Manutenzione predittiva intelligente negli impianti idroelettrici

L’installazione, la messa in servizio e la manutenzione ordinaria degli impianti, se in passato erano condizioni necessarie e sufficienti per garantirne la massima produttività, oggi trovano il loro naturale completamento nel monitoraggio continuo mediante la condivisione e l’elaborazione dei dati acquisiti.

Il condition monitoring di un impianto idroelettrico permette non solo di controllarne le performance, ma anche e soprattutto di elaborare una diagnostica su potenziali anomalie e guasti, al fine di eliminare o quantomeno ridurre drasticamente le fermate degli impianti e i tempi di rimessa in servizio. Il tema della raccolta ed elaborazione veloce di un gran numero di dati o segnali provenienti dalle macchine (Big Data) è un punto chiave dell’Industria 4.0, che si traduce nell’attuazione di un adeguato piano di produzione e manutenzione volto alla massimizzazione di disponibilità ed efficienza. In particolare, il condition monitoring, per la intrinseca capacità di predizione e prevenzione dei guasti, di stima della vita residua dei componenti, nonché per la conseguente migliore organizzazione delle manutenzioni, si rivela ancora più interessante negli impianti produttivi installati in zone remote in cui viene difficile effettuare interventi di manutenzione, come ad esempio gli impianti di produzione di energia elettrica.

Il contesto operativo

Andritz, eccellenza mondiale nella fornitura di impianti idroelettrici, ha ampliato il suo portfolio col servizio “Operation & Maintenance Services”; le recenti mutazioni del mercato dell’energia idroelettrica, sia a livello italiano sia mondiale, hanno fatto emergere nuove necessità. In questo contesto, tenendo sempre presente l’obiettivo di sviluppare innovazione e valore aggiunto, è stata realizzata una piattaforma digitale (Metris DiOMera) che accoglie moduli intelligenti per la manutenzione realmente predittiva e per la miglior gestione dell’asset idroelettrico, a supporto delle normali attività di gestione degli impianti idroelettrici. La nuova piattaforma nasce dalla profonda conoscenza, competenza ed esperienza di oltre 175 anni di storia, accumulata in archivi, strumenti, documenti e risorse umane. Tale conoscenza viene travasata e tradotta in algoritmi, supportata da metodologie di analisi, trattamento dati e motori di machine learning. Il risultato è una piattaforma digitale, che si appoggia ad una opportuna architettura hardware e ad un avanzato software, i cui moduli e risultati, assieme all’analisi di esperti di settore, producono indicazioni per la miglior manutenzione e gestione degli impianti idroelettrici. Il sistema intende aiutare l’asset manager nel migliorare le prestazioni dell’impianto, ottimizzandone e massimizzandone la produzione e la manutenzione, con una continua valutazione e monitoraggio del rischio di guasto e della vita residua dei componenti principali. Quanto detto risulta peraltro avvalorato dal fatto che un’esigenza emergente degli investitori è quella di demandare al costruttore anche la gestione della turbina. Il tutto senza importanti investimenti di riabilitazione o repowering, ma semplicemente raccogliendo ed analizzando in nuova e differente forma i dati normalmente già presenti nei nostri impianti e nelle nostre macchine.

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Le tecnologie utilizzate

Le tecnologie alla base della piattaforma Metris DiOMera sono in primo luogo le unità intelligenti di acquisizione dati, come i sensori con protocollo IO-Link, che permettono una comunicazione bidirezionale con le unità di controllo, oltre che la loro funzionalità base di fornire informazione su performance e diagnostica dell’impianto. Le unità di elaborazione e condivisione dati trovano nel paradigma dell’edge computing la tecnologia vincente, per via della possibilità di integrare operation technology e information technology, grazie agli strumenti di virtualizzazione, data analytics e di monitoraggio da remoto. Ogni impianto idroelettrico e tutte le turbine idrauliche sono normalmente equipaggiati con sistemi di comando e regolazione ad olio e quindi dotati dei vari componenti accessori, quali centraline, accumulatori, valvole di regolazione e servomotori. Inoltre, in una centrale idroelettrica si incontrano anche sistemi di filtraggio dell’acqua, dell’olio e sistemi complessi di scambio termico per il raffreddamento. La collaborazione fra Andritz e Hydac ha trovato attuazione negli impianti di Rebestein e di Puntigam in Austria: in ambedue i siti, la centralina principale di comando delle turbine idrauliche è stata equipaggiata con sensori e software Hydac per fornire al cliente finale un servizio di ottimizzazione della manutenzione (riduzione dei costi diretti) e di analisi dati con predizione di guasti o eventi critici. Il beneficio atteso è sicuramente una riduzione delle fermate non programmate dell’impianto per problemi all’unità di comando idraulica, così come una riduzione attesa superiore al 20% dei costi diretti di manutenzione.

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Il sistema di gestione

Nel dettaglio, le soluzioni fornite da Hydac per lo sviluppo della piattaforma Metris DiOMera di Andritz possono essere classificate in unità di acquisizione, elaborazione e supervisione dei dati generati dall’impianto. Come unità di acquisizione rientra la gamma sensori, da quelli con protocollo standard a quelli con protocollo IO-Link, questi ultimi in grado di decentralizzare l’architettura d’automazione, ridurre i cablaggi e consentire una comunicazione bidirezionale con le unità di controllo. I sensori sono in grado di fornire informazioni di performance e diagnostica dell’impianto, come pressione, temperatura e portata locale, intasamento dei sistemi filtranti, stato della precarica degli accumulatori… Poiché la cura del fluido idraulico è diventata una vera e propria necessità sia per costruttori che per clienti finali al fine di eliminare o quantomeno ridurre guasti e fermi impianto, una classe particolare e molto importante di unità di acquisizione dati è rappresentata dai sensori di contaminazione solida e liquida e da un sensore di monitoraggio dell’invecchiamento del fluido idraulico. Come unità di elaborazione dati, Nerve di TTTech è la piattaforma di edge computing in grado di far convergere in un unico dispositivo più funzionalità, quali quelle di un pc industriale, di un PLC, di un gateway, di un firewall. L’edge computing, operando tra locale e cloud, permette una gestione semplificata dei dati acquisiti dai sensori ed elaborati dall’unità centrale, tradotti poi in informazioni strutturate e condivisi su sistemi aziendali ERP o MES o altri strumenti di supervisione. Tra questi, come soluzioni Hydac fornite, si annoverano il software FluMoS, per la lettura mediante interfaccia WLAN o WiFi dei dati acquisiti dai sensori, e la piattaforma CM-Expert, per la raccolta, l’analisi, il monitoraggio, il controllo e l’archiviazione dei dati fine al condition monitoring e alla manutenzione 4.0.

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In conclusione

Da sempre le relazioni tra Andritz e Hydac sono di totale allineamento tecnico-commerciale. Andritz consegue i propri obiettivi ricercando altri importanti partner in altri ambiti complementari o sinergici alla propria attività. Hydac rientra in questa categoria in qualità di leader di dispositivi di regolazione oleodinamica, filtraggio e trasmissione di potenza. L’attuale situazione di mercato spinge sempre più verso sinergie per l’ottimizzazione di prodotti e processi, incontrando nelle nuove potenzialità digitali una terra fertile. Le due società sono realtà orientate in questa direzione, pertanto i recenti sviluppi digitali applicati alla manutenzione dei propri sistemi sono stati il maggior e il più proficuo punto di contatto.

Unità di elaborazione dati Nerve.

Chi è Andritz

Andritz è una casa austriaca con sede a Graz, attiva nel campo dell’ingegneria per la costruzione di impianti. Il gruppo prende il nome dal distretto di Andritz, in cui è situato. È un costruttore globale di sistemi chiavi in mano e fornitore di servizi per impianti di produzione idroelettrica. Leader nel suo settore di business ed uno dei punti di riferimento nell’ambito della produzione di energia fornisce impianti e macchinari di qualsiasi tipologia e taglia, fino a 800 MW.

www.andritz.com

Chi è Hydac

Hydac, fondata nel 1963 a Sulzbach (Germania), oggi opera a livello internazionale con oltre 8.000 dipendenti, 50 filiali e 500 partner commerciali e di servizio in tutto il mondo. Hydac significa componentistica e sistemi oleodinamici ed elettro-idraulici: ingegneria dei fluidi. I componenti Hydac sono applicabili ad una molteplicità di settori e trovano applicazione sia in ambito industriale (dalla siderurgia, alle macchine utensili, all’oil&gas) sia mobile (dalle macchine movimento terra, al navale, alle macchine da costruzione o da sollevamento). In Italia, Hydac è ad Agrate Brianza (MB), con un area di 5000 mq dedicata all’officina e al magazzino e 2000 mq di uffici con 80 addetti. L’organizzazione di vendita italiana conta cinque uffici regionali a Torino, Milano, Brescia, Padova, Reggio Emilia e diversi home office.

www.hydac.com

di Paolo Stefanini

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