Il monitoraggio e la gestione intelligente dei consumi elettrici in ambiente industriale sono attività fondamentali non solo per le strategie di sostenibilità e risparmio energetico, ma anche per la riduzione dei costi di produzione ed il miglioramento delle economie di scala. I dati attualmente disponibili portano infatti a ritenere che il consumo elettrico negli impianti industriali sia significativamente superiore a quanto strettamente necessario per la produzione. Ciò è dovuto sia ad inefficienze tecniche, sia alla scarsa consapevolezza, da parte dei responsabili di processo, dell’effettiva quantità di energia richiesta nelle diverse fasi di lavorazione. Anche se le politiche di risparmio energetico attualmente in vigore contribuiranno a migliorare l’efficienza energetica degli impianti industriali, il raggiungimento degli obiettivi UE previsti per il 2020 appare al momento ancora lontano.

Al fine di affrontare questo problema in maniera strutturata ed innovativa, i ricercatori del gruppo di elettronica del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Trento insieme ad ESA ENERGY S.r.l. ed ai colleghi del Politecnico di Milano hanno recentemente iniziato a collaborare ad un progetto di ricerca cofinanziato dalla Provincia Autonoma di Trento nell’ambito della L.P. 6/99 con l’obiettivo di realizzare energy meters distribuiti di nuova generazione per applicazioni industriali. Il progetto, coordinato dall’Ing. Longoni di ESA ENERGY S.r.l., con sede a Rovereto, vede coinvolti, per il Dipartimento di Ingegneria Industriale, il Prof. Petri, l’Ing. Brunelli ed l’Ing. Macii.

Gli energy meters distribuiti sono sistemi in grado di misurare puntualmente le grandezze elettriche ed i consumi di apparati e macchinari usati in ambito industriale in modo tale da migliorare la consapevolezza sulle principali cause di consumo ed impostare efficaci politiche di gestione energetica a livello aziendale. Il sistema in fase di sviluppo prevede che le forme d’onda di tensione e corrente acquisite sul campo tramite opportuni trasduttori vengano dapprima elaborate localmente in forma digitale e, successivamente, vengano inviate ad una unità centrale tramite uno standard di comunicazione radio adatto ad ambienti industriali (ad esempio WirelessHART). L’unità centrale si occuperà della gestione delle informazioni così acquisite.

E’ ben noto dalla letteratura scientifica che la misura dell’energia transitante in una sezione di un sistema trifase (a tre o a quattro conduttori) è concettualmente assai semplice e facilmente implementabile con algoritmi di elaborazione numerica di segnali. Il principale aspetto critico non è quindi quello elaborativo, bensì quello legato all’adeguatezza metrologica dei dispositivi utilizzati per trasdurre ed acquisire i segnali di tensione e corrente di linea. Tale aspetto è ulteriormente complicato dall’esigenza di garantire adeguati livelli di isolamento tra fasi e tra fasi e terra.

L’analisi delle informazioni acquisite permetterà di generare report periodici e di impostare soglie e criteri di attenzione sia su parametri fondamentali (quali l'energia consumata in un dato intervallo di tempo, il fattore di potenza, l’andamento del valore efficace delle tensioni e delle correnti), sia su grandezze di interesse per la power quality (come ad esempio la durata di eventuali microinterruzioni, l’ampiezza di fluttuazioni di tensione e l’entità delle armoniche). Queste informazioni consentiranno inoltre, attraverso opportuni algoritmi diagnostici basati sull’analisi della firma energetica delle apparecchiature monitorate, di identificare, in tempo reale, le condizioni di funzionamento delle apparecchiature stesse e, quindi di rilevarne non solo le prestazioni energetiche, ma anche eventuali condizioni di malfunzionamento. Sarà pertanto possibile avere a disposizione un prezioso strumento per ridurre non solo i costi energetici, ma anche quelli di gestione e manutenzione di macchinari ed impianti.

Attrezzature

Strumenti software di sviluppo:

• NI Multisim e Ultiboard 12
• NI LabVIEW 8.9
• Mathworks Matlab R2011b

Strumenti di misura e test

• Oscilloscopio Agilent DSO7032A a 2 canali, banda 350 MHz e 2 GSa/s
• Oscilloscopio Tektronix TDS 3052B a 2 canali, banda 500 MHz e 5 GSa/s
• Multimetri digitali palmari Metex M-3860D
• Multimetri digitali da banco Agilent 34411A
• Alimentatori programmabili Agilent serie E36xx
• Generatori di funzione Agilent 33220A
• Schede di acquisizione NI DAQ M series
• Interfacce NI GPIB-USB-B

Responsabili del progetto: Davide Brunelli e David Macii

Un potenziale scenario applicativo per gli energy meter distribuiti sviluppati nell’ambito del progetto di collaborazione e ricerca fra ESA ENERGY S.r.l, Università di Trento e Politecnico di Milano.