TCVVV S.p.A.: calore pulito per Santa Caterina Valfurva (Italia)

Visione riassuntiva su T.C.V.V.V.:

 

• 2 camere di combustione per biomasse.
• Potenza nominale: 12 MW
• Impianto di depurazione dei gas di scarico.
• Popolazione che usufruisce del servizio: 52% (200 abitanti e 1.000 letti per turisti)
• Rete di teleriscaldamento: 3.595 m
• Soluzione intergrata: gestione, visualizzazione e analisi tramite
• straton Soft PLC
• straton embedded
• straton come Gateway
• zenon
• Solo uno strumento di progettazione
• Ridondanza senza interruzioni per gestione, visualizzazione e Profinet
• Archiviazione
• Analisi die trend con il modulo Trend esteso
• Messaging in caso di errori  

 

La centrale di teleriscaldamento di Santa Caterina

 

La società T.C.V.V.V. AG è stata fondata nel 1997 con lo scopo di ricavare dal trattamento di biomasse dell’energia ecologica da utilizzare per il riscaldamento e la produzione di energia elettrica. L'azienda costruisce degli impianti di produzione, progetta e realizza centrali di teleriscaldamento e centrali elettriche. Nel suo campo d'azione rientra anche la formazione professionale di personale specializzato.

 

L’amministratore delegato Walter Righini dice: "Il nostro scopo primario è quello di utilizzare e valorizzare le risorse locali al fine di ridurre la nostra dipendenza da fonti di energia esterna sfruttando le fonti di energia rigenerabili. Il Comune di Santa Caterina Valfurva non dispone di un allaccio alla rete di gas metano, ma accesso a fonti di energia rigenerabili, soprattutto il legno. Un presupposto ideale per la costruzione di un impianto di teleriscaldamento alimentato da biomasse."

 

Questo impianto di teleriscaldamento utilizza soprattutto prodotti di scarto derivati dalla lavorazione del legno, dall’abbattimento degli alberi e dalle procedure legate al rimboschimento. Le forniture settimanali da parte delle segherie della zona, nonché da altri fornitori locali garantiscono l’approvvigionamento costante di queste fonti di energia ecologiche.

 

Al fine di salvaguardare l'ambiente, i gas di scarico originati dal processo di combustione vengono tenuti costantemente sotto controllo. Il livello di CO2 emessa durante il funzionamento dell'impianto corrisponde esattamente alla quantità di CO2 assorbita dalle piante nel corso del loro ciclo vitale; sotto questo aspetto, dunque, la centrale di teleriscaldamento lavora con un bilancio neutrale per quello che concerne CO2.

 

L’impianto è dotato anche di un sistema di depurazione di gas di scarico che sottrae calore al fumo originato dal processo di combustione. La temperatura del fumo viene ridotta da 150°C a 40°C. Inoltre l’eliminazione del pennacchio di vapore rende invisibile il restante fumo che si innalza dalla ciminiera, il che è di particolare importanza in un luogo turistico come Santa Caterina e, nel contempo, un buon presupposto per aumentare il grado di accettazione degli abitanti del posto nei confronti della centrale.

 

Nel 2005 si è cominciato a progettare la centrale, nel 2006 si è dato il via ai lavori di realizzazione e già 12 mesi dopo l'impianto è stato messo in opera.

 

Per la gestione e la registrazione dei dati di funzionamento del suo impianto di teleriscaldamento, la T.C.V.V.V. AG ha voluto puntare in modo mirato su una tecnologia basata su PC in una rete Ethernet. Per ragioni di sicurezza si è preferito far funzionare i PC in un sistema ridondante. L’Ing. Fabio Pola, responsabile per l'intero settore hardware e software, dice al proposito: "Soprattutto non volevamo lavorare, nei limiti del possibile, con PLC comuni, perché è difficile trovare degli Hard-PLC ridondanti e, quelli che ci sono, sono cari. Eravamo alla ricerca di una tecnologia moderna e aperta, che ci mettesse in condizione di agire in modo flessibile e, nel contempo, di ridurre i costi."

 

Progettazione pulita per un'energia pulita

 

COPA-DATA ha proposto alla T.C.V.V.V. AG una soluzione ridondante e integrata, in grado di garantire un sicuro approvvigionamento di calore della zona. L’impianto di teleriscaldamento di Santa Caterina è stato dotato del sistema di controllo zenon®, che fornisce all'operatore un accesso centralizzato a tutti i parametri delle camere di combustione. L'ambiente IEC 61131 integrato in zenon, straton®, è andato a costituire, poi, agendo da Soft-PLC ed essendo implementato in un Hardware-PLC, l'elemento di connessione con il Controller. Entrambi i sistemi sono utilizzabili in forma ridondante senza alcun problema.  

 

Le rete di distribuzione a Santa Caterina si estende per oltre 3,5 km su tutto il territorio del Comune. Un sistema di monitoraggio ad hoc permette di localizzare velocemente le eventuali perdite di calore nell’ambito di questa rete e di visualizzarle a beneficio dell’operatore che si trova in centrale. Le case allacciate alla rete di distribuzione sono collegate mediante sottostazioni che provvedono a portare velocemente il calore lì dove ce n’è bisogno. Nelle sottostazioni, dei contatori misurano quanta energia viene fornita e permettono così un esatto calcolo dei costi.

 

La perfetta collaborazione fra il sistema di controllo zenon e straton è fonte di una lunga serie di vantaggi: soprattutto rapidità, sicurezza dei dati e riduzione dei costi. zenon e straton funzionano insieme sul server. Sono così intimamente integrati che utilizzano entrambi la stessa banca dati, il che semplifica di molto la progettazione e la rende più veloce e sicura. Le variabili, ad esempio, devono essere create una sola volta, come una sola volta si deve procedere al loro monitoraggio.  

 

Il server del progetto T.C.V.V.V. è stato organizzato in modo ridondante e permette un funzionamento senza problemi anche se una parte di un computer dovesse smettere di funzionare. Entrambi i sistemi (server e stand-by) dispongono sempre di tutti i dati attuali. Ed entrambi comunicano con i PLC, il che comporta che tutti i dati che sono inviati da un PLC, vanno a finire contemporaneamente a tutti e due i computer. Se dunque il server dovesse smettere di lavorare, ne prende il posto lo standby senza che ci sia un minimo intervallo di tempo. Non appena poi il server è di nuovo in condizione di funzionare, si va a riprendere automaticamente tutti i dati attuali e ricomincia a esercitare la sua funzione di controllo del sistema senza soluzione di continuità.

 

Soluzione integrata per un funzionamento sicuro e conveniente.

 

A partire dalla stazione di controllo, si accede a diversi PLC mediante l’uso di  Profinet che ha permesso di continuare a sfruttare la struttura di rete già esistente. Profinet sostituisce come Fieldbus-Standard le connessioni seriali e le care spine speciali con Industrial Ethernet. La conseguenza di ciò è che sono disponibili un numero assai maggiore di funzioni, che l'handling è molto più semplice e che il sistema funziona molto più rapidamente. La T.C.V.V.V. AG si è risparmiata alcuni chilometri di cavi. Il Product manager di COPA‑DATA Jürgen Resch dice: "Il grande vantaggio consiste nel fatto che si può rinunciare a care carte fieldbus e si può scrivere e leggere direttamente dall'adattatore di rete su I/Os. Il tutto mantenendo lo stesso tempo di ciclo di Profibus.“

 

straton controlla grazie alla sua connessione Profinet cinque Profinet-Devices  Wago 750-340 ad una distanza di 30 - 40 metri. straton gestisce nella sua funzione di Soft-PLC e servendosi di questa connessione fieldbus diverse camere di combustione e invia i valori relativi alle temperature ai fini di archiviazione al sistema di controllo zenon, dove tali valori sono anche analizzati per mezzo di trend. I segnali analogici della camera di combustione vengono presi in considerazione e vengono azionate le valvole corrispondenti. Il tempo del ciclo è di 100 ms.

 

Straton, però, non è solamente attivo a livello di I/O. Da quello strumento versatile che è, svolge anche come soluzione embedded degli importanti compiti nella gestione dei recipienti a pressione. Le disposizioni vigenti in materia impongono per motivi di sicurezza l’uso di un Hard-PLC. Anche se l’apparecchio perde la connessione con la rete, la gestione controllata del contenitore deve essere garantita.

 

A suo tempo si è deciso di optare per un Fieldbuscontroller Wago 750-860, nel quale straton embedded funziona da Runtime PLC e garantisce una prestazione sicura. Come soluzione embedded, straton offre all'utente un comfort del tutto particolare: non si deve far altro che scartare e connettere. Con il suo tool di configurazione intuitivo e con una semplice presentazione grafica, tutti i moduli della configurazione possono essere impostati comodamente e le variabili possono essere collegate mediante un menu o per Drag&Drop. straton svolge il suo compito, tra l’altro, sotto un sistema operativo Linux, mentre sul server e sul suo standby è attivo Windows XP.

 

L'impianto di teleriscaldamento di Santa Caterina approfitta soprattutto della integrazione estremamente proficua di straton e zenon. Da un lato, gestione e visualizzazione sono così semplici da configurare, dall'altro il meccanismo integrato della ridondanza garantisce anche una sicurezza pressoché perfetta. Sia straton che zenon sono in grado di funzionare in modo ridondante, e la configurazione richiede solo pochi clic del mouse. COPA-DATA, inoltre, ha organizzato anche Profinet in forma ridondante. La ridondanza ha bisogno di due PC: tutti i progetti di straton, come anche la visualizzazione, funzionano sotto zenon su un PC. Il secondo calcolatore serve da stand-by. Questa combinazione di visualizzazione ridondante, Soft-PLC e Fieldbus I/Os, ha come risultato una soluzione estremamente sicura e molto semplice da configurare; e, come se non bastasse, anche conveniente per quello che riguarda i costi.

 

I progetti di straton vengono configurati nell'Editor di zenon, così come è il caso della visualizzazione. L’Ing. Fabio Pola dice al proposito: "In modo particolare ci ha impressionato questa soluzione integrata nella fase della progettazione. Non è solo che la visualizzazione e il sistema PLC usano solamente una base dati comune, ma nella fase di progettazione di due sistemi destinatari diversi si può usare lo stesso Editor.”  

 

I progetti vengono distribuiti comodamente ai sistemi destinatari per accesso remoto. E la configurazione della comunicazione viene realizzata in modo completamente automatico; le singole componenti della soluzione integrata comunicano tra di loro con un elevatissimo grado di efficienza, senza che il progettista se ne debba occupare personalmente. I membri del team di progettazione, poi, sono messi nelle condizioni migliori per collaborare efficacemente visto che sia straton che zenon permettono un accesso multiuser e consentono quindi di lavorare senza problemi parallelamente allo stesso progetto.

 

Che ampiezza abbia lo spettro di possibilità d’uso di straton lo dimostra anche la sua funzione di Gateway per un flussimetro di misurazione gas ABB. La particolarità di questa applicazione sta nel fatto che l'apparecchio di misurazione dispone solamente di uscite analogiche, ma deve connettersi ad un altro sistema di controllo predisposto al monitoraggio della concentrazione di gas e che viene usato per la certificazione dell’impianto. Straton legge dunque mediante il dispositivo Profient di Wago i valori e li mette a disposizione del sistema di controllo via Modbus. In questo caso straton svolge il ruolo di Slave, ma potrebbe anche agire da Master.

 

straton e zenon, però, danno prova a Santa Caterina anche di quanto sia semplice integrare dei sistemi preesistenti in un progetto. In parallelo alla centrale di teleriscaldamento alimentata a biomasse si è dovuto integrare nel sistema di visualizzazione e di gestione una caldaia di una cooperativa che viene gestita da un S7-300; quest'ultimo è collegato direttamente a zenon grazie ad un proprio driver S7-TCP. In tal modo è possibile, ad esempio, analizzare in modo semplice il sensore allarme e dati analogici, senza dover investire nell'acquisto di un hardware e di un software ulteriori.

 

Sapere che cosa succede

 

I dati che sono prodotti nel funzionamento del sistema sono a disposizione degli operatori in qualsiasi momento. Vengono raccolti da straton e zenon e archiviati da zenon. Dove salvare questi archivi può deciderlo autonomamente l’utente. Se lo si desidera, zenon può scrivere anche direttamente in banche dati e far sì che anche in caso di interruzione del funzionamento del sistema non ci sia alcuna perdita di dati. I dati archiviati, come anche quelli online, possono essere poi visualizzati in ogni momento in un trend che fornisce preziose indicazioni sull’attività del sistema:

 

Il modulo Trend esteso di zenon traduce valori storici e attuali in plastiche curve. Con funzioni molto varie: libera impostazione delle curve, configurazione delle assi impostabile, zoom libero e molto altro ancora. È possibile rappresentare contemporaneamente quante curve si vogliono (anche con una scala diversa). Accanto alla visualizzazione regolata dal tempo (yt), il trend può essere usato anche al fine di creare una rappresentazione a curve (xy).

 

Le curve del modulo Trend esteso possono essere lette con un righello, e, accanto al valore della variabile vengono visualizzati altri importanti valori come unità, stato, data, valore minimo, massimo e medio. Visto che il Trend esteso può rappresentare due assi del tempo contemporaneamente in un diagramma, è possibile confrontare con facilità diversi intervalli di tempo oppure charge.

 

Gli ingegneri di T.C.V.V.V. AG sono sempre informati nel modo migliore, indipendentemente da dove si trovino: con zenon, infatti, l’utente non è costretto a starsene sempre nell'azienda. Il sistema è dotato di un singolo modulo, il Message Control, che ha il compito di dare l'allarme autonomamente in caso di necessità e, se necessario, richiedere nello stesso tempo che si ripristini la segnalazione. A Santa Caterina si usano i messaggi SMS per informare in caso di bisogno l'ingegnere competente del verificarsi di un errore. Il modulo permette però di inviare dei messaggi anche via E-Mail o addirittura dei messaggi vocali. La progettazione è molto semplice: si tratta solamente di inserire i dati relativi alla comunicazione e di definire le variabili che provocano l'invio dei messaggi.

 

Progettazione veloce e sicura

 

La T.C.V.V.V. AG è riuscita a mettere in funzione il suo impianto di teleriscaldamento nel giro di12 mesi. Anche zenon ha dato prova di rapidità nella fase di progettazione. Klaus Rebecchi di COPA-DATA Italia ricorda al proposito: "Il nostro sistema HMI/SCADA orientato agli oggetti può essere configurato in modo semplice e sicuro. Pochi clic del mouse sostituiscono la redazione di script e operazioni di programmazione sempre fonti di errori. Il vero e proprio highlight per gli ingegneri di T.C.V.V.V. AG è stato che tutti i dettagli, compreso straton, vengono progettati in un solo ambiente di sviluppo. Dunque esiste solo un tool il cui funzionamento è semplice da capire e apprendere.”

 

Il lavoro di zenon e straton è fonte di vantaggi non solo nella fase della prima progettazione del sistema, ma anche durante il suo funzionamento: le modifiche al progetto possono essere implementate in qualsiasi momento senza dover interrompere il funzionamento del sistema. La gestione nel suo complesso è così semplice, che i singoli dipendenti sono in grado di creare senza problemi progetti anche complessi e di effettuarne la manutenzione. Naturalmente è possibile far ricorso in qualsiasi momento all’aiuto competente di COPA-DATA o di un team di esperti; ma la T.C.V.V.V. AG è in grado di lavorare in modo autonomo e indipendente. Da ciò deriva anzitutto una sensibile riduzione degli investimenti per corsi di formazione del personale e dei costi nella gestione del funzionamento dell'impianto; diminuisce inoltre il grado di dipendenza dell'impresa da esperti esterni. La tecnologia ridondante aumenta il livello di sicurezza del funzionamento della centrale e garantisce una disponibilità al 100% dei meccanismi di gestione.

 

L’Ing. Fabio Pola conclude: "Con zenon e straton abbiamo potuto utilizzare delle tecnologie innovative e convenienti, basate sull'uso di PC integrandole nella nostra rete esistente Ethernet e siamo adesso in grado di accedere direttamente ai PLC anche da un computer. Questa soluzione ha ridotto in modo consistente i nostri costi di funzionamento e di manutenzione."

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