Premio QIA 2019. Categoría gran empresa. TSK electrónica y electricidad, S.A.: Sistema aéreo de supervisión de plantas industriales (SISDRON). (Asturias).

Premio QIA 2019. Categoría gran empresa. TSK electrónica y electricidad, S.A.: Sistema aéreo de supervisión de plantas industriales (SISDRON). (Asturias).

• Dic 02, 2019
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TSK es un grupo empresarial líder en desarrollos de ingeniería y suministro de instalaciones de la máxima calidad con una cifra de negocio superior los 1000 millones de euros, más de 1000 profesionales y proyectos ejecutados en más de 50 países. Es una de las empresas españolas con más referencias en proyectos EPC en los sectores de energía, industria, manejo de minerales y medio ambiente, con experiencia de más de 30 años en el sector industrial y energético y un 97% de actividad internacional.

TÍTULO DE LA INNOVACIÓN

Sistema aéreo de supervisión de plantas industriales (SISDRON)

DESCRIPCIÓN CORTA DE LA INNOVACIÓN

Solución tecnológica para la monitorización de plantas industriales mediante el uso de un sistema autónomo y automático asistido por vehículos aéreos no tripulados o drones.

DESCRIPCIÓN DE LA INNOVACIÓN

Esencia de la innovación: SISDRON es una solución creada para la supervisión automática de plantas industriales mediante misiones aéreas. A través de estas misiones, realizadas de forma automática mediante drones, se permite la realización de labores específicas de inspección. Esta solución se logra por medio de la coexistencia de tres elementos claves innovadores que son: a) la generación automática de misiones aéreas, b) el uso de algoritmos inteligentes de análisis de imágenes y datos y c) la integración de la información generada. Esta solución permite un alto grado de automatización en el proceso de supervisión y mantenimiento de plantas, lo que redunda en un aumento de la eficiencia del proceso, mejora de tiempos, empleo de un menor número de recursos y, finalmente, mejores resultados en cuanto a detección y prevención de anomalías.

Punto de partida: La experiencia acumulada en el campo de la operación y mantenimiento (O&M) de plantas fotovoltaicas permitió a TSK identificar los puntos críticos del proceso que requerían una mayor atención. En primer lugar, se observó cómo las tareas de mantenimiento implicaban largos desplazamientos de los operarios encargados de la supervisión de la planta, tanto en vehículo hasta la ubicación de planta, como posteriormente a pie en la superficie que ocupaba la misma. Esta circunstancia suponía la extensión de las tareas de mantenimiento durante tiempos muy prolongados, aumentando así el riesgo de agravamiento de las averías y retrasando la reinstauración de la producción de la planta. Por otro lado, se detectó que la realización de rutinas de mantenimiento preventivas no era suficiente para mantener unos niveles de disponibilidad y vida útil de los componentes óptimos, siendo necesario transicionar hacia un sistema de mantenimiento más sofisticado, que permitiera adelantarse a los fallos antes de que estos ocurrieran. De esta forma, surgió el proyecto SISDRON como iniciativa del departamento de T.I de TSK para mejorar el proceso de supervisión remota de plantas fotovoltaicas en aquellos puntos detectados como críticos por los técnicos expertos en mantenimiento de plantas fotovoltaicas de la misma compañía.

Pasos dados: Partiendo de la experiencia adquirida por el departamento de T.I en el desarrollo de soluciones tecnológicas basadas en el concepto de Industria 4.0, se planteó desde los inicios un diseño para la solución versátil y adaptado a los requisitos propios de los sistemas destinados a su utilización en plantas industriales. De esta forma, SISDRON se basa en 4 pasos que se ejecutan de forma secuencial. El primero de los pasos consiste en la obtención de la información de planta mediante un sistema de monitorización y análisis llamado SISREM. Este punto resulta crítico, ya que es necesario un minucioso análisis que permita determinar, ante la recepción de unos datos anómalos, si es necesario intervenir mediante la generación de una misión de vuelo o si, por el contrario, esta acción resulta innecesaria. También se contempla la interrupción de una misión de vuelo, regresando el dron a su estación base, si la situación que generó la alarma cesa antes de que este último llegue a su destino. En el segundo de los pasos, una vez generada y enviada la misión, la plataforma aérea sobrevuela la zona a inspeccionar con las características requeridas (velocidad de vuelo, altura, solape entre imágenes, etc). El tercero de los pasos consiste en el procesamiento de la información adquirida según la tarea de inspección previamente programada. El último de los pasos radica en la integración y visualización de la información finalmente generada.

Recursos empleados: El proyecto de innovación que dio vida a SISDRON, se desarrolló entre los años 2016 y 2018, por lo que se encuentra ya finalizado. Durante el desarrollo del proyecto, el contrastado conocimiento que TSK posee sobre arquitecturas tecnológicas con objetos de “smart monitoring”, así como su experiencia en la operación y mantenimiento de plantas fotovoltaicas fue fundamental para asegurar la viabilidad de este proyecto. A nivel económico, el proyecto ha contado con un presupuesto de aproximadamente 150.000 € en los dos años de duración del mismo.

Resultados a nivel económico y medioambiental: Los cambios introducidos por SISDRON en las rutinas de mantenimiento de una instalación industrial suponen un importante ahorro al reducirse de forma significativo el número de desplazamientos de operarios a planta, con todos los recursos y gastos que dicha acción implica. Así mismo, se produce una disminución en el número de tareas preventivas y correctivas a realizar en planta, gracias a las bondades del sistema de mantenimiento predictivo, el cual permite minimizar el número de acciones necesarias reservando los recursos para aquellos momentos en los que se sospeche que va a suceder una incidencia o avería. No sólo el número de acciones de mantenimiento disminuye sino también el coste asociado a éstas, ya que las tareas derivadas de un mantenimiento predictivo se caracterizan por tener un coste sensiblemente inferior al de las medidas correctivas que se deben llevar a cabo una vez que ya se ha producido la avería. De esta forma, se reducen los costes de mantenimiento de planta al mismo tiempo que mejora su eficiencia y disponibilidad, maximizando así la producción de la misma.

INNOVACIÓN

SISDRON pretende satisfacer las necesidades de sus clientes de una forma eficiente, apoyándose en las ventajas de las tecnologías habilitadoras de la Industria 4.0. En este punto, cabe destacar que los clientes de esta solución son los operarios del centro de control de las plantas industriales, cuya rutina de trabajo constituye el objeto de mejora mediante la utilización de SISDRON. Estas necesidades de mejora se consiguen mediante la introducción de tres elementos claves innovadores:

1. Generación automática de misiones aéreas. Estas misiones se generan bien de forma periódica con el objetivo de inspeccionar una determinada zona regularmente y en espacios temporales bien definidos, o bien se pueden generar ante ciertas circunstancias concretas.
2. Un conjunto de algoritmos inteligentes de análisis de imágenes y datos que permiten el análisis cuantitativo y cualitativo del estado de la instalación industrial. Se puede configurar el proceso de inspección automática requerido para realizar una determinada tarea. Ejemplos de este tipo de inspección podrían ser: detección automática de patologías (errores) en los paneles fotovoltaicos, detección de fugas, inspección en detalle, fotogrametría, entre otros.
3. Integración de la información generada. La información generada por SISDRON se puede integrar con otras herramientas y soluciones (GMAO, ERP, entre otros). Además, al hacer uso de estándares de compartición de la información (servicios REST, entre otros) la información generada tras una inspección se puede exponer para ser consumida por la aplicación de un cliente, posibilitando la creación de interfaces web de una forma ágil. En este sentido, SISDRON también cuenta con una interfaz web, capaz de presentar la información de una forma visual, ordenada y personalizable en función de las preferencias de cada usuario permitiendo la monitorización/inspección remota de la instalación industrial.

De esta forma, SISDRON persigue la integración de los datos aéreos obtenidos por los drones en la plataforma de procesamiento, junto con los obtenidos por medio de otros sensores, con el objetivo de mejorar la obtención de resultados en lo que se refiere a la detección de incidencias y la visualización del estado de las plantas fotovoltaicas, así como la generación automática de nuevas misiones de vuelo y monitorización. De esta forma se pretende conseguir un uso autónomo e inteligente de la tecnología UAV, adaptado en tiempo real a las necesidades específicas de cada instalación, con una necesidad de intervención por parte del operario reducida al mínimo.

AUTOEVALUACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS NOVEDOSAS DE LA INNOVACIÓN.

La aplicación de la innovación que supone SISDRON es aplicable de forma directa y, además, sistemática y progresiva. Esto es debido a que SISDRON es un sistema formado por distintos componentes que trabajan de forma coordinada y progresiva. En primer lugar, la utilización de SISDRON pasa por el uso de la herramienta SISREM, herramienta de monitorización y supervisión de plantas que permite en todo momento conocer y controlar el estado de funcionamiento general y de los distintos elementos que compone la planta. Si surge una incidencia en la planta, SISREM constituye el marco de detección y de generación de las señales de alarma correspondientes. A continuación, estas señales activan de forma automática la generación de una misión de vuelo que provoca el desplazamiento de un dron hacia las zonas detectadas como críticas y la posterior toma de información adicional mediante termografía. Por último, esta información adicional recopilada es enviada a un módulo donde será almacenada y procesada con el objetivo de identificar y analizar con mayor precisión la incidencia declarada durante la primera fase. El funcionamiento del sistema completo requiere de una integración total entre los tres componentes, ya que de otra forma su funcionamiento en conjunto no sería posible.

Tal y como se explicó, se ve cómo el proceso empieza en la herramienta de visualización y supervisión de plantas, sigue con el sistema automático de generación de misiones de vuelo y finaliza con la recepción y análisis de la información recopilada por el dron. Es decir, se tienen tres componentes o eventos que se utilizan de forma sistemática y progresiva de forma que finalmente se alcanza la funcionalidad completa del sistema, aprovechando al máximo y potenciando las ventajas que ofrece cada uno de ellos por separado.

De esta forma, se ha realizado el pilotaje de la solución en plantas fotovoltaicas con resultados satisfactorios, lo que ha demostrado que es perfectamente utilizable. Siguiendo con este caso de éxito, se está procediendo a realizar su adaptación en plantas termosolares, una tarea que supone nuevos retos que afrontar. Esto es debido a que este tipo de plantas tiene particularidades que la hacen diferente de otras instalaciones como, por ejemplo, los colectores solares, que presentan una forma y un funcionamiento que hace que la tarea de detección de fallos atienda a unas reglas diferentes. Tras el ajuste de los algoritmos inteligentes que permiten la identificación de fallos en los colectores cilindro-parabólicos la solución se podrá aplicar en las mismas condiciones que el caso fotovoltaico. TSK trabaja actualmente en esta tarea debido al interés planteado por algunos clientes, operadores de plantas termosolares.

Las innovaciones que presenta SISDRON se basan en el uso de tecnologías que, si bien no constituyen ideas nuevas en sí mismas, su aplicación al caso de uso que ocupa al presente proyecto sí presenta un alto grado de innovación. La idea de SISDRON nació a partir de dos ideas clave. En primer lugar, la voluntad de aplicar las tecnologías Big Data en el campo de la supervisión fotovoltaica con el objetivo de mejorar la detección de anomalías y, por otro lado, la simplificación y mejora de las condiciones de trabajo de los operarios de planta mediante la utilización de vehículos aéreos no tripulados. No obstante, la integración de ambas ideas, así como de otras funcionalidades adicionales, se declaró finalmente como la auténtica fortaleza de la propuesta. Posteriormente, la termografía fue escogida como la tecnología escogida para llevar a cabo una inspección más exhaustiva de los paneles fotovoltaicos. El uso de cámaras termográficas a bordo de los vehículos aéreos constituía además una ventaja añadida del sistema frente al uso manual tradicional de las mismas por parte de los operarios. La posibilidad de obtener una visión más global de la planta gracias a la realización de vuelos a diversas alturas permite obtener un mayor beneficio del uso de la termografía. Pero además, la integración de dicha tecnología como parte fundamental del sistema robusto que constituye SISDRON, supone hacer extensivo su uso en el ámbito de la supervisión, operación y mantenimiento de plantas fotovoltaicas.

CALIDAD

AUTOEVALUACIÓN DE LA UTILIDAD

En la actualidad, los centros de control y técnicos encargados de la supervisión y el mantenimiento de cualquier proceso industrial demandan cada vez más sistemas capaces de llevar a cabo un minucioso procedimiento de control de los datos generados en el mismo de forma automática. Este procedimiento implica a su vez diversas funcionalidades como son un almacenamiento eficiente, una correcta transmisión de datos y un análisis avanzado que permita sacar el máximo provecho a los mismos. Por otro lado, la tendencia general de transformación de la industria hacia la digitalización plantea así mismo la mejora en la eficiencia de los procesos, así como la mejora en las condiciones de trabajo de los operarios de las diversas instalaciones. En base a esta necesidad, los drones se presentan como un elemento de gran utilidad, que permitirá reducir de forma significativa los tiempos que tradicionalmente los operarios consumían al realizar revisiones rutinarias a pie o desde vehículos terrestres. También podría evitar en algunos casos la presencia física de algunos de estos técnicos en el emplazamiento de la instalación, especialmente cuando se trata de emplazamientos remotos o ubicados en terrenos de difícil acceso.

Siguiendo estas directrices, SISDRON se sirve de un sistema de adquisición de la información gestionado mediante el paradigma de “dron as a thing”. Esto significa que tanto la gestión del dron como la adquisición de información se realiza mediante interfaces y sistemas de comunicación de alto nivel basados en tecnologías IoT. Por otro lado, la solución tecnológica SISDRON cuenta con una arquitectura de procesamiento basada en tecnologías IIoT (Industrial Internet of Things) y de visión artificial que permite la integración horizontal y vertical de información a partir del uso de estándares y de una interfaz de visualización (específica y opcional) orientada a una rápida supervisión. Además, SISDRON está pensada como una solución flexible permitiendo la comunicación con otros agentes del entorno. Esto se consigue mediante la implementación de protocolos industriales de acceso a la información generada (OPC, Modbus) y protocolos IIoT de conexión (HTTP, MQTT). La posibilidad de integración e interoperabilidad con otros equipos y software de terceros se puede considerar una forma de superar los requerimientos y expectativas de los posibles clientes, ya que estas características no suelen estar presente en muchas de las soluciones de monitorización existentes en el mercado.

APRENDIZAJE

AUTOEVALUACIÓN DE LA ORIENTACIÓN AL CLIENTE

La aplicación de SISDRON a la supervisión de plantas fotovoltaicas ha supuesto un hito importante en la trayectoria de TSK como empresa responsable de la operación y mantenimiento de dichas instalaciones. La automatización de tareas introducida por la solución, así como las altas capacidades de captación, transmisión y analítica de datos han supuesto una importante ventaja respecto a la forma de operar clásica. La mejora del rendimiento tecnológico es palpable en la mayor fluidez en el desarrollo de las rutinas de trabajo día tras día, con una menor necesidad de implicación de los operarios en tareas manuales y repetitivas, dejando así un mayor tiempo para la supervisión y el desarrollo de tareas de mayor valor. Por otro lado, la uitlización de drones en este procedimiento ha supuesto así mismo una mejora en los tiempos de ejecución de las rutinas de mantenimiento, así como una mayor celeridad en la detección y mitigación de incidencias. Todo ello gracias a la ventaja de tiempo que suponen los vuelos frente a los desplazamientos terrestres, así como la obtención de instantáneas tomadas desde una altura superior que puede permitir la detección de patrones espaciales de degradación. Los clientes de esta solución consideran estas mejoras de gran importancia para la operación de sus instalaciones, ya que cualquier mejora en la eficiencia de las mismas, por leve que esta sea, repercutirá positivamente en la producción, lo que finalmente genera un mayor nivel de ingresos y seguridad en el suministro energético.

Con todas estas mejoras, SISDRON pretende mejorar la eficiencia de la planta así como un incremento signigicativo en la vida útil de sus componentes. Este último factor es de gran importancia desde el punto de vista de la responsabilidad medioambiental, ya que alargar la vida útil de los componentes de una instalación supone una menor necesidad de reposición de los mismos, con la consecuente disminución en la generación de residuos y de emisiones derivadas de la fabricación de nuevos componentes.

Necesidad: TSK presenta una experiencia de más de 30 años en el sector industrial y energético, donde construye opera y mantiene plantas industriales y de generación de energía a lo largo de 4 continentes. Estas plantas se encuentran en la mayoría de las ocasiones en sitios remotos y de difícil acceso. Además, estas plantas industriales tienen, por lo general, una extensión muy grande. Por poner un ejemplo concreto, la planta fotovoltaica de Dubai de 260 MW, presenta unas 440 hectáreas, equivalente a 700 campos de fútbol. La siguiente Figura muestra la extensión de la planta de “La Africana” que es una planta termosolar de 50MW que se encuentra en Córdoba (España), y que cómo se puede apreciar tiene una extensión de unas 270 hectáreas (unos 400 campos de fútbol).

La tendencia en este sentido es la construcción de plantas cada vez más grandes y con más potencia generada, con el objetivo de ser cada vez más competitivos. Por ejemplo, TSK construirá en Marruecos la planta solar más avanzada del mundo ya que el consorcio formado por la eléctrica francesa EDF, la compañía Masdar de Abu Dhabi y la empresa marroquí Green of Africa ha seleccionado a TSK para el diseño y construcción de esta novedosa planta solar, con una inversión superior a los 700 millones de euros. El proyecto consta de una planta híbrida fotovoltaica termosolar, que sumará 800 MW de potencia.

En este tipo de instalaciones, las tareas de O&M son de suma importancia ya que permiten tener la planta a máximo rendimiento durante todo el ciclo de vida de la misma. Muchas de estas tareas implican el desplazamiento de los operarios in-situ por toda la planta. Dependiendo de la actividad de O&M que realice el operario, puede cubrir más o menos extensión, pero teniendo en cuenta la limitación en la velocidad de desplazamiento del operario, esta extensión rondará 1-2 hectáreas por cada 8 horas de trabajo. Sin embargo, mediante el uso de drones, estas extensiones se pueden incrementar en un orden de magnitud, pudiendo cubrir unas 20/30 hectáreas. Además, puesto que las condiciones ambientales en este tipo de plantas suelen ser muy adversas, el desempeñar un rendimiento elevado durante largas jornadas de trabajo, se hace prácticamente inviable. Mediante el uso de tecnología (adaptada para trabajar en entornos hostiles), se posibilita la generación y procesado de la información siempre en las mismas condiciones, y siempre cumpliendo los estándares de calidad más elevados. Es por ello que la consecución exitosa del proyecto SISDRON es fundamental para TSK.

SISDRON cuenta con un video descriptivo en el que se puede observar de forma más gráfica sus funcionalidades y las ventajas que ofrece. El video se puede visualizar en el canal del que TSK dispone en YouTube, a través de los siguientes enlaces:

• Enlace vídeo en español: https://www.youtube.com/watch?v=2hsxJ_qIjvM
• Enlace vídeo en inglés: https://www.youtube.com/watch?v=aUy6qbC-7AE