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La soluzione Advantech si rivela fondamentale nello sviluppo di un design sperimentale con vetro a controllo solare per l'aeroporto di Dubai

2/2/2022

Panoramica del progetto

L'energia solare è ora una delle principali fonti di energia rinnovabile che un numero crescente di industrie sta incorporando nei processi di progettazione intelligente per ridurre la propria impronta ecologica e promuovere la sostenibilità ambientale. Tale sinergia è stata raggiunta nel settore delle costruzioni anche grazie al professor Young Chin-Huai della National Taiwan University of Science and Technology (Taiwan Tech). Il Prof. Young ha guidato un team nello sviluppo di un particolare “vetro a controllo solare termoisolante” (HISG), un ingegnoso materiale da costruzione costituito da moduli a pellicola solare e vetro a specchio termico.

Capace di far passare la luce, produrre elettricità e isolare il calore, il vetro a controllo solare genera energia da solo e riduce l'energia utilizzata dal condizionamento dell'aria. L’enorme vantaggio del vetro a controllo solare il cui uso permette un notevole risparmio energetico ha attirato l’attenzione e l’interesse di molte aziende a livello internazionale. L'efficacia e la fattibilità sono state testate dal team del Prof. Young in una struttura espositiva a Dubai, su richiesta di un appaltatore incaricato di erigere un aeroporto nello stesso sito della struttura, e i risultati dell'esperimento sono stati presi in considerazione nella decisione di installare il vetro in aeroporto. Per rimanere aggiornato su come è proseguito l'esperimento, il team ha adottato un sistema di monitoraggio che consente loro di osservare la struttura ovunque e in qualsiasi momento.

Questo sistema di monitoraggio è stato concepito e realizzato tempestivamente da Intelligent Cloud Plus (ICP), un integratore di sistemi che sfrutta l'ampio portafoglio di prodotti hardware e software di Advantech. Questo sistema, che combina "Internet of Things" (IoT) e un cloud privato, ha consentito al team del Prof. Young di gestire il proprio esperimento in modo centralizzato senza la necessità di avere qualcuno in loco. In definitiva, ha dimostrato come la loro invenzione potrebbe far risparmiare quantità significative di consumo energetico per gli edifici dell'aeroporto di Dubai.

Requisiti del progetto

Con 40 anni di esperienza nella tecnologia di automazione, ICP si dedica alla fornitura di soluzioni intelligenti nei settori del controllo ambientale, della produzione e della gestione dell'energia. La società ha una filiale con sede a Dubai che conosce bene la realtà locale. Per questo l'azienda è stata assunta dal team del Prof. Young per la progettazione del sistema di monitoraggio remoto.

L'appaltatore incaricato della costruzione dell'aeroporto ha concesso al team solo sei mesi per eseguire un test sul vetro a controllo solare HISG. Il team ha costruito due strutture espositive (una dotata di HISG e un'altra con vetro a smaltatura singola) per determinare quanto consentisse alla luce di penetrare, quanta elettricità producesse e quanto fosse efficace nel bloccare il calore, rispetto a un tipo convenzionale di vetro. ICP non solo ha dovuto mettersi al passo con il ritmo frenetico dell'esperimento per lanciare un sistema di monitoraggio in grado di visualizzare i risultati del confronto in tempo reale, ma ha anche dovuto garantire che il sistema funzionasse normalmente in un clima in cui le temperature raggiungevano i 45° C durante il periodo estivo.

A tal fine, l'azienda ha chiesto ad Advantech di offrire una gamma completa di soluzioni per consentire ai dispositivi in campo di connettersi tra loro, acquisire dati, convertire protocolli di comunicazione, elaborare volumi di dati ed eseguire la gestione del cloud. La richiesta, in generale, riguardava quanto segue:

  • Una “platform as a service” (PaaS) prontamente disponibile per la creazione di un cloud privato a Taiwan.
  • Strumenti di programmazione di facile apprendimento e utilizzo per accelerare il processo di sviluppo secondario.
  • Dispositivi hardware rugged e affidabili in grado di resistere al caldo intenso del clima desertico di Dubai.

Realizzazione del progetto

Advantech ha offerto a ICP una combinazione di soluzioni software e hardware per progettare il sistema di monitoraggio remoto: il modulo I/O Ethernet IoT WISE-4010, il gateway di comunicazione industriale ECU-1251, il computer di automazione ECU-4784, il server industriale HPC-7242 , la piattaforma IoT WISE-PaaS e WISE-PaaS/WISE.M+ e un programma di controllo grafico basato su browser WebAccess/SCADA.



Questo sistema di monitoraggio ha funzionato in modo da consentire ai ricercatori di Taiwan di tenere d'occhio le strutture espositive a Dubai. WISE-4010 e ECU-1251 funzionavano in entrambe le strutture di visualizzazione: il primo dispositivo raccoglieva molti dati che comprendevano temperature della superficie del vetro, temperature ambientali e umidità, consumo di elettricità (da contatori di potenza) e funzionamento A/C (da trasmettitori di raggi infrarossi), mentre quest'ultimo ha pretrattato questi dati. I dati sono stati inviati al computer ECU-4784 (installato nelle scatole elettriche esterne), che poi li ha convertiti in un formato compatibile con il protocollo IEC61850 (che il computer supportava) e li ha inviati tramite rete 4G al server HPC-7242 a Taiwan. I dati sono stati visualizzati in tempo reale su un cloud privato costruito da ICP su WISE-PaaS e WISE-PaaS/WISE.M+.

I dispositivi hardware utilizzati nel sistema di monitoraggio, il modulo I/O, i computer e il server, erano robusti e ciascuno funzionava normalmente in un'ampia gamma di temperature. Il computer ECU-4784 ha effettivamente convertito e consegnato i dati ricevuti, anche se funzionava all'interno di scatole elettriche a una temperatura che era di diversi gradi superiore ai 45°C. Il computer, progettato per cabine elettriche e certificato dalle norme IEC 61850-3 e IEEE 1613, si è dimostrato più resistente a disturbi, vibrazioni e urti rispetto ai modelli ordinari.

Il sistema di monitoraggio utilizzava due programmi software: WISE-PaaS/EnSaaS e WISE-PaaS/WISE.M+ a livello di cloud e WebAccess/SCADA a livello di edge. Insieme, sono stati fondamentali per ottenere una perfetta integrazione end-to-cloud per il sistema. Entrambi fornivano un'interfaccia utente simile a un dashboard in cui un system integrator visualizzava i dati da tutti i dispositivi al livello inferiore. IPC, che aveva poco tempo per avviare il sistema di monitoraggio, si è affidato all'interfaccia per semplificare il processo di configurazione delle impostazioni e trascinare e rilasciare oggetti sulla piattaforma cloud di Advantech per un ambiente di programmazione semplice. In tal modo, IPC ha completato la fase secondaria dello sviluppo del sistema prima del previsto adottando un approccio personalizzato. I programmi software forniti da Advantech hanno dimezzato il tempo complessivo necessario per progettare il sistema.

L'ambiente di programmazione basato sul Web ha facilitato il monitoraggio remoto, consentendo agli utenti di accedere tramite un normale browser, controllare i dati ed eseguire comandi online. Con l'accesso a Internet, gli utenti hanno visualizzato i dati inviati dalle strutture espositive a Dubai e hanno regolato le temperature dell'aria condizionata nelle strutture in risposta alle condizioni ambientali locali.

Fondamentalmente, IPC ha sfruttato l'elevata scalabilità di WISE-PaaS e WISE-PaaS/WISE.M+. Ora che HISG era in servizio in aeroporto, IPC ha migliorato il suo cloud esistente con app e strumenti aggiuntivi offerti da WISE-PaaS e WISE-PaaS/WISE.M+. Ad esempio, il sistema di monitoraggio era dotato di WISE-PaaS/EdgeLink (un programma di conversione del protocollo) e WISE-PaaS/WISE.M+ (una piattaforma IoT per la gestione in tempo reale) per incorporare dispositivi che consumavano energia e/o eseguivano il controllo ambientale. Grazie a questo miglioramento, il sistema ha consentito un monitoraggio più approfondito delle apparecchiature e ha contribuito a una riduzione dell'energia su scala più ampia rispetto a prima.

Prodotti utilizzati:

  • WISE-4010: 4-ch Current Input and 4-ch Digital Output IoT Ethernet I/O Module
  • ECU-1251: TI Cortex A8 Industrial Communication Gateway with 2 x LAN, 4 x COM Ports
  • ECU-4784: IEC-61850-3 Certified Power Automation Computer 
  • HPC-7242: 2U Rackmount Chassis for ATX Motherboard with 4 Hot-Swap SAS/SATA HDD Trays and RPS
  • WISE-PaaS/EnSaaS: Industrial PaaS Solution for the Edge to Cloud Service
  • WISE-PaaS/WISE.M+: Cloud-enabled Industrial IoT Real-Time Monitoring and Operating Platform
  • WebAccess/SCADA: Browser-based SCADA Software Platform

Diagramma del sistema

Conclusioni

Per i dispositivi progettati per produrre energia rinnovabile, come l'HISG (vetro a controllo solare) o i pannelli solari, è essenziale un sistema di monitoraggio remoto in grado di visualizzare i dati operativi in ​​un ambiente cloud. Ciò garantisce che gli operatori possano controllare il dispositivo mentre genera energia in modo tempestivo e valutare se sta svolgendo correttamente il proprio lavoro, riducendo a sua volta il consumo di elettricità e i costi. Attingendo alle soluzioni intuitive e di facile manutenzione di Advantech, ICP è stata in grado di accorciare i tempi di sviluppo del sistema di monitoraggio. Utilizzando questo sistema, il team del Prof. Young ha testato il loro materiale da costruzione a risparmio energetico a migliaia di chilometri di distanza e ha dimostrato come funzionavano. Vantando un time-to-market molto breve, questo sistema di monitoraggio è in cima alla lista delle soluzioni di energia solare che i clienti di IPC prenderanno in considerazione di implementare.


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