2.5 – Il telecontrollo e i servizi di pubblica utilità

Il ruolo assunto negli ultimi decenni dalle tecnologia dell’automazione nell’ambito dei servizi di pubblica utilità e in particolare i vantaggi delle soluzioni di telecontrollo, è sinteticamente indicato nelle parole con le quali il Prof. Furio Cascetta ha introdotto il Convegno “Il telecontrollo di reti di pubblica utilità – Automazione dei servizi a rete e dei monitoraggi ambientali per il miglioramento della qualità della vita”, organizzato da Anie Assoautomazione, Gisi e Città d’Acqua a Venezia nel novembre 2001. “Le mutate condizioni del mercato dei servizi di pubblica utilità e il modificato quadro normativo e legislativo di riferimento (liberalizzazione, privatizzazione) impongono sempre più l’adozione di adeguati modelli di gestione aziendale dei servizi. La necessità di rendere competitive le aziende che operano in tale settore (riduzione dei costi, eliminazione degli sprechi, incremento degli utili) spinge in maniera crescente verso l’adozione di sistemi di monitoraggio, di telecontrollo e di automazione degli impianti e dei servizi a rete. Il telecontrollo è un insostituibile strumento sia per l’automazione e la gestione da remoto degli impianti preposti al servizio pubblico, sia per la raccolta e l’elaborazione dei dati e delle informazioni prelevati dal “campo” (monitoraggi ambientali del territorio). La telematica applicata ai servizi di pubblica utilità consente di migliorarne la qualità e, più in generale, di elevare il livello qualitativo della vita dei cittadini che vivono e lavorano in un determinato territorio. L’automazione e il telecontrollo rappresentano, inoltre, una notevole opportunità di trasparenza nell’informazione e nella comunicazione per la cittadinanza, grazie alla possibilità di gestire “quasi in tempo reale” (ad esempio tramite la rete Internet) le informazioni di maggiore interesse per i cittadini. Il telecontrollo può rappresentare, quindi, una soluzione anche per le amministrazioni pubbliche (comunali, provinciali e regionali) e per gli organismi di controllo (autorità e garanti), sempre più impegnati nel migliorare i rapporti con l’utenza e nell’accrescere la soddisfazione del cittadino – cliente”.

Il telecontrollo, inteso sia come automazione e gestione remota di impianti, sia come sistema di raccolta, elaborazione e contabilizzazione di dati e informazioni prelevati dal campo, è diventato uno strumento insostituibile nell’ambito della modernizzazione delle reti di pubblica utilità. Public company e gestori di reti sono fortemente orientati alla ricerca e all’applicazione di tecnologie in grado di assicurare qualità dei servizi erogati, redditività degli impianti e risparmio energetico.
Negli ultimi anni si è assistito a una forte crescita su scala nazionale e internazionale dei sistemi di telemisura, telecontrollo e telesorveglianza nei settori – tutti attraversati da forti spinte all’espansione e all’innovazione delle energie rinnovabili, delle infrastrutture, del mercato dell’energia e del gas.
Le aziende del settore utility sono interessate da restrizioni normative e ambientali, da pressioni competitive del mercato e dall’ingresso di nuovi attori. La principale leva tecnologica per migliorare i servizi e ridurre i costi di gestione è rappresentata dall’ICT (Information Communication Technology). In questo contesto lo Scada (Supervisory Control And Data Acquisition) è la tecnologia di controllo dominante.
Nelle reti di pubblica utilità le architetture Scada devono conformarsi a esigenze di funzionamento in rete e di integrazione con altri sistemi per l’analisi dei dati.
La maggior parte degli Scada nelle public utility gira infatti su reti LAN (Local Area Network) e WAN (Wide Area Network) che collegano processori e RTU (Remote Terminal Unit), scalando dai dispositivi locali di stabilimento, macchina o impianto, fino alla copertura di grandi aree attraverso architetture di tipo client/server, nelle quali sussistono connessioni dirette o dedicate tra server e nodi client/remoti.
Nell’ambito dei telecontrolli delle reti elettriche, le misure delle grandezze operative di rete trattate dagli Scada/EMS (Energy Management System) sono fornite dagli apparati RTU (Remote Terminal Unit) e trasmessi ai centri di controllo con l’ausilio di protocolli di comunicazione specifici quali IEC 60870-5-104 e IEC 60870-5-101.
Le applicazioni di telemisura e telecontrollo sono parte fondante del wireless industriale, soprattutto al fine di assicurare letture e comandi a distanza nelle reti di distribuzione e verso impianti non presidiati. Le prime applicazioni di telegestione impiegavano ponti radio, con segnali di potenza e canali di trasmissione concordati con le autorità competenti.
Le novità normative e tecnologiche degli ultimi decenni hanno consentito la
standardizzazione dei segnali e dei protocolli, nonché la riduzione delle dimensioni e dei costi degli apparati. Ad imporsi velocemente su scala globale è stato il sistema GSM (Global System for Mobile Communications) e le sue evoluzioni 2,5 G e 3 G.
In particolare, le tecnologie EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution), GPRS (General Packet Radio Service), UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) hanno permesso un flusso di maggiori quantità di dati e applicazioni basate su Internet.
Di recente nei telecontrolli si sono diffuse diverse tecnologie che operano a 2,4 GHz, tra cui lo standard Bluetooth per la trasmissione seriale con modalità punto-punto o multipunto.
Vale infine la pena elencare le tecnologie di rete emergenti nella gestione dei telecontrolli, dove ottimizzazione dei consumi e gestione di grandi quantità di dati vanno di pari passo: Internet of Things, piattaforme Cloud, sistemi virtuali, WSN (Wireless Sensor Network), Energy Management e Big Data Management, Smart Grid e Smart City.
Un decennio di sviluppo
È negli ultimi dieci anni che si è assistito a una crescente diffusione e applicazione di questi sistemi e soluzioni, che hanno interessato la maggior parte dei servizi di pubblica utilità. L’evoluzione è ben descritta nell’Osservatorio dell’Industria Italiana dell’Automazione
e Misura 2012 di Asso Automazione, nel contributo di Antonio De Bellis, Presidente Gruppo Telecontrollo, Supervisione e Automazione delle Reti.
“Il comparto prosegue l’evoluzione intrapresa da un decennio con una sempre maggiore convergenza tra il mondo operativo, dell’automazione, monitoraggio e controllo con quello ICT (Information & Communication Technology). In questa convergenza, l’aspetto originario del monitoraggio e controllo remoto si è arricchito di altre funzioni e significati, interagendo con ambiti quali l’efficientamento energetico, la sicurezza ed affidabilità del servizio erogato, la riduzioni delle perdite e delle emissioni inquinanti, la sostenibilità. Nei comparti del settore, l’interazione con questi ambiti è a diversi stadi di maturità, guidata dalle differenti evoluzioni in corso e dagli investimenti intrapresi. Significative sono le competenze e le esperienze maturate in questo percorso dalle nostre aziende del settore (…). La crescita del business è associata principalmente agli obiettivi di efficienza energetica, di sicurezza ed affidabilità del servizio da erogare, di riduzione delle perdite e delle emissioni inquinanti, di sostenibilità. La diffusa applicazione dell’automazione e del telecontrollo su tutta la filiera delle reti di pubblica utilità, guidata dai paradigmi di sostenibilità, sono importanti driver del nostro business nei prossimi anni. All’industria sono stati richiesti sforzi per sviluppare adeguate soluzioni tecnologiche, rispondenti funzionalmente ed economicamente alle necessità dettate dall’ampia applicazione sulla rete. Due aspetti prevalgono su altri: la sicurezza e l’esplosione delle quantità di dati/informazioni.Negli ultimi anni si è affermata la questione della sicurezza, in termini di cyber security, con il progredire e il diffondersi di connessioni di rete, nonché l’uso di tecnologie ICT e intranet/ intranet. Con le reti intelligenti questa problematica assumerà contorni ancora più complessi e critici, richiedendo particolare attenzione nell’affrontarla e risolverla. Sarà fondamentale disporre di componenti e sistemi che intrinsecamente siano progettati per gestire la sicurezza: dovrà altresì essere garantita una flessibilità e dinamicità delle soluzioni per inseguire l’evoluzione della tematica, le normative e i livelli di protezione da implementare. Questa voce andrà ad incidere sui costi di approvvigionamento, ma soprattutto di manutenzione ed evoluzione delle reti, richiedendo di essere opportunamente valutata, nella fase di investimento ed esercizio, da parte della utility. Una rete intelligente prevede un’esplosione dei dispositivi “intelligenti”, in grado di generare e diffondere dati ed informazioni per migliorare la pianificazione, l’utilizzo della rete e l’erogazione del servizio associato. Con i contatori intelligenti si sono avute le prime avvisaglie dell’incremento in termini di volumi di dati da gestire per una Utility. La penetrazione dell’intelligenza e dell’automazione verso l’utente finale e un tasso di automazione delle reti di distribuzione ai livelli di quello delle reti di trasporto e trasmissione, faranno esplodere i volumi di dati, richiedendo di attrezzarsi e di concepire una gestione delle informazioni in modo differente. Gli effetti di tutto ciò sul comparto dell’automazione e del telecontrollo sono ancora da delineare: sicuramente il comparto non ne rimarrà immune”.

La maggior parte degli Scada nelle public utility gira infatti su reti LAN (Local Area Network) e WAN (Wide Area Network) che collegano processori e RTU (Remote Terminal Unit), scalando dai dispositivi locali di stabilimento, macchina o impianto, fino alla copertura di grandi aree attraverso architetture di tipo client/server, nella quali sussistono connessioni dirette o dedicate tra server e nodi client/remoti.
Nell’ambito dei telecontrolli delle reti elettriche, le misure delle grandezze operative di rete trattate dagli Scada/EMS (Energy Management System) sono fornite dagli apparati RTU (Remote Terminal Unit) e trasmessi ai centri di controllo con l’ausili di protocolli di comunicazione specifici quali IEC 60870-5-104 e IEC 60870-5-101.
Le applicazioni di telemisura e telecontrollo sono parte fondante del wireless industriale, soprattutto al fine di assicurare letture e comandi a distanza nelle reti di distribuzione e verso impianti non presidiati.
Le prime applicazioni di telegestione impiegavano ponti radio, con segnali di potenza e canali di trasmissione concordati con le autorità competenti. Le novità normative e tecnologiche degli ultimi decenni hanno consentito la standardizzazione dei segnali e dei protocolli, nonché la riduzione delle dimensioni e dei costi degli apparati. Ad imporsi velocemente su scala globale è stato il sistema GSM (Global System for Mobile Communications) e le sue evoluzioni 2,5 G e 3G.
In particolare, le tecnologie EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution), GPRS (General Packet Radio Serice), UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) hanno permesso un flusso di maggiori quantità di dati e applicazioni basate su Internet.
Di recente nei telecontrolli si sono diffuse diverse tecnologie che erano a 2,4 GHz, tra cui lo standard Bluethooth per la trasmissione seriale con modalità punto-punto o multipunto.
Vale infine la pena elencare le tecnologie di rete emergenti nella gestione dei telecontrolli, dove ottimizzazione dei consumi e gestione di grandi quantità di dati vanno di pari passo: Internet of Things, piattaforme Cloud, sistemi virtuali, WSN (Wireless Sensor Network), Energy Management e Big Data Management, Smart Grid e Smart City.

“Il comparto prosegue l’evoluzione intrapresa da un decennio con una sempre maggiore convergenza tra il mondo operativo, dell’automazione, monitoraggio e controllo con quello ICT (Information & Communication Technology). In questa convergenza, l’aspetto originario del monitoraggio e controllo remoto si è arricchito di altre funzioni e significati, interagendo con ambiti quali l’efficientamento energetico, la sicurezza ed affidabilità del servizio erogato, la riduzioni delle perdite e delle emissioni inquinanti, la sostenibilità. Nei comparti del settore, l’interazione con questi ambiti è a diversi stadi di maturità, guidata dalle differenti evoluzioni in corso e dagli investimenti intrapresi. Significative sono le competenze e le esperienze maturate in questo percorso dalle nostre aziende del settore (…). La crescita del business è associata principalmente agli obiettivi di efficienza energetica, di sicurezza ed affidabilità del servizio da erogare, di riduzione delle perdite e delle emissioni inquinanti, di sostenibilità. La diffusa applicazione dell’automazione e del telecontrollo su tutta la filiera delle reti di
pubblica utilità, guidata dai paradigmi di sostenibilità, sono importanti driver del nostro business nei prossimi anni. All’industria sono stati richiesti sforzi per sviluppare adeguate soluzioni tecnologiche, rispondenti funzionalmente ed economicamente alle necessità dettate dall’ampia applicazione sulla rete. Due aspetti prevalgono su altri: la sicurezza e l’esplosione delle quantità di dati/informazioni. Negli ultimi anni si è affermata la questione della sicurezza, in termini di cyber security, con il progredire e il diffondersi di connessioni di rete, nonché l’uso di tecnologie ICT e intranet/ intranet. Con le reti intelligenti questa problematica assumerà contorni ancora più complessi e critici, richiedendo particolare attenzione nell’affrontarla e risolverla. Sarà fondamentale disporre di componenti e sistemi che intrinsecamente siano progettati per gestire la sicurezza: dovrà altresì essere garantita una flessibilità e dinamicità delle soluzioni per inseguire l’evoluzione della tematica, le normative e i livelli di protezione da implementare. Questa voce andrà ad incidere sui costi di approvvigionamento, ma soprattutto di manutenzione ed evoluzione delle reti, richiedendo di essere opportunamente valutata, nella fase di investimento ed esercizio, da parte della utility. Una rete intelligente prevede un’esplosione dei dispositivi “intelligenti”, in grado di generare e diffondere dati ed informazioni per migliorare la pianificazione, l’utilizzo della rete e l’erogazione del servizio associato. Con i contatori intelligenti si sono avute le prime avvisaglie dell’incremento in termini di volumi di dati da gestire per una Utility. La penetrazione dell’intelligenza e dell’automazione verso l’utente finale e un tasso di automazione delle reti di distribuzione ai livelli di quello delle reti di trasporto e trasmissione, faranno esplodere i volumi di dati, richiedendo di attrezzarsi e di concepire una gestione delle informazioni in modo differente. Gli effetti di tutto ciò sul comparto dell’automazione e del telecontrollo sono ancora da delineare: sicuramente il comparto non ne rimarrà immune“.

Un percorso analogo lo stanno percorrendo le aziende che gestiscono i servizi di pubblica utilità. Infatti, l’esigenza di una gestione oculata delle risorse, la necessità di garantire continuità al servizio fornito e nuovi requisiti normativi e legislativi hanno spinto le aziende di servizi ad adeguare le proprie reti distributive rendendole intelligenti. Una “rete intelligente” è in grado di ottimizzare in termini di qualità, efficienza ed affidabilità il servizio al quale è dedicata grazie all’utilizzo di moderne tecnologie di automazione e telecontrollo.
Sono quindi necessarie infrastrutture di reti adeguate ed efficienti, capaci di effettuare il servizio cui sono dedicate nel modo migliore, governate sia per il proprio esercizio che per la propria manutenzione con metodologie intelligenti.
In particolar modo soluzioni tecnologicamente avanzate sono rese disponibili per realizzare gestioni innovative ed efficienti delle reti di distribuzione idrica. Le attività in questo settore sono piuttosto articolate e complicate, dovendo rispondere di una risorsa tanto preziosa ed indispensabile.

Gallerie ferroviarie
I sistemi di automazione con PLC e Scada sono stati ampiamente utilizzati nella realizzazione delle gallerie ferroviarie del treno ad alta velocità TAV.
In particolare il tratto Bologna – Firenze lungo circa 80 km presenta una serie di gallerie per un totale di circa 70 km. In queste gallerie sono state predisposte le strutture destinate all’esodo in sicurezza dei passeggeri in caso di sinistri:
■ sistemi per l’illuminazione di emergenza delle gallerie,
■ sistemi di illuminazione e servizi ausiliari delle piazzole e dei raccordi di by-pass,
■ sistemi idrici antincendio lungo le gallerie,
■ sistemi di ventilazione per le “finestre“ di esodo.
Il controllo di questi sistemi è realizzato con l’impiego di circa 900 PLC collegati in rete Ethernet ridondata; ogni tratta di galleria è gestita dai PLC di coordinamento posizionati ai due imbocchi.
Tutte le informazioni raccolte e gestite dai PLC di imbocco e di galleria sono riportate al centro di controllo di Bologna.

Gallerie stradali
Le nuove normative Anas in tema di sicurezza delle gallerie stradali prevedono l’utilizzo di PLC e sistemi di Supervisione che secondo logiche ben definite e con architetture standardizzate controllino tutti i sistemi tecnologici della galleria, ovvero:
■ ventilazione,
■ Illuminazione permanente e di rinforzo,
■ rilevamento incendio,
■ antincendio,
■ rilevamento traffico,
■ segnalazione: semafori, pannelli a messaggi variabili, colonnine SOS,
■ alimentazione elettrica: da rete, da UPS, da gruppi elettrogeni,
■ video,
■ diffusione sonora.

Porti
Nei porti operano diversi tipi di macchine atte a caricare e scaricare le navi; fra queste macchine citiamo:
■ ponti scaricatori per container,
■ cavalletti per movimentazione container all’interno del porto,
■ stacker per la messa a parco di materiale sfuso,
■ reclaimer per la ripresa da parco del materiale sfuso,
■ nastri trasportatori,
■ gru a braccio per movimentazione materiale vario,
■ ponti scaricatori a benna per materiali granulari (carbone, minerale, granaglie ecc.).
Il sistema di controllo di tutte queste macchine viene realizzato attualmente con architetture di automazione basate su PLC.

I principali contenuti innovativi del sistema proposto risiedono nell’ampia scalabilità della soluzione e nella modalità di definizione di processi GRID attraverso una descrizione formale delle risorse necessarie e le condizioni di schedulazione. Le risorse intese come nodi GRID (computer, server, cluster virtuali, storage di rete) sono individuate sulla base della loro profilazione (capacità computazionali, dimensioni dello spazio di storage) per effettuare l’allocazione e l’attivazione dei processi. La ricezione di notifiche via e-mail o sms (allarmi o semplice avviso di avvenuta esecuzione), e l’interrogazione via web permette di controllare lo stato di esecuzione dei processi e delle risorse e di intervenire in caso di malfunzionamenti. Tale tecnologia è attualmente utilizzata per il monitoraggio e il controllo remoto sullo stato di portali (accesso al portale, prestazioni di rete) nel settore dei social network e media service e dei loro sottosistemi (gestione failover e ripristino di processi e servizi). L’accesso ai servizi avviene attraverso un portale web semplice e intuitivo, nascondendo i dettagli implementativi legati all’utilizzo ottimale delle risorse di calcolo del GRID sottostante e consente l’accesso al sistema di controllo da sistemi mobili in ogni momento e in ogni luogo.