La riduzione delle emissioni di carbonio è una delle risposte più critiche al cambiamento climatico. La riduzione del consumo di energia è una sfida importante per qualsiasi settore, ma potenzialmente anche uno risparmio sui costi a lungo termine. La società francese Eiffage Energie Systèmes-Clemessy è nota per progetti chiave in cui il suo software di controllo Syclone e gli acquisitori dati Dewesoft vengono applicati in campi come i banchi di controllo per i lanciatori spaziali o per il monitoraggio della salute strutturale dei ponti.

Tuttavia, l'ultima innovazione del loro software di controllo è una soluzione web completamente industriale che mette insieme la supervisione e il controllo del consumo di energia e quindi delle emissioni di carbonio. Syclone X Low Carbon permette una supervisione interamente basata sul web che consente il monitoraggio e il controllo del consumo energetico.

Introduzione

Il cambiamento climatico è uno dei fenomeni globali e sistemici più gravi che le nostre società moderne abbiano mai dovuto affrontare. Ci riguarda tutti. Ad esempio, le autorità pubbliche francesi si sono impegnate a raggiungere gli obiettivi ufficiali che prevedono una riduzione del 40% delle emissioni di carbonio in Francia entro il 2030, fino al raggiungimento dello 0% di emissioni di carbonio entro il 2050. In breve, vi è la necessità globale di trasformare rapidamente soluzioni a basse emissioni di carbonio, che sono ancora in fase pionieristica, in opzioni standard.

Quindi, cosa può fare un software e un integratore di sistema, specializzato in processi industriali ed edifici, per aiutare l'industria a gestire il consumo di energia? Come possono i sistemi di controllo limitare le emissioni di carbonio? In campo industriale, e più specificamente in siti ed edifici industriali, è possibile centralizzare, controllare e ottimizzare diverse funzioni per gestire l'energia e ridurre l'impronta di carbonio.

Monitoraggio Energetico e Controllo degli Edifici

Per quanto riguarda la supervisione e il controllo energetico dei siti industriali, cosa ci si può aspettare dal software preposto alla supervisione e controllo degli edifici? L'immagine sottostante evidenzia alcune parti di un sito industriale o di un'area di particolare interesse. Di seguito sono riportate le modalità, incluse nella soluzione Syclone X Low Carbon, per generare un quadro generico del flusso di energia ed emissioni e per ridurre il consumo di energia.

Sketch of an industrial siteFigura 1. Esempio di un sito industriale.

1. Qualità dell'aria e aria condizionata

  • Gestione della temperatura negli uffici tramite calendario e meteorologia
  • Acquisizione dati di inquinamento atmosferico

2. Banca dati

  • Analisi del consumo energetico
  • Sistema di gestione della temperatura

3. Controllo di supervisione e acquisizione dati (SCADA)

  • Gestione delle utenze: luci, termosifoni/refrigeratori, generatori di vapore ...
  • Centralizzazione dei dati su edge o cloud
  • Modifica di scenari e sequenze
  • Sistema di supporto decisionale
  • Architettura aperta

4. Sensori Internet of Things (IoT)

  • Acquisizione dati, ad es. per consumi, rumorosità, qualità dell'aria, posto auto libero

Focalizzandosi sul software stesso, il requisito minimo del Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) è che le strutture siano controllate e comandate. L'obiettivo è accendere o spegnere le luci, i riscaldatori o i generatori.

La capacità di interfacciarsi con un'enorme quantità di protocolli è una caratteristica fondamentale. EES-Clemessy ha scelto di costruire il software Syclone basandosi sull'OPC Unified Architecture (OPC UA), un protocollo di comunicazione machine-to-machine per l'automazione industriale sviluppato dalla OPC Foundation. L'OPC-UA è adatto per interfacciare apparecchiature moderne, ma è anche ideale per lo sviluppo di driver specifici per comunicare con altri protocolli presenti nel settore.

Guardando un po' oltre, l'operatore deve essere in grado di modificare facilmente le sequenze controllando le proprie strutture, questo è esattamente ciò che i sequencer Clemessy sono in grado di fornire.

Oggi, diversi clienti accettano volentieri di implementare l'Internet of Things (IoT) per acquisire direttamente i dati e persino guidare alcune strutture. Questo è un cambiamento importante. A volte il livello di Controllore Logico Programmabile (PLC) può anche essere evitato e le funzioni sono invece integrate nell'IOT o nel server software.

Tutte le funzioni che abbiamo elencato fino ad ora possono sì portare ad un risparmio energetico, ma il vero fulcro di tutto questo è il modulo di gestione dell'energia:

5. Gestione dell'energia

  • Monitoraggio del consumo
  • Visualizzazione dello storico
  • Grafici di statistiche e curve
  • Gestione del contratto in base alle condizioni del fornitore:
    potenza massima autorizzata, giorni di penalità, scarto min/max, media per periodo
  • Avviso/allarme sul telefono cellulare
  • Previsione del consumo di energia

Modulo di Gestione Energetica Scalabile

Il modulo di gestione dell'energia è scalabile, ossia è possibile aggiungere continuamente nuove funzioni richieste dai clienti. A partire dal follow-up dei consumi, proseguendo con la visualizzazione storica, le statistiche, la gestione dei contratti in base alle condizioni del fornitore e ora avviando la previsione del consumo energetico grazie all'intelligenza artificiale.

Syclone X energy management module - an overview of benefitsFigura 2. Panoramica del modulo di gestione dell'energia Syclone.

Tutte le funzionalità sono integrate in Syclone tramite il software CLEMESSY. Syclone è un toolbox software diviso in due mondi:

  • quello deterministico in tempo reale ospitato su un controller dedicato, e
  • la supervisione, il mondo SCADA che può essere ospitato in edge o in cloud.

Syclone è inserito esclusivamente sul server web. Nulla è installato sul computer del cliente e non è necessario alcun hardware specifico. È solo un semplice collegamento web. Questa soluzione è stata scelta per semplificare l'installazione e facilitare il ciclo di manutenzione per l'utente finale. Ad esempio, questo software SCADA è stato implementato questa estate in Ungheria, durante la crisi Covid, senza alcuna necessità di intraprendere viaggi di lavoro.

Sono disponibili tutte le funzioni di supervisione, inoltre, gli utenti hanno la possibilità di monitorare l'energia e di agire sui consumi. Infine, il sistema è altamente scalabile: le demo possono essere eseguite con una dozzina di input e output, ma potenzialmente un progetto può prevedere fino a 10.000 punti per un sito.

Supervision and control based on Syclone and DewesoftFigure 3. Supervisione e controllo basati su Syclone e Dewesoft.

Syclone X fornisce l'interfaccia utente e richiede solo un semplice browser web. L'interfaccia grafica ha un design snello e può essere utilizzata su un computer portatile, un telefono cellulare o un tablet. Il server multipiattaforma è ospitato su Edge e può essere gestito su un piccolo PC o anche su un computer portatile.

Poiché il software viene fornito come soluzione di servizio, l'applicazione viene eseguita spesso su cloud. Questo può essere ospitato nel data center EES-Clemessy o sul sito del cliente. L'interfacciamento con i processi avviene tramite PLC classici, IoT e front end di acquisizione dati.

L'originalità della soluzione è che i sistemi DAQ Dewesoft non vengono utilizzati solo come acquisitori dati ma anche come slave EtherCAT di “terze parti” o tramite OPC-UA.

Caso Semplice - Monitoraggio Remoto dell'Energia tramite OPC UA

The OPC UA abilities can be illustrated by a simple use case. The Dewesoft office in Paris equips the mains power with a Krypton DAQ system, while Clemessy sets up a web server in Mulhouse and everything is ready for remote energy monitoring via OPC UA using Syclone Web.

Le potenzilità dell'OPC UA possono essere illustrate con un semplice caso pratico. Immaginate che nell'ufficio Dewesoft di Parigi la rete elettrica venga attrezzata con un sistema DAQ Krypton, mentre Clemessy installa un server web a Mulhouse, a questo punto è tutto pronto per il monitoraggio remoto dell'energia tramite OPC UA utilizzando Syclone Web.

Monitoring and control-command of a Lego-built micro-factory via web-browserFigura 4. Monitoraggio e controllo di una micro-fabbrica costruita con i Lego tramite browser web.

Tramite un computer da ufficio che passa da Microsoft 365 al server Web Syclone connesso a Dewesoft a Parigi, bastano pochi clic per accedere al consumo energetico dell'ufficio Dewesoft: tensione, corrente e potenza, nonché accelerazione o temperatura. È possibile anche aggiungere un calcolo del costo base su un contratto di elettricità.

Video Dewesoft OPC UA

I sensori e gli attuatori sono facilmente interfacciabili tramite Syclone in un browser web.

In un caso pratico su piccola scala - molto apprezzato dal team di ricerca e sviluppo di Clemessy - l'obiettivo era acquisire sensori e pilotare attuatori per interfacciarsi con una micro-fabbrica fatta di Lego:

  1. una micro-fabbrica costruita con i Lego è dotata di sensori,
  2. gli ingressi e le uscite sono interfacciati tramite hardware Dewesoft, e
  3. il processo è controllato e monitorato da un'interfaccia web.

Sensors are set up in several locations for speed, color, temperature, or voltage. Whereas actuators are also spread on the pathwayFigura 5. Sensori per monitorare velocità, colore, temperatura, o voltaggio, installati in diverse posizioni. Anche gli attuatori sono sparsi lungo il percorso.

Monitoring and control-command of a micro-factory via a web browser with Syclone hosted on a standard tabletFigure 6. Monitoraggio e controllo di una micro-fabbrica tramite un browser web con Syclone utilizzando un tablet standard.

Sono disponibili i dati di tutti i sensori e attuatori. La pagina web può essere visualizzata su un tablet, mentre le funzioni di controllo vengono eseguite nel webserver.

Progetto su Larga Scala - Sito di Produzione Automobilistica

Questi casi su piccola scala evidenziano la semplicità di interfacciare un processo, acquisire i dati e agire sul monitoraggio energetico, ma il sistema è anche altamente scalabile.

Un progetto significativo è stato realizzato nel settore automobilistico, dove la supervisione e il controllo dell'energia, il controllo delle infrastrutture e la riduzione dell'impronta di carbonio sono stati applicati a un progetto su larga scala presso il sito di una delle prime 10 case automobilistiche mondiali.

Full-web SCADA system for a major car manufacturerFigura 7. Sistema SCADA full web per un'importante casa automobilistica.

Il progetto riguarda più di 20 siti in tutto il mondo. Nella fabbrica principale, il sito da supervisionare e monitorare comprende ben oltre 30 edifici che rappresentano oltre 10.000 ingressi/uscite all'interfaccia.

Vengono implementate le funzioni di base dello SCADA. Non ci sono requisiti per una configurazione hardware o software specifica per il sistema SCADA. Oltre al software web completo, il punto chiave è l'implementazione del modulo di consumo energetico.

View of the industrial site of the car manufacturer - the perimeter to monitor is inside the yellow linesFigura 8. Vista del sito industriale della casa automobilistica - il perimetro da monitorare è all'interno delle linee gialle.

The main Syclone view of the manufacturing site directly accessible via the web browser. Clicks will drive buildings or equipment manuallyFigura 9. Vista principale di Syclone del sito di produzione accessibile direttamente tramite il browser web.

Syclone dashboard with all main functionsFigura 10. Dashboard Syclone con tutte le principali funzioni.

La dashboard include:

  • The synoptic: permette di visualizzare e modificare,
  • Il configuratore: permette di aggiungere un nuovo punto
  • L'editor delle sequenze che consente di attivare azioni automatiche sugli overshoot
  • Le curve, molto utili per i report energetici.

The typical curve required for energy monitoring in SycloneFigura 11. Curva tipica richiesta per il monitoraggio dell'energia in Syclone.

La curva tipica richiesta per il monitoraggio energetico in Syclone mostra le informazioni di gestione del contratto in base alle condizioni del fornitore:

  • la linea verde rappresenta la potenza massima autorizzata,
  • in rosso è rappresentato il modello di consumo energetico previsto per l'intera giornata,
  • in giallo è rappresentato il consumo in tempo reale,
  • in blu è rappresentata la previsione dei consumi a fine giornata,
  • in bianco viene rappresentata la temperatura esterna, e
  • i giorni di penalità possono essere gestiti tramite regole, ad esempio, evitando di avviare strutture meno efficienti.

Conclusioni

Qual è il guadagno per il cliente finale? Quanta energia si può risparmiare e di quanto possono essere ridotte le emissioni di carbonio? Non ci sono ancora feedback ufficiali sugli effetti a lungo termine dei sistemi installati, ma un punto è quasi certo: ogni volta che inizi a misurare un fenomeno fisico, hai la possibilità di controllarlo e gestirlo.

Syclone X Low Carbon consente di centralizzare diverse funzioni, fornendo una panoramica e creando le basi per il controllo e l'ottimizzazione per ottenere un uso più efficiente dell'energia e per ridurre l'impronta di carbonio dei siti industriali.

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