monitoraggio remoto di un impianto di depurazione

Università degli Studi di Perugia – Facoltà di Ingegneria
Corso di Laurea in Ingegneria Informatica e delle Telecomunicazioni
A.A. 2007-2008
Candidato: Gabriele Gasperoni
Relatore: Ing. Andrea Zanobini
Azienda collaboratrice: C.S. Sistemi di Controllo di Montefiascone (VT)
Abstract della tesi di laurea
MONITORAGGIO REMOTO DI UN IMPIANTO DI DEPURAZIONE
L’obiettivo della tesi è quello di progettare un sistema di monitoraggio remoto di un processo
reale, sviluppandone gli aspetti essenziali. Attraverso l’utilizzo di hardware economico e software
evoluti si è realizzato un sistema affine a quelli implementati nei processi reali a livello
industriale.
Come processo da monitorare è stato scelto un impianto di depurazione di acque reflue. Il
sistema è in grado di monitorare tutti i parametri fondamentali per il corretto funzionamento
dell’impianto e consente di visualizzarli sullo schermo di qualsiasi computer collegato ad
Internet. Di seguito si mostra lo schema a blocchi del sistema progettato (Figura 1).
Impianto di
depurazione
Scheda
acquisizione
RS 232
Pc con
LabView e
LogMeIn
Internet
Pc o altro
strumento con
browser Web
Figura 1 Schema a blocchi del sistema progettato
Come si vede in figura, esso è composto dall’impianto di depurazione (il processo da
monitorare), da una scheda di acquisizione e da due personal computer collegati a internet.
La scheda acquisisce i segnali dai sensori presenti nell’impianto di depurazione, li elabora e, se
necessario, interviene agendo con dei controlli automatici. Dopodiché invia i dati al PC tramite
porta seriale RS-232. Nel computer è installato uno strumento virtuale realizzato con LabView
per rendere più semplice ed immediata la visualizzazione dei dati da parte dell’utente. Nel PC si
trova anche un altro programma, LogMeIn Free, per mettere in pratica il monitoraggio remoto.
Grazie a questo software gratuito è possibile vedere lo schermo del computer dell’impianto da
qualsiasi altro computer remoto; il tutto semplicemente accedendo ad una pagina web.
Come detto sopra si è ipotizzato di monitorare un impianto di depurazione di acque reflue, o
meglio, delle sue parti più importanti. Progettare un sistema di monitoraggio per un intero
impianto di depurazione sarebbe risultato troppo impegnativo e fuori dagli scopi di questa tesi.
Esso è costituito da tre vasche di contenimento per le acque reflue (figura 2). Nella prima,
chiamata “Serbatoio di arrivo”, arrivano gli scarichi provenienti dalle fogne dopo essere stati
privati dei materiali più grandi con delle griglie. Qui le acque reflue, solitamente acide, vengono
neutralizzate attraverso l’aggiunta di calce e inviate alla seconda vasca, chiamata “Vasca di
ossigenazione”. In questa fase i liquidi vengono depurati dalle sostanze organiche con dei
batteri, definiti “fanghi attivi”, i quali necessitano di una certa quantità di ossigeno per rimanere
vivi e svolgere la propria attività. Dopodiché le acque vengono rilanciate nell’ultima vasca,
chiamata “Serbatoio di uscita”. In questa fase i liquidi residui vengono disinfettati mediante
l’aggiunta di cloro e resi disponibili come acque per l’irrigazione.
Calce
Fognatura
Ossigeno
Cloro
Serbatoio
Vasca
Griglie di
di
di
Serbatoio
di
filtraggio
arrivo
ossigenazione
uscita
Acque
per
irrigazione
Figura 2 Schema illustrativo dell’impianto di depurazione da monitorare
All’interno delle tre vasche sono presenti:
sensori e rilevatori per estrarre i parametri da monitorare;
pompe per il circolo dei liquidi tra le vasche (pompe di rilancio) e per l’attività di
depurazione delle acque reflue (aggiunta di calce, cloro ed ossigeno);
interruttori comandati per l’accensione e lo spegnimento dei motori.
I parametri analogici, rilevati dai sensori, sono:
•
acidità delle acque, ossia livello del pH, nel serbatoio di arrivo;
•
concentrazione dell’ossigeno nella vasca di ossigenazione;
•
livello della vasca di ossigenazione;
•
portata in uscita dell’impianto, misurata dopo il serbatoio d’uscita;
•
concentrazione del cloro nel serbatoio di uscita.
I parametri digitali, trasmessi dai rilevatori, sono:
•
accensione e interruttore termico dei motori di
o rilancio dal serbatoio di arrivo alla vasca di ossigenazione (chiamato Rilancio 1);
o rilancio dalla vasca di ossigenazione al serbatoio di uscita (Rilancio 2);
o soffiaggio aria nella vasca di ossigenazione (Soffiaggio 1 e 2);
•
accensione dei motori di aggiunta della calce nel serbatoio di arrivo e del cloro nel
serbatoio di uscita;
•
livello dei serbatoi di calce e cloro e dei serbatoi di arrivo e di uscita (con dei
galleggianti);
•
presenza della rete (con un rilevatore di rete).
La scheda di acquisizione utilizzata è stata progettata dalla C.S. Sistemi di Controllo ed è in
grado di acquisire ed elaborare tutti i parametri soprascritti. In figura 3 si mostra la disposizione
fisica dei vari componenti sulla scheda stessa.
SCHEDA DI
ESPANSIONE
USCITE
ANALOGICHE
CLOCK INTERNO
INGRESSI
DIGITALI
USCITE DIGITALI
MICRO
RS232
PROCESSORE
INGRESSI
DIGITALI
INGRESSI
ANALOGICI
ALIMENTAZIONE
INGRESSI
DIGITALI
PORTA DI
PROGRAMMAZIONE
Figura 3 Scheda di acquisizione utilizzata
Sulla scheda è installato il microprocessore 18F4620 prodotto dalla Microchip, visibile sulla
destra in figura 3. Esso è il “cervello” elettronico di tutto il sistema di monitoraggio progettato.
Infatti, grazie alle sue numerose funzionalità, è possibile controllare automaticamente tutti i
parametri dell’impianto senza l’uso di un computer esterno. Il microprocessore è stato
programmato in linguaggio Basic per acquisire i segnali analogici e digitali collegati agli ingressi
e intervenire automaticamente per riportare i livelli dei parametri analogici nella norma,
comandando attraverso le uscite digitali l’accensione o lo spegnimento dei motori appropriati.
Come detto sopra è stato sviluppato uno strumento virtuale con il programma LabView per
visualizzare i dati su uno schermo. Esso è composto da un interfaccia utente, il front panel, che
risulta l’unica parte visibile dall’utente, e da uno schema a blocchi, il block diagram, che
costituisce il codice di programmazione del front panel.
Attraverso l’interfaccia utente, illustrata in figura 4, si possono consultare tutti i parametri
monitorati con un solo colpo d’occhio.
Figura 4 Interfaccia utente dello strumento virtuale realizzato con LabView
Grazie alla presenza di spie, display ed indicatori simili a quelli tradizionali anche un operatore
non esperto di informatica è in grado di leggere semplicemente questa schermata. Gli elementi
principali del front panel sono il quadro Segnalazioni, per visualizzare rapidamente i parametri
digitali, il quadro sinottico, per avere un’idea visiva dello stato dell’impianto, e il quadro Allarmi,
dove vengono visualizzate tutte le anomalie riscontrate.
Nonostante il sistema sia stato progettato per un processo ben definito si sono lasciate
comunque valide molte procedure anche per il monitoraggio di altri processi. La scheda di
acquisizione utilizzata, infatti, può essere impiegata anche in altre applicazioni, semplicemente
cambiando qualche riga di codice. Ancor più “universale” è il programma usato per il
monitoraggio remoto, LogMeIn, che può essere utilizzato per qualsiasi esigenza di controllo
remoto. L’unica parte realizzata “ad hoc” è lo strumento virtuale sviluppato in LabView, anche se
la facilità di utilizzo del software della National Instruments consente di costruire rapidamente
applicativi per ogni esigenza.