Il mercato dei PLC: Rockwell Automation

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rockwellI controllori ControlLogix di Rockwell Automation forniscono funzionalità di memoria, velocità ed elaborazione in grado di soddisfare necessità diverse, dai piccoli impianti fino ad applicazioni che implicano processi ad elevate prestazioni e controllo assi.

Per applicazioni di processo:

  • offrono maggiori capacità, permettendo di eseguire più strategie di controllo in ogni task.
  • aumentano in modo significativo la quantità di informazioni che possono essere scambiate tra i livelli controllo e supervisore.
  • offrono un miglioramento significativo nelle prestazioni delle applicazioni di controllo ridondante.

Per applicazioni di controllo assi:

  • controllano il movimento ad alta velocità e l’esecuzione della traiettoria pianificata degli assi nelle applicazioni di controllo assi complesse e ad alte prestazioni;
  • sono ottimizzati per il controllo di inverter con controllo assi ad alte prestazioni su EtherNet/IP o interfaccia Sercos
  • supportano fino a 100 assi di integrated motion

Per applicazioni discrete:

  • migliorano in modo significativo i tempi di scansione del controllore utilizzando una CPU dual-core più veloce
  • offrono una maggiore velocità di comunicazione
  • forniscono un caricamento incrociato più rapido per i sistemi di ridondanza

 

Acquedotto Pugliese spa ottimizza i consumi energetici grazie alla piattaforma di controllo PlantPAx di Rockwell Automation

Rockwell Automation fornisce ad Acquedotto Pugliese SpA la piattaforma PlantPAx completa di soluzioni di controllo, visualizzazione, connettività e analisi energetica per una supervisione che massimizza l’Energy Saving. Significativo il contributo del System Integrator Intesis in sviluppo e personalizzazione della piattaforma per l’impianto di potabilizzazione del Sinni

Background

AQP, Acquedotto Pugliese spa, gestisce una delle più grandi infrastrutture di approvvigionamento idrico-potabile d’Europa, che si estende su una rete di 21.000 km e serve 330 centri abitati, per un totale di oltre 4 milioni di abitanti. L’acquedotto attinge “acqua grezza” dalle sorgenti naturali (Sanità di Caposele e il gruppo sorgentizio di Cassano Irpino), dagli invasi artificiali presenti sul territorio pugliese, lucano e campano, e dalla falda idrica sotterranea pugliese. Dalla sua sede principale nella città di Bari, la public utility gestisce una rete idrica complessa e articolata, basata su un sistema di acquedotti interconnessi che permettono di convogliare l’acqua nei diversi ambiti territoriali, in base alle necessità. Complessivamente nella rete sono presenti cinque grandi schemi idrici (Sele-Calore, Fortore, Pertusillo, Sinni e Ofanto), cinque impianti industriali di potabilizzazione (Fortore, Sinni, Pertusillo, Locone e Conza) per la trasformazione dell’acqua proveniente dai bacini artificiali, 328 serbatoi con capacità di stoccaggio di 3 milioni di m3 d’acqua e 184 impianti di depurazione. Cuore pulsante di AQP, al quale confluiscono le acque potabilizzate del Sinni e del Pertusillo, pari a più di un terzo della portata complessiva dell’acquedotto, è l’impianto di sollevamento di Parco del Marchese, il quale è in grado di sollevare fino a 7.000 litri di acqua al secondo, grazie a una stazione di pompaggio di 16 MW, e ospita anche il primo parco fotovoltaico dell’acquedotto, con 5mila pannelli distribuiti su una superficie di tre ettari.

L’impianto di potabilizzazione del Sinni, situato in Agro di Laterza (TA), con una capacità di trattamento acqua di 4 m3 al secondo e una portata media di 4.000 litri al secondo, riceve l’acqua grezza dall’invaso lucano di Monte Cotugno, la convoglia in una vasca di accumulo, la potabilizza e successivamente ‘la solleva’ verso la stazione di pompaggio dell’impianto di sollevamento di Parco del Marchese, affinché sia poi distribuita in parte verso la zona del Salento e in parte verso la provincia di Bari, rispondendo a gran parte del fabbisogno idrico della Puglia centro-meridionale.

Il potabilizzatore del Sinni è dotato di sei pompe di sollevamento da 1 MW, di cui quattro sempre in funzione, ciascuna con portata media di 800 litri al secondo. Quello del Sinni è un impianto altamente ‘energivoro’, soprattutto a causa del funzionamento continuo delle pompe necessario a garantire il sollevamento meccanico dell’acqua al nodo idrico di distribuzione, anche per lunghe tratte di trasporto e in presenza di accentuati dislivelli che raggiungono, come nel caso di Parco del Marchese, gli 84 metri.

Dati il particolare approvvigionamento e le caratteristiche dell’infrastruttura, l’energia elettrica necessaria al convoglio dell’acqua nella rete costituisce la maggiore voce di costo per AQP, basti pensare che la utility pugliese rappresenta, da sola, lo 0,02% del consumo nazionale di energia elettrica e spende all’anno circa 80 milioni di euro di elettricità. In particolare, solo per l’impianto di Parco del Marchese si spendono 1,8 milioni di euro al mese, mentre per l’impianto del Sinni la spesa mensile è di 900mila euro.

 

Challenge

Obiettivo fondamentale per AQP è oggi più che mai quello di ottimizzare la spesa relativa all’energia elettrica, avviando iniziative per il recupero dell’energia nelle operazioni di sollevamento, trasporto e potabilizzazione, attraverso un ulteriore efficientamento di macchine (motori, pompe, compressori) e processi, a partire da quelle in funzione negli impianti più energivori come il potabilizzatore del Sinni. “La sfida cruciale per noi oggi è ottenere un ulteriore risparmio energetico da macchine già altamente efficienti dislocate su impianti già pesantemente automatizzati”, dice Gianluigi Fiori, Responsabile di Esercizio di AQP. “Possiamo perseguire questo obiettivo incrementando l’efficienza gestionale complessiva attraverso un puntuale monitoraggio di consumi e rendimenti: solo una misura corretta e precisa dei processi può sostenere un bilancio idrico efficiente!”.

Sin dall’inizio degli anni Ottanta AQP ha adottato soluzioni avanzate di controllo logico, visualizzazione e supervisione di tutto il ciclo idrico integrato (captazione dalle fonti di approvvigionamento, adduzione mediante il sistema acquedottistico, potabilizzazione, distribuzione nei centri abitati, oltre alla gestione e manutenzione dei sistemi fognari, la depurazione delle acque, lo smaltimento e il riutilizzo dei fanghi). Oggi sono presenti 3.500 sensori su tutta la rete e 600 postazioni: il telecontrollo consente la supervisione in remoto del flusso degli schemi idrici e il monitoraggio dei principali indicatori di potabilità. In diversi punti dell’infrastruttura è anche possibile regolare i flussi in rete, in remoto e in automatico.

Fino al 2010, però, AQP non aveva fatto ricorso a soluzioni che abbinassero il telecontrollo al monitoraggio energetico. Agli Energy Manager mancavano strumenti idonei a conoscere, macchina per macchina, i consumi energetici, anche in un arco temporale molto ristretto, e a metterli contemporaneamente in relazione non solo con le fasce di tariffazione del gestore elettrico, ma anche con le misure di portata e livelli idrici, in modo da avere sempre sotto controllo i costi, il rendimento e il suo andamento nel tempo.

“In passato utilizzavamo dei datalogger ma nessun sistema dedicato che si potesse interfacciare direttamente in rete con lo Scada per un’analisi energetica integrata con quella dei profili idraulici provenienti dalla strumentazione di processo in campo”, aggiunge Fiori. “È proprio questa l’esigenza che abbiamo sin da subito illustrato a Intesis e a Rockwell Automation per il potabilizzatore del Sinni. Entrambi hanno colto in pieno le nostre criticità e ci hanno affiancati, in un vero e proprio lavoro di squadra, nello sviluppo di un progetto altamente integrato basato sulla piattaforma PlantPAx, il cui successo è stato determinato dall’ottima integrazione di automazione, monitoraggio idrico e analisi energetica”.

 

Solutions

La piattaforma PlantPAx proposta da Rockwell Automation, sviluppata con il supporto di Intesis, per l’impianto di potabilizzazione del Sinni prevede una soluzione di automazione e controllo basata su due controllori programmabili di automazione Allen-Bradley ControlLogix in configurazione ridondata con hotbackup, che funzionano come master controller, e 13 controllori programmabili di automazione Allen-Bradley CompactLogix L45 distribuiti sulle due linee Est e Ovest dell’impianto. A ognuno dei 13 CompactLogix compete infatti il controllo delle sequenze di ogni fase del processo: l’approvvigionamento iniziale dell’acqua grezza, la successiva fase di chiariflocculazione (separazione del fango dall’acqua, per sedimentazione, in 8 vasche cilindriche semiconiche dotate di raschia, 4 sulla Linea Est e 4 sulla Linea Ovest), la filtrazione (mediante 40 filtri in sabbia di quarzo, regolati da oltre 280 valvole, 20 sulla Linea Est e 20 sulla Linea Ovest) e la clorazione finale, l’accumulo dell’acqua potabilizzata prima del pompaggio verso l’impianto di Parco del Marchese. Ai controllori CompactLogix spetta anche la complessa gestione di tutte le sequenze di lavaggio dei 40 filtri, che includono il drenaggio iniziale e finale, il barbataggio, il controlavaggio ad acqua e/o ad aria e il recupero dell’acqua di controlavaggio. Infine, a un ulteriore CompactLogix è affidata la gestione del post-ispessitore nel trattamento fanghi: al Sinni è infatti presente una linea parallela per la purificazione, la disidratazione e il successivo stoccaggio dei fanghi residui generati nella fase di chiariflocculazione.

A ogni CompactLogix è associato un pannello HMI Allen-Bradley PanelView Plus 6 da 10”, per la visualizzazione e la supervisione locali di parametri, set-point e segnali acquisiti in campo, quali la regolazione delle portate di ingresso e uscita, la pressione idrica, il funzionamento delle pompe (accensione/spegnimento) e delle valvole (apertura/chiusura), il livello di vasche e serbatoi, il dosaggio in ppm (parti per milione) degli additivi necessari al processo (ad esempio, biossido di cloro per la preclorazione e per la clorazione finale, policloruro di alluminio e silice attiva per la chiariflocculazione) e le caratteristiche dell’acqua (ossigeno, redox, temperatura, conducibilità, torbidità, PH, cloro).

La piattaforma PlantPAx per AQP ha previsto anche l’installazione, in architettura client/server, di due Server con piattaforma FactoryTalk View in configurazione ridondata con hotbackup e di un Server con FactoryTalk VantagePoint, dedicati alla supervisione centrale e al controllo dei parametri di conduzione dell’impianto, oltre a un Server con FactoryTalk Historian da 5mila tag, dedicato all’archiviazione dei dati storici.

Per il monitoraggio dei consumi energetici del potabilizzatore del Sinni sono stati distribuiti nelle varie sezioni dell’impianto anche 19 misuratori di potenza Allen-Bradley PowerMonitor 1000 per l’analisi quantitativa dell’energia e un misuratore Allen-Bradley PowerMonitor 3000 per l’analisi qualitativa, comprensiva di analisi delle armoniche, oscillografia e rilevamento transitorio. I PowerMonitor 1000 rilevano i dati elettrici di alcuni dei componenti più strategici dell’impianto: tre motori del controlavaggio, tre del soffiaggio, tre del recupero dell’acqua di controlavaggio, sei motori del sollevamento e tre del recupero dell’acqua di canale. Le unità PowerMonitor sono direttamente connesse a ControlLogix, sono gestite e configurate attraverso il software di Energy Management FactoryTalk EnergyMetrix, al quale spettano poi la raccolta e l’analisi di tutte le informazioni elettriche trasmesse dai misuratori.

Le soluzioni hardware e software della piattaforma PlantPAx di Rockwell Automation “parlano tra loro” attraverso un’unica rete ad anello Ethernet/IP in fibra ottica, comprensiva di 15 switch managed Industrial Ethernet Allen-Bradley Stratix 8000. Per la programmazione di tutte le soluzioni di controllo logico, supervisione e monitoraggio energetico sono stati utilizzati i due ambienti di sviluppo FactoryTalk View Studio SE e RSLogix 5000.

 

Results

“Abbiamo collaborato con Rockwell Automation allo sviluppo e all’integrazione software, con l’elaborazione integrata e la personalizzazione dei parametri elettrici e idraulici per la piattaforma PlantPAx, in modo da consegnare ad AQP per l’impianto del Sinni una soluzione di automazione e supervisione direttamente connessa con il software di Energy Management, comprensiva di interfacciamento diretto verso il sistema informativo di telecontrollo aziendale Sismap”, dice Vincenzo Lanave, General Manager di Intesis. “In particolare, ci siamo concentrati sulla personalizzazione di FactoryTalk EnergyMetrix, in base alle esigenze di reportistica espresse da AQP, in modo che alla utility fosse possibile aggiungere all’elaborazione dei bilanci idrici e volumetrici dello Scada un ulteriore livello avanzato di analisi energetica, Questo ha permesso ad AQP non solo di avviare un vero e proprio programma di manutenzione predittiva, ma anche e soprattutto di regolare al meglio, nelle 24h, il funzionamento delle pompe e delle altre macchine altamente energivore in base alle tariffe del gestore elettrico”.

Insieme alle funzionalità tradizionali di uno Scada, come quelle di diagnostica, visualizzazione, analisi dei trend in tempo reale e dei dati storici, la piattaforma PlantPAx propone l’integrazione completa del monitoraggio energetico, partendo dalle misure acquisite in campo dai PowerMonitor. “Lavorando su un software così aperto come FactoryTalk EnergyMetrix, abbiamo creato 100 pagine video sinottiche, aggregate e in dettaglio, che mettono in evidenza il rendimento per ogni singola macchina e ogni singola fase di processo, il suo trend in uno specifico arco temporale – anche inferiore a un’ora – o in una determinata fascia tariffaria, e permettono di tenere sotto controllo il sistema di rifasamento, distinguendo sempre tra i due diversi centri di costo del sollevamento o della potabilizzazione”, aggiunge Lanave. “Ciò permette ad AQP di determinare i rendimenti e gli indici prestazionali strategici per il controllo di consumi e costi, con la possibilità di supportare anche le simulazioni di funzionamento per la redazione dei budget di spesa energetica e dei bilanci di previsione”.

La collaborazione con Rockwell Automation e Intesis ha consentito ad AQP di massimizzare l’efficienza – su un impianto già ad elevato rendimento e tuttavia altamente energivoro come il Sinni – registrando una riduzione annua dei consumi energetici compresa tra l’1% e il 2%. Questo traguardo è possibile grazie all’integrazione dello Scada con il software FactoryTalk EnergyMetrix e all’ottimo grado di approfondimento e dettaglio nell’analisi energetica consentito da FactoryTalk Energy Metrix.

“Per noi è più importante analizzare i trend che non i valori assoluti. Ciò permette di fare previsioni più realistiche a supporto delle fasi decisionali strategiche”, commenta Fiori. “Grazie alla personalizzazione di Intesis, i dati sono fruibili ai nostri interlocutori aziendali nel formato più idoneo e sono facilmente visualizzabili grazie alle videate estremamente user-friendly dei software FactoryTalk. Se non si misura correttamente, non si può perseguire un bilancio idrico efficiente: con PlantPAx di Rockwell Automation riusciamo ad acquisire i dati energetici in tempo reale e usarli realmente per risparmiare!”.

 

 

 

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