Monitoraggio continuo dell’inquinamento da polveri con sensori triboelettrici e SCADA

Sielco Sistemi — 11/09/2018

Gli impianti industriali che emettono particolato nei fumi o nei condotti di processo devono in genere mantenere la concentrazione di polveri entro un limite rigoroso, e dimostrarlo solo con campionamenti manuali periodici lascia lunghi intervalli ciechi tra un controllo e l’altro. Un sistema di monitoraggio continuo dell’inquinamento da polveri, realizzato sulla piattaforma SCADA/HMI Winlog Evo in collaborazione con Tribotecna Srl, colma questo divario: i sensori triboelettrici installati direttamente nel condotto alimentano una rete di moduli di acquisizione che comunicano continuamente con un server di supervisione, così gli operatori vedono un trend in crescita e possono intervenire sull’impianto ben prima che la lettura superi il limite normativo, invece di scoprire uno sforamento a posteriori. La stessa architettura offre inoltre ai responsabili di impianto una registrazione continua e difendibile delle prestazioni emissive, sempre più richiesta da enti ambientali e audit interni al posto di poche verifiche a campione l’anno.

Dal campionamento periodico al controllo continuo delle emissioni

I controlli periodici, che si tratti di campionamento manuale estrattivo o di verifiche occasionali con analizzatore portatile, producono solo un’istantanea: dicono come si comportava l’impianto al momento della prova, non cosa è successo un’ora, un turno o un giorno prima o dopo. Il controllo continuo sostituisce questa istantanea con un flusso ininterrotto di letture, ed è proprio questo che trasforma un adempimento normativo in uno strumento operativo di preallarme. Poiché i sensori osservano le emissioni di particolato in tempo reale, un filtro a maniche che comincia a cedere, un bruciatore che perde la taratura o un’anomalia di processo che aumenta il carico di polveri emerge come un trend sullo schermo dell’operatore molto prima che comparirebbe in un test programmato, dando al personale di manutenzione il tempo necessario per intervenire prima che il valore limite di concentrazione delle polveri venga effettivamente raggiunto, anziché dopo che una violazione si è già verificata. Nel tempo, gli stessi dati di trend aiutano inoltre gli ingegneri a pianificare la sostituzione dei filtri e la manutenzione dei bruciatori in base all’usura reale piuttosto che a un calendario fisso.

Come funziona il sensore triboelettrico

Il cuore dell’installazione è il sensore triboelettrico, progettato e costruito da Tribotecna Srl e inserito come sonda direttamente nel flusso gassoso. Il suo principio di funzionamento si basa su due effetti fisici che si verificano quando le particelle di polvere transitano vicino alla punta della sonda: l’energia d’impatto rilasciata quando una particella colpisce la superficie sensibile, e il campo elettrico generato dalle particelle contigue che scorrono vicino alla sonda senza toccarla. Questa combinazione è un’applicazione industriale pratica del ben noto effetto triboelettrico, per il quale il contatto e la vicinanza tra materiali di composizione diversa genera una carica elettrica misurabile. Poiché il sensore risponde sia all’impatto sia all’induzione, resta sensibile su un’ampia gamma di carichi di polvere e dimensioni delle particelle, esattamente ciò di cui un impianto ha bisogno per rilevare sia una deriva lenta di fondo sia un picco improvviso.

Acquisizione RS485, Modbus e supervisione Winlog Evo

I segnali grezzi prodotti da ciascuna sonda triboelettrica sono di scarsa utilità da soli; devono essere digitalizzati, marcati temporalmente e resi disponibili alla sala controllo. In questa installazione, i valori letti dai sensori vengono raccolti da moduli di acquisizione dati distribuiti vicino ai punti di misura e collegati tra loro tramite una rete RS485 con protocollo Modbus — uno standard seriale master/slave documentato dalla Modbus Organization e supportato praticamente da ogni dispositivo di acquisizione dati industriale sul mercato. Il segmento RS485/Modbus raggiunge un server PC di supervisione con Winlog Evo, che interroga ogni modulo, decodifica le letture e le trasforma nei tag, trend e allarmi con cui gli operatori lavorano davvero. La libreria di driver di comunicazione di Winlog Evo è ciò che rende semplice integrare questo tipo di rete di campo seriale, e l’elenco dei dispositivi supportati permette a un tecnico di verificare in anticipo che un dato modulo di acquisizione o un’interfaccia triboelettrica sia già un dispositivo noto e testato, e non un progetto di integrazione su misura. Quando una stazione di monitoraggio polveri si trova su un camino remoto o un sito non presidiato, SecureBridge offre agli ingegneri un modo cifrato e autenticato per raggiungere i moduli di acquisizione per diagnostica o riconfigurazione senza esporli direttamente a internet.

Concentrazione istantanea, portata massica e soglie di allarme

Una volta che le letture raggiungono il server, Winlog Evo non si limita a visualizzare un segnale grezzo: per ogni sensore il sistema calcola e registra la concentrazione istantanea, la concentrazione media su un intervallo configurabile, e la portata massica di polvere che attraversa il condotto. Questi tre valori vengono confrontati in continuo con valori di riferimento accettabili, così che qualsiasi deriva verso una condizione fuori limite viene riconosciuta mentre si sviluppa, e non solo al termine di un periodo di reportistica. Quando un valore si avvicina o supera la propria soglia, la piattaforma genera una condizione di allarme marcata temporalmente, con priorità e archiviata, fornendo agli operatori una registrazione verificabile di quando esattamente un limite è stato avvicinato, di quanto e per quanto tempo — il tipo di evidenza che gli enti ambientali si aspettano tipicamente insieme alla misura grezza stessa.

Report giornalieri, archiviazione su database e accesso multi-client

Le letture continue sono utili quanto la reportistica costruita sopra di esse, così i dati raccolti vengono elaborati per produrre report giornalieri che la direzione dell’impianto, la manutenzione e il personale addetto alla conformità ambientale possono consultare a schermo, in stampa, oppure interrogando direttamente il database sottostante. Poiché Winlog Evo conserva questo storico in forma strutturata e interrogabile anziché in un log proprietario, i riepiloghi di conformità mensili o annuali possono essere costruiti senza reinserire i dati manualmente. Una rete TCP/IP estende poi la stessa informazione a una o più stazioni Client, così che tutto ciò che il server calcola — concentrazione istantanea, portata massica, allarmi e report storici — è disponibile ovunque serva nell’impianto, e il modulo web server di Winlog Evo può estendere la stessa vista a un browser per il personale che non si trova a una postazione SCADA dedicata.

Vuoi vedere come si presenta nella pratica il monitoraggio continuo delle polveri? prova la web demo di Winlog Evo, scarica una versione di valutazione, oppure contatta Sielco Sistemi per discutere un progetto di monitoraggio polveri triboelettrico.

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