ima specifične zahteve u pogledu instalacije hardverske i softverske platforme koje koristi i koje ne želi da menja zbog instalacije novog softvera) LDS koji razvijamo sa COMING-om je izgrađen tako da radi u Kubernetes sistemu. To daje veliku prednost u pogledu instalacije i upravljanja radom softvera, kao i u pogledu skaliranja, u slučaju da klijent želi da istim sistemom „pokrije“ veći broj cevovoda.
Koji su benefiti ovakvog rešenja i vidite li mogućnost za njegovu primenu u još nekim delatnostima?
Miloš Stojković: Glavne prednosti korišćenja ovakvog softvera jesu:
• Rano otkrivanje akcidentalnih i namernih curenja fluida (i potencijalno opasnih materija), koja mogu da uzrokuju veliku materijalnu i ekološku štetu, čak i ljudske žrtve. Čak i onda kada do curenja dođe, brzina njegovog utvrđivanju, kao i preciznost u utvrđivanja lokacije curenja, može značajno umanjiti materijalnu i štetu po okolinu (npr. za asanaciju kontaminiranog terena).
• Unapređivanje bezbednosti procesa koji su inače veoma skupi za sprovođenje, kontrolu i nadgledanje. Posledično, postojanje pouzdanog sistema za detekciju curenja hidrokarbonatnih materija (fluida) smanjuje ogromne premije osiguranja, koje kompanije koje se bave održavanjem cevovoda treba da servisiraju osiguravajućim društvima.
• Odbija ljude koji su skloni pokušajima da oštete cevovod (npr. radi krađe derivata nafte) i vrše intruzije, jer ih sistem onemogućava da izvuku neku veću korist spram rizika koji snose u takvim situacijama.
Svaki od ovih sistema zahteva ogroman napor svih ljudi koji su uključeni u implementaciju rešenja
Što se tiče prednosti koje proističu iz tehničkih specifičnosti rešenja koje je Netico Solutions razvio (sada, u realizaciji najnovije verzije, u saradnji sa COMING- om), radi se o zaista najsavremenijem rešenju na tržištu u pogledu softverske arhitekture. Sama arhitektura i izabrane tehnologije (koje se odnose na softver) ugrađene u aktuelno rešenje pružaju velike prednosti u odnosu na konkurenciju, u pogledu robustnosti i fleksibilnosti (instalacija i rad samog softvera), nivoa osetljivosti, tačnosti i pouzdanosti algoritama koji su primenjeni. Konačno, primenjena arhitektura omogućila je nezavisno i paralelno pokretanje znatno većeg broja servisa bez narušavanja stabilnosti sistema, što dodatno doprinosi nivou analize podataka (hibridan i višeslojan).
Kada je reč o mogućnostima primene u drugim delatnostima, nešto što se nazire na horizontu svakako je detekcija curenja u magistralnim cevovodima vode. Sistemi za transport pijaće vode i njihovu kontrolu postaju apsolutno neophodni, s obzirom na razmere gubitaka i potrebu da se oni u najvećoj mogućoj meri smanje. Tu posebno postaju interesantni sistemi cevovoda koji obiluju račvanjima, kakvi su oni u urbanim sredinama. Takva rešenja koja efikasno detektuju curenja danas ne postoje i pokušaj da se postojeći sistem preradi i osposobi za vodovode predstavlja imperativ. Postojeće rešenje ima potencijal za to, posebno zbog primenjene arhitekture softvera.
Već je spomenuto da se naše rešenje nalazi u nacrtima pilot-projekta koji treba da obezbedi sistem za utvrđivanje curenja dielektričnih fluida u cevovodima u kojima su smešteni visokonaponski vodovi (HPFFP). Sa svojim partnerima Aeroprojektom i COMING-om, Netico Solutions radi na pripremi rešenja koje će uskoro po prvi put biti primenjeno za HPFFP u velikim gradovima na istočnoj obali SAD.
Šta je nova verzija sistema donela u odnosu na staru? Postoje li novi modovi rada ili mogućnosti za post event analizu?
Miloš Stojković: Mislim da je već dosta rečeno o tome šta nova, treća verzija sistema za detekciju curenja donosi u pogledu novosti. Možemo samo da pobrojimo još jednom:
• Velika robustnost u radu softvera, u slučaju otkazivanja pojedinih podsistema (RTU-ova) i članova sistema, npr. merača (koji je inače veoma složen). Sistem nastavlja sa radom sa skoro nesmanjenim performansama i nakon otkaza (zavisi od stepena i obimnosti otkaza podsistema i opreme).
• Velika fleksibilnost u pogledu instalacije i kontrole softvera, kao i integracije sa postojećim sistemima i opremom (npr. postojeći SCADA i drugi informatički podsistemi) kojima su ovakvi sistemi (produktovodi, gasovodi, naftovodi) obično opremljeni.
• Unapređenje rada softvera, posebno u pogledu mogućnosti izmene i prilagođavanja algoritama utvrđivanja curenja specifičnostima kojima se odlikuju sistemi poput produktovoda, gasovoda, naftovoda. Mogućnost rada većeg broja algoritama uporedo i nezavisno jedni od drugih i na kraju holističko sagledavanje svih rezultata i kombinovanje u jedinstvenu procenu o događaju curenja, sa iskazanim verovatnoćama, kako po pitanju autentičnosti samog događaja, tako i po pitanju lokacije i vremena pojave i količine fluida koja ističe.
• Nova verzija softvera će po prvi put omogućiti da se simuliraju detaljne tzv. post event analize događaja, kojima je moguće sagledati kako je sistem reagovao sa tadašnjim podešavanjima i kako bi mogao da reaguje da su podešavanja bila drugačija. Ova osobenost je „predvorje“ mogućnosti primene metoda veštačke inteligencije (mašinsko učenje i pattern recognition) na mnogo efikasniji način nego što je to bio slučaj do sada. To će, verovatno, biti jedan od osnovnih ciljeva koje će biti potrebno dostići u sledećoj verziji softvera.
0 komentara