SENECA e Gowan Adria per la diagnostica delle infrastrutture e il monitoraggio di eventi sismici

GOWAN ADRIA appartiene ad una società americana che opera a livello mondiale nel settore dell’agricoltura con la produzione di fungicidi a base di rame. In Italia la produzione viene realizzata in 4 stabilimenti (Adria, Aprilia, Bussi sul Tirino e Novara). Gowan Adria ha scelto l’hardware di controllo, l’ingegneria di sistema e lo sviluppo di software applicativo forniti da SENECA per realizzare un sistema di monitoraggio per la misurazioni di eventi sismici e lo studio del comportamento dinamico del proprio stabilimento di Adria. Un sistema di monitoraggio sismico fornisce dati oggettivi sugli effetti di un terremoto su beni e infrastrutture rendendo possibile la tutela di vite umane, la gestione in tempo reale di sistemi di prevenzione e allarme, la rapida delle attività produttive.

Forte di queste premesse e di una specifica attenzione sul tema della sicurezza, Gowan Adria, azienda leader a livello mondiale nel mercato degli agrofarmaci, per il proprio stabilimento di Adria ha adottato la tecnologia e l’ingegneria Seneca allo scopo di realizzare un sistema di monitoraggio di eventi sismici. Il sistema rileva l’evento su tre punti dislocati strategicamente nello stabilimento, convogliando le segnalazioni di allarme e preallarme al sistema di controllo in corrispondenza di un unico nodo centrale.

Stabilimento Gowan di Adria si sviluppa su una superficie totale di 73.000 mq e può produrre fino a 22.000 tonnellate/anno di fungicidi a base di rame.

Lo studio del moto sismico

Nella progettazione del sistema di monitoraggio, la divisione ingegneria di Seneca ha anzitutto distinto l’attività microsismica caratterizzata da vibrazioni di debole ampiezza e periodi molto grandi tali da non essere percepiti dai più comuni strumenti di registrazione e l’attività strong motion. Quest’ultima è caratterizzata da vibrazioni di ampiezza e periodo tali da produrre danni su ambiente e infrastrutture e rilevabile coi più comuni strumenti. Per valutare gli effetti dell’attività strong motion su un determinato sito occorre una descrizione quantitativa e oggettiva del moto sismico al sito includendo le componenti ortogonali della traslazione e quella della rotazione. Le componenti della traslazione vengono generalmente misurate e registrate ad esempio in termini di accelerazione (accelerogrammi), in forma analogica o numerica. In tal caso per rappresentare adeguatamente ciascun picco o ciascuna inversione occorre un passo sufficientemente piccolo, es 0.01 s.

Le informazioni utili ai fini ingegneristici per rappresentare il moto sismico al sito riguardano l’ampiezza, il contenuto in frequenza e la durata. Tali informazioni devono essere ricavate dalla registrazione, ma possono essere sintetizzate in una serie di parametri (parametri del moto sismico). Utilizzando delle opportune leggi (leggi d’attenuazione) è possibile prevedere la variazioni di tali parametri con la distanza epicentrale. In definitiva i parametri sismici che è possibile utilizzare sono molti: alcuni focalizzano solo uno degli aspetti del moto sismico, altri più di uno, comunque è sempre opportuno utilizzare sempre più di un parametro per caratterizzare il moto sismico al sito avendo cura di scegliere quelli che meglio evidenziano l’aspetto del moto che interessa per il problema in esame.

La soluzione proposta

Per l’acquisizione del movimento provocato da un eventuale terremoto il team di Ingegneria Seneca ha individuato nel sensore di vibrazioni Dytran 7503D1 la soluzione ideale. Si tratta di un accelerometro triassiale MEMS a capacità variabile e alta precisione Il sensore combina un chip accelerometrico integrato con un microazionamento, un buffer a bassa impedenza e un’uscita differenziale per misure di accelerazione a basso livello. Il sensore rileva vibrazioni su 3 assi (x,y,z), in un range pari a ± 5g, con una frequenza massima di 400 Hz e un’uscita analogica di -5 Vdc per ciascun asse. Un movimento sismico “Strong Motion”, caratterizzato da vibrazioni di ampiezza e periodo tali da produrre danni su ambiente ed infrastrutture, ha ampiezze comprese tra 0.001g e 1g e frequenze da 0.06Hz e 25 Hz. Considerando tali parametri, Dytran 7503D1 ha caratteristiche adeguate per rilevare l’evento sismico.

In ciascun punto di acquisizione l’accelerometro è collegato a un modulo di acquisizione dati eneca Z-8AI. Z-8AI è un modulo con interfaccia ModBUS RTU per la gestione fino a 8 segnali analogici in tensione o in corrente nei range ± 2,5 Vdc, ± 10 Vdc e ± 20 mA con risoluzione a 16 bit e tempo di aggiornamento delle misure di 10 ms. L’alimentazione ausiliaria del modulo può alimentare tutti e 8 i loop di corrente contemporaneamente. L'isolamento degli ingressi rispetto ai restanti circuiti in bassa tensione è di 1.500 Vac.

I tre valori letti dal modulo (1 per ciascun asse del sensore) sono campionati da una CPU locale (Seneca Z-TWS11) che filtra i segnali in ampiezza e in durata, con due soglie di pre allarme e di allarme. Z-TWS11 è un’unità di controllo multifunzione e multiprotocollo programmabile tramite ambiente SoftPLC IEC 61131-1 Straton. Il controllore dispone a bordo anche di 2 Ingressi analogici a 16 bit configurabili in tensione o in corrente e può realizzare sistemi di automazione espandibili con moduli I/O ModBUS / Ethernet. L’elevata connettività di Z-TWS11 è assicurata da 1 porta Ethernet RJ45 frontale 10/100 Mbps, 1 porta RS485, 1 porta RS232/RS485, 1 porta microUSB laterale. Inserendo una unità Z-TWS11 per ogni punto di rilevamento si è resa più completa e precisa l’elaborazione del segnale di accelerazione.

Schema funzionale del sistema di rilevamento sismico

Gestione parametri e allarmi

Allarmi, segnalazioni e parametri di impianto sono informazioni fondamentali di ogni sistema di monitoraggio. In questo caso sono usati per rilevare preventivamente movimenti sismici che potrebbero comportare guasti critici, ferire un operatore o bloccare la produzione. La tecnologia Seneca adottata è alla base di un sistema di allarme centralizzato PLC/HMI che comunica via radio con le aree periferiche dell’impianto.

Per ogni punto di acquisizione è infatti stato installato un sistema radio Seneca Z-AIR-1, un radiomodem simplex/half duplex, 868 - 870 MHz, con antenna integrata che trasferisce l’informazione in un nodo centrale dello stabilimento. In questo punto, tramite il terminale Seneca VISUAL4, i tecnici di manutenzione Gowan sono messi in condizione impostare i parametri di filtrazione in ampiezza e in durata, per attivare i segnali di pre allarme e di allarme, a loro volta riportati su un modulo di uscite digitali a relè con interfaccia RS485 ModBUS (Seneca Z-D-OUT). VISUAL4 è terminale HMI touchscreen 7” a 16 milioni di colori con 2 porte seriali e 1 porta Fast Ethernet. Robusto e adatto a ogni tipo di applicazione industriale VISUAL4 funziona in abbinamento ai sistemi di acquisizione, controllo e trasmissione dati installati.

Per i tre nodi di acquisizione è stato fornito di un quadro elettrico di controllo in policarbonato idoneo all’installazione in ambiente esterno. Il quadro elettrico è dotato di alimentatore caricabatteria e di batteria 4,7 Ah per garantire il funzionamento per 10 minuti anche in assenza di alimentazione elettrica di rete. L’accelerometro è installato all’esterno del quadro e fissato in modo solidale e stabile ad una struttura non soggetta a vibrazioni “spurie”. L’antenna del sistema è anch’essa posizionata in modo opportuno da consentire la comunicazione con il punto radio centrale.

Quadro elettrico per il rilevamento locale dei movimenti sismici. L’elettronica di gestione SENECA è basata su SoftPLC Z-TWS11 e modulo di acquisizione dati Z-8AI

Benefici del sistema realizzato

• Messa in funzione di una struttura con ruolo funzionale e strategico implementata da un unico fornitore
• Monitoraggio strutturale dello stabilimento
• Previsione delle risposte strutturali in reazione ad eventi critici
• Tenuta sotto controllo delle condizioni operative degli impianti
• Innalzamento del livello di sicurezza
• Possibilità di prendere rapidamente decisioni informate in caso di terremoto
• Rilevamento informazioni per attivazione interventi di manutenzione preventiva e predittiva
• Protezione e garanzia degli investimenti e dei macchinari