Automazione e controllo del sistema di distribuzione idrico greenfield nella città nuova più grande al mondo: una sfida e un’opportunità
Nell’automazione e nel controllo della distribuzione idrica, l’opportunità di affrontare progetti greenfield anziché lavorare su installazioni brownfield preesistenti consente una trasformazione digitale progettata ex novo, piuttosto che un adattamento e una modernizzazione. Per un’azienda di ingegneria incaricata dell’integrazione di sistemi di un progetto di questo tipo, il greenfield rappresenta, entro i limiti di budget e tempo, l’opportunità di impiegare tecnologie all’avanguardia che possano ottimizzare le prestazioni, ridurre le emissioni, adattarsi sia al sistema attuale che a quello futuro e fornire meccanismi avanzati per servizi e operazioni sul campo. Questi vantaggi sono sufficienti a far riflettere qualsiasi system integrator sulla possibilità di adottare l’automazione avanzata e il controllo. Un modello classico di sfida e opportunità greenfield è rappresentato da Neom, il più grande progetto di sviluppo urbano al mondo, che è attualmente in costruzione in Arabia Saudita. Il progetto prevede un’area metropolitana costituita da un grande centro urbano, un’isola, spiagge e montagne. Drakken, una società di ingegneria e integrazione di sistemi con sede a Dubai, è stata scelta come Main Automation Contractor (MAC) per fornire la soluzione di automazione per il sistema di distribuzione idrico di Neom. Una sfida eccezionale, dato che il sistema di Neom si estende per circa 65 km di costa e 75 km di montagna, esponendolo a una vasta gamma di stress ambientali. La fonte di acqua potabile è un impianto di dissalazione che include condutture, stazioni di pompaggio e serbatoi di accumulo. Con la città attualmente in costruzione, il sistema idrico eroga più di 50.600 m3 /giorno di acqua desalinizzata all’area di sviluppo principale per scopi edilizi e per il consumo umano.
Controllo e supervisione
Al fine di garantire un adeguato approvvigionamento idrico durante lo sviluppo e anticipare le crescenti esigenze future, Drakken necessitava di un sistema di controllo e supervisione della rete idrica mirato a ridurre al minimo le perdite di acqua dovute a dispersioni ed evaporazione. Un sistema che garantisse una soluzione scalabile in un terreno impervio e complesso, in grado di espandersi di pari passo con il nuovo e ampio sviluppo. La criticità del progetto richiedeva che il sistema di controllo e supervisione fosse immune da attacchi informatici, garantendo contemporaneamente un’alta disponibilità senza alcuna interruzione. Doveva inoltre integrare sistemi eterogenei di terze parti implementati nell’architettura complessiva per fornire un monitoraggio e controllo unificati. Dato il carattere innovativo del progetto e l’assenza di vincoli di integrazione con hardware preesistente, Drakken ha scelto di adottare la più avanzata tecnologia per il sistema di distribuzione dell’acqua: gli edge controller. Questa configurazione integra il controllo in tempo reale, sia deterministico sia non deterministico, in una singola piattaforma hypervisor. Offre le funzionalità di un PLC e di un sistema informatico avanzato in un unico dispositivo, consentendo di risparmiare su costi, spazio e tempo, semplificando il processo di integrazione. La tecnologia edge controller incorpora un loop esterno e un advise layer oltre al tipico loop di controllo see-think-do. Se viene interrotto il loop esterno, il controllo deterministico in tempo reale rimane invariato. Questa funzionalità offre agli utenti la possibilità di connettersi al servizio cloud desiderato e di sviluppare ed eseguire applicazioni di elaborazione dati basate su Linux direttamente accanto al sistema di controllo. Ciò consente di ottimizzare i processi e migliorare i risultati in modo più efficace. Poiché Drakken è stata in grado di integrare l’analisi dei dati edge e controllo in tempo reale, ha potuto ottenere nuove informazioni fornendo al contempo flessibilità integrata ed efficienza operativa, migliorando le prestazioni degli asset. Per una maggiore flessibilità, ha scelto una tecnologia dei controller che offre una scan rate base di soli 200 μS, uno switchover veloce quanto una scansione, oltre al controllo completamente deterministico. La piattaforma software per la tecnologia di controllo è preinstallata e consente a Drakken la flessibilità di utilizzare il controller per diverse applicazioni, come co-processore Linux, HMI locali web-based, data logger e notifiche allarmi.
Ridurre i guasti
Drakken ha implementato efficienti capacità di gestione integrata degli asset a livello di progetto, riducendo così le modalità di guasto, migliorando la salute digitale complessiva e favorendo la manutenzione preventiva e predittiva. Drakken ha implementato sistemi di controllo su oltre 20 stazioni di pompaggio e presso il centro di distribuzione dell’acqua per gestire il funzionamento di pompe e valvole. Per soddisfare le esigenze di disponibilità, ha scelto soluzioni di controllo con ridondanza integrata. Power Inputs ridondati consentono una maggiore disponibilità, affidabilità e produttività. Inoltre, tecnologie di ripristino rapido della rete aiutano a proteggere applicazioni mission-critical da interruzioni di rete o malfunzionamenti temporanei. Gli edge controller installati in ogni posizione raccolgono, analizzano e filtrano dati operativi su un sistema Linux e sono pronti a connettere e inviare dati al cloud tramite protocollo Mqtt. Per soddisfare le esigenze di interazione con una vasta gamma di dispositivi di terze parti, come misuratori di portata, sistemi Rfid presso ogni stazione TFS e altri ancora, è necessaria un’elevata flessibilità dei sistemi e del software di controllo. Devono essere in grado di mantenere una comunicazione continua con i dispositivi di produzione e i sistemi di supervisione, utilizzando protocolli standard per garantire la massima interoperabilità e facilità d’uso. Le opzioni di protocollo includono: DNP3, IEC 61850, IEC 104, Hart pass-through, EGD, Srtp, Modbus- TCP/RTU, Profinet, OPC UA. I controller acquisiscono e controllano dati ad alta velocità in un’architettura complessa con molteplici anelli in fibra ottica, utilizzando vari protocolli industriali per connettersi a più di 500 dispositivi esterni. Per interfacciarsi con i controller, Drakken ha selezionato Movicon.NExT, una piattaforma software Scada, avanzata e scalabile, in grado di gestire tag illimitati su server ridondanti. Movicon. NExT raccoglie e analizza dati per rilevare e localizzare le perdite nelle tubature ogni 10 metri; la capacità di conservazione dei data tag è di cinque anni, con previsione dei guasti e correzione proattiva, consentendo un migliore utilizzo del capitale, una riduzione delle spese operative e un più rapido ritorno sull’investimento. La piattaforma importa automaticamente i tag dei controllori logici programmabili (PLC), prevenendo errori e risparmiando tempi di messa in servizio. La configurazione web client del software consente un accesso remoto da un qualsiasi dispositivo mobile: questa funzionalità diventerà sempre più preziosa man mano che il sistema idrico aumenta in grandezza e complessità. Al fine di rispondere alle molteplici e mutevoli esigenze degli ambienti inclusi in Neom, Drakken ha optato per sistemi di controllo che operano in range di temperature da -40 °C a 70 °C fin dal primo avvio e con un intervallo di umidità dal 5 al 95% senza condensa. La tecnologia di controllo moderna affronta ambienti estremi senza la necessità di utilizzo di ventole interne che potrebbero essere soggette a guasti. Inoltre, diversamente dai controller standard che richiedono una riduzione della potenza per gestire temperature elevate, la tecnologia più moderna consente alle applicazioni di funzionare con costanza a temperature molto elevate, senza compromettere la performance di controllo. Per soddisfare ancora di più gli ambienti difficili, l’hardware di controllo è basato su componenti e connessioni resistenti alle vibrazioni per aiutare a ridurre i punti di guasto e assicurare un funzionamento affidabile in applicazioni in rapido movimento, di agitazione o ad alto impatto. Un rivestimento conforme non conduttivo fornisce ai componenti elettrici una barriera protettiva contro la contaminazione, l’umidità e la corrosione causate da condizioni ambientali difficili o estreme.
Sicurezza fisica e informatica
Oltre alla sicurezza fisica, un’applicazione come quella di Neom richiede la massima protezione in termini di sicurezza informatica. Il sistema applicato da Drakken utilizza una filosofia ‘secure by design’, inclusa la tecnologia Trusted Platform Module (TPM), Secure Boot e aggiornamenti firmware sicuri. La strategia di sicurezza coesiva è incorporata in tutti i livelli, dall’hardware e software al processo di comunicazione e sviluppo. Il sistema è sicuro fin dalla progettazione e consente di verificare e convalidare l’integrità dei componenti vitali del sistema. Le comunicazioni sicure impediscono agli hacker di ottenere un accesso non autorizzato al controller. La certificazione Achilles 2 preclude qualsiasi attacco di tipo Denial of Service (DoS) o Man-in-the-middle o modifiche non autorizzate al firmware. Ritesh Contractor, responsabile dello sviluppo aziendale di Drakken, afferma: “Le soluzioni di controllo collegano completamente la rete di distribuzione idrica di Neom tramite un’infrastruttura avanzata di Internet of Water assicurando una perdita minima di acqua e un’elevata sostenibilità, rendendo Neom all’avanguardia nella tecnologia idrica”.
Emerson – www.emerson.com