I principali strumenti di supervisione e controllo di un impianto industriale sono il PLC (Programmable Logic Controller), l’inverter e lo SCADA.
C.R. Technology Systems dedica attenzione alla progettazione di sistemi di supervisione e controllo di impianti industriali, proponendo soluzioni tecnologiche per impianti destinati alla produzione e alla distribuzione dell’energia elettrica.
Qui di seguito sono descritti i dispositivi di supervisione e controllo dei processi industriali, con un focus sugli impianti di produzione fotovoltaica.
PLC
Che cosa è
Un PLC (Programmable Logic Controller), acronimo di controllore logico programmabile, è un’apparecchiatura elettronica programmabile, utilizzata in campo industriale per automatizzare diversi processi elettromeccanici.
Consente di interpretare ed eseguire le istruzioni in esso memorizzate, interagendo con un circuito di controllo attraverso dispositivi d’ingresso (input) e d’uscita (output).
La sua funzione è di risolvere problematiche, quali l’elevato consumo di energia e la complessità dei cablaggi derivante dall’uso di relè elettromeccanici per controllare i processi di produzione.
Come funziona
Il PLC riceve informazioni dai dispositivi di ingresso e dai sensori collegati, elabora i dati ricevuti e attiva le uscite richieste secondo i suoi parametri pre-programmati.
Basato sui suoi input e output, un PLC può facilmente monitorare e registrare i dati di processo come temperatura ambiente, produttività dell’impianto, generazione di allarmi in caso di guasti di impianto, processi di avvio e arresto automatici. I PLC sono soluzioni di controllo del processo di produzione robuste, flessibili e adattabili alla maggior parte delle applicazioni.
I componenti hardware del PLC
- CPU o Microprocessore
- Memoria ROM (non volatile) /RAM (volatile)
- Moduli I/O (in/out)
- Interfacce di comunicazione:
– Bus di campo, un canale di comunicazione digitale tra il PLC e i dispositivi di campo di tipo intelligente (IED). Negli impianti di produzione fotovoltaica realizzati da C.R. Technology Systems i dispositivi impiegati, che hanno la caratteristica di essere di tipo intelligente sono ad esempio le protezioni elettriche del quadro di media tensione, il piranometro, la stazione meteo, l’Inverter, dispositivi di misura e regolazione.
– Interfaccia verso il sistema di supervisione, che consente di effettuare lo scambio di dati e informazioni tra il PLC e il sistema di supervisione dell’impianto. - Alimentatore
- Dispositivo di programmazione
I vantaggi e caratteristiche del PLC
Sono numerosi i vantaggi che il PLC ha apportato rispetto ai circuiti elettromeccanici ed elettronici in logica cablata:
- Flessibilità: la possibilità di adeguare un sistema a nuove esigenze di processo senza rivoluzionarne la configurazione fisica (hardware), ma solo agendo sul programma (software) realizzato per il suo esclusivo funzionamento;
- Affidabilità: il PLC comprende componenti elettronici che non necessitano di manutenzioni particolari, dispone di funzioni autodiagnostiche e può interagire con computer gestionali in grado di monitorarne l’attività;
- Versatilità: il PLC si adatta facilmente a qualsiasi soluzione circuitale, in quanto il suo funzionamento dipende esclusivamente dal programma (software) in esso impostato;
- Riciclo: il PLC può essere riutilizzato più e più volte per la medesima applicazione o per nuovi sistemi;
- Costo: il PLC ha raggiunto nel tempo a prezzi e dimensioni sempre minori, che lo hanno reso una soluzione estremamente vantaggiosa rispetto ai comuni circuiti in logica cablata.
INVERTER
L’inverter è un’apparecchiatura impiegata per convertire una corrente continua in una corrente alternata, e per variare i parametri di ampiezza e frequenza di quest’ultima.
All’interno di un impianto fotovoltaico possono essere inseriti uno o più inverter, a seconda della dimensione. Questo consente di trasferire l’energia prodotta dalle sezioni in bassa tensione (BT), attraverso uno o più trasformatori MT/BT, e raccoglierla in una sezione in media tensione (MT). Dalla sezione in media tensione l’energia prodotta viene immessa sulla rete elettrica (rete MT).
Nel caso di impianti con immissione dell’energia sulla rete in alta tensione (AT) è presente in centrale un trasformatore elevatore MT/AT.
Sistema di Supervisione (SCADA)
Il Sistema SCADA, acronimo di Supervisione Controllo e Acquisizione Dati, è costituito da applicativi software e dispositivi hardware che, opportunamente integrati tra loro, consentono all’utente di poter disporre di un prodotto per controllare in modo intelligente il processo industriale.
Funzionalità del sistema SCADA
- Controllo dell’impianto o del processo a livello locale, cioè tramite una o più postazioni operatore dotate di applicativo HMI Human Machinery Interface, (Interfaccia Uomo Macchina) poste in prossimità del processo
- Controllo dell’impianto o del processo da centro remoto, cioè tramite una o più postazioni operatore dotate di applicativo HMI, situate a distanza. Si noti che ad ogni postazione corrisponde un PC opportunamente configurato
- Monitoraggio, raccolta ed elaborazione dati di impianto in tempo reale
- Interazione diretta con i dispositivi posti in campo quali ad es. sensori, interruttori, motori, trasformatori attraverso l’applicativo HMI
- Registrazione degli eventi e degli allarmi d’impianto in file di registro, consultabili dall’operatore attraverso l’applicativo HMI
- Creazione di file di reportistica relativi ai dati di impianto
- Monitoraggio periodico dell’andamento delle grandezze elettriche e non elettriche controllate
Vantaggi del sistema SCADA
I sistemi SCADA sono cruciali per le organizzazioni industriali poiché consentono di mantenere l’efficienza operativa, elaborare i dati di impianto in modo ordinato, così da consentire di assumere le decisioni più opportune e individuare rapidamente i problemi dell’impianto e del sistema stesso, consentendo di minimizzare i tempi d’inattività.
Caratteristiche del sistema SCADA
Negli impianti fotovoltaici realizzati da C.R. Technology Systems i sistemi SCADA sono conformi a quanto sopra indicato e presentano le seguenti caratteristiche:
L’interfaccia HMI consente di supervisionare in modo efficiente l’impianto grazie alla facile fruizione da parte dell’operatore, che può operare sulle seguenti pagine grafiche attive sull’interfaccia:
- Pagine di dettaglio degli inverter di impianto, con riportati i valori delle grandezze elettriche lato AC e lato DC dell’impianto, segnalazione di presenza di eventuali allarmi, valori di performance ratio dell’inverter, potenza istantanea, energia giornaliera/totale dell’inverter, informazioni di diagnostica dell’inverter, valori delle correnti totali prodotte in tempo reale dai moduli fotovoltaici collegati
- Schema unifilare della rete elettrica da supervisionare con visualizzazione dinamica degli stati degli organi controllati, possibilità di comando degli stessi (es. interruttori, sezionatori, ausiliari di comando), segnalazione di presenza di eventuali allarmi inerenti la rete
- Pagine di dettaglio delle stringhe dei moduli fotovoltaici, con segnalazione di presenza di eventuali allarmi, valori delle correnti prodotte in tempo reale dai vari canali dei moduli fotovoltaici collegati, informazioni di diagnostica stringhe
- Pagina di dettaglio PLC, con segnalazione di presenza di eventuali allarmi, descrizione e stato di attivazione di ciascun canale di ingresso/uscita del PLC, informazioni di diagnostica PLC
- Pagina relè di protezione, con segnalazione di presenza di eventuali allarmi, descrizione e stato di attivazione di ciascuna funzione di protezione del relè, informazioni di diagnostica del relè
- Pagina strumento di misura, valore delle misure elettriche monitorate, informazioni di diagnostica dello strumento
- Pagina trend, per visualizzare e confrontare sotto forma di grafici lineari le misure monitorate
- Pagina report, per consultare in formato numerico e tramite diagrammi/grafici con andamento delle grandezze nel tempo i valori di energia giornaliera prodotta in relazione all’irradiazione solare, performance ratio giornaliero, energie periodiche (es. mensile, annuale…), correnti di stringa, altre grandezze acquisite dal sistema SCADA
- Area di pagina sempre presente sul monitor dell’operatore con i dati principali, per esempio, valori di misura dei parametri ambientali, performance ratio inverter/impianto, energia giornaliera e totale, indicazione della presenza di eventuali allarmi di sintesi classificati
- Pagina Power Plant Controller (PPC) per consultare i valori di set point della potenza attiva e del fattore di potenza dell’impianto e che consente all’operatore avente i diritti operativi necessari di poter modificare tali impostazioni. La funzionalità del PPC è svolta dallo SCADA, che si interfaccia con dedicati algoritmi matematici configurati nel programma del PLC, i quali interagiscono con i parametri di regolazione degli inverter. In tal modo, oltre a garantire un rendimento ottimale dell’impianto, è possibile monitorare e controllare la produzione di energia elettrica in conformità ai requisiti della rete di distribuzione.
Per maggiori approfondimenti vi invitiamo a leggere i nostri articoli dedicati a strumenti di automazione, comunicazione e regolazione, misurazione, monitoraggio e telecontrollo.
