ITMI20081915A1 - Dispositivo e metodo di monitoraggio e controllo di un impianto per l'allevamento e o la conservazione di specie ittiche - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
Campo delTInvenzione
La presente invenzione riguarda un dispositivo ed un metodo per il monitoraggio ed il controllo di un impianto per l'allevamento e/o la conservazione di specie ittiche.
L'invenzione trova ad esempio applicazione nelle attività di acquacoltura svolta in impianti a terra, dove le specie ittiche vengono allevate in vasche o bacini chiusi, cosi come nelle attività che si svolgono in mare aperto, in laguna o nei laghi, dove le specie ittiche sono radunate "camere" o "vasche" delimitate da reti o simili.
Come molti altri settori produttivi, anche quello dell'acquacoltura sfrutta oggi le moderne tecnologie per automatizzare alcuni processi di produzione, quali il monitoraggio dei parametri chimico-fisici dell'ambiente di allevamento, il controllo delle condizioni di allevamento, la selezione del prodotto ed altri aspetti legati a questo tipo di attività.
Il controllo dell'ambiente di allevamento è fondamentale per assicurare la massima produttività, aumentando l'efficienza dei processi produttivi ed evitando rischi di perdita degli stock allevati. Tranne alcune piccole realtà, tutte le aziende di acquacoltura implementano attualmente sistemi di monitoraggio e controllo automatici più o meno sofisticati.
Ad esempio, i parametri ambientali di maggiore interesse per l'allevamento ittico in vasca sono:
• contenuto di ossigeno dell'acqua di allevamento;
• temperatura dell'acqua di allevamento;
• pH dell'acqua di allevamento.
Il mantenimento di tali parametri entro limiti ottimali è fondamentale per la qualità e la capacità produttiva, mentre il superamento di determinate soglie porta a sofferenza della specie allevata e, senza un intervento tempestivo, morte.
Tecnica Anteriore
Sistemi di monitoraggio e controllo sono normalmente applicati in tutti gli impianti moderni di acquacoltura per automatizzare le numerose e continue operazioni che sono necessarie per garantire lo stato ottimale delle condizioni di allevamento.
La tecnologia che viene utilizzata nella quasi totalità delle applicazioni di questo tipo è quella del controllore logico programmabile ("‘Programmable Logic Controllore” - PLC), un apparato elettronico specializzato nella gestione dei processi industriali. Il PLC esegue un programma che elabora i segnali digitali ed analogici provenienti da sensori e, a seconda del risultato delfelaborazione, attiva alcuni attuatori che avviano o fermano un processo.
Un classico esempio di applicazione in acquacoltura è quello di un PLC collegato ad un sensore di ossigeno e ad una elettrovalvola: quando il livello di ossigeno disciolto nell'acqua di allevamento scende al di sotto di una soglia prefissata, il PLC attiva l'apertura dell'elettrovalvola del circuito di ossigenazione.
Uno dei fattori cha hanno promosso la diffusione dei PLC nell'ambito dell'automazione industriale è la sua robustezza. Infatti il PLC è posto normalmente in quadri elettrici installati in ambienti rumorosi, con molte interferenze elettriche, con temperature elevate o con grande umidità. In certi casi il PLC è in funzione 24 ore su 24, per 365 giorni all'anno, su impianti che non possono fermarsi mai.
Nel tempo, con la progressiva miniaturizzazione della componentistica elettronica e la diminuzioni dei costi, il PLC è entrato anche nell'uso domestico per la gestione automatica di molteplici sistemi e impianti installati nelle case, quali ad esempio impianti di riscaldamento, antifurti, impianti di irrigazione, illuminazione o simili.
Normalmente un PLC ha una struttura compatta che comprende i moduli di I/O. le interfacce e il modulo di controllo. A differenza dei primi PLC che potevano contare su limitate capacità di calcolo e controllo I/O, I moderni PCL utilizzano microprocessori (CPU) più avanzati che permettono maggiori capacità di calcolo, gestione LO, comunicazioni in rete e utilizzo di linguaggi di programmazione di livello più avanzato.
A causa delle capacità dì calcolo comunque limitate ed alla rigidità di configurazione hardware, tranne poche eccezioni, i sistemi di monitoraggio e controllo basati su PLC e adottati in acquacoltura prevedono l'utilizzo di PLC monocanale, in grado cioè di gestire ciascuno un solo sensore ed un solo attuatore (Fig. 1A).
Oggi la maggior parte dei PLC è programmata tramite uno dei vari linguaggi definiti dallo standard IEC-61131-3, il più diffuso dei quali è il "‘Ladder Logic”. 1 PLC sono molto comuni in ambito applicativo industriale e sono praticamente immancabili in molti processi industriali che spaziano dal confezionamento al riconoscimento e gestione dei pezzi in catena di montaggio. Attualmente circa Γ80% delle applicazioni industriali comprendono I/O digitale, pochi I/O analogici e programmi relativamente semplici.
Molti PLC utilizzano microprocessori relativamente semplici come l'AMD 2901 e un linguaggio di programmazione anch’esso piuttosto semplice quale il Ladder Logic.
Nonostante la sua ampia diffusione, il PLC presenta comunque flessibilità e facilità d’uso piuttosto limitate. La struttura del PLC viene spesso adattata in base al processo da automatizzare.
Durante la progettazione del sistema di controllo, vengono scelte le schede adatte alle grandezze elettriche in gioco. Le varie schede vengono quindi assemblate per formare ciascun PLC e, qualora fosse necessario misurare grandezze diverse o aggiungere ulteriori funzionalità, sarebbe necessario progettare nuovamente il PLC o utilizzarne un altro appositamente configurato.
Il PLC può anche essere provvisto di un piccolo display su cui si può leggere il valore misurato a] momento. Se si vuole monitorare il complesso di tutte le attività di analisi e controllo di tutti i PLC installati in un sistema, ed eventualmente intervenire sugli stessi, occorre impiegare un personal computer ed un software di interfaccia appositamente sviluppato. Questo personal computer è normalmente connesso ai vari PLC attraverso un collegamento di rete locale. Qualora si voglia usufruire dell'interfaccia di monitoraggio e controllo da una postazione alternativa occorre installare Π software su un altro personal computer e connetterlo al primo tramite modem o ADSL (Ftg. 1B).
Solitamente, quando occorre risolvere problemi di automazione e controllo che vanno al di là dei limiti dei PLC, si preferisce esplorare alternative differenti, come ad esempio l'impiego dì personal computer (PC).
I PC infatti, grazie alle loro possibilità di personalizzazione di hardware e software molto maggiori rispetto a quelle dei PLC, offrono capacità e flessibilità molto più elevate per la realizzazione di sistemi dì gestione di processi industriali.
D'altro canto, l'utilizzo di PC per impieghi dì automazione industriale presenta problemi di ingombro, delicatezza dello hardware e stabilità del software che ne rendono quasi impossibile l'applicabilità in ambito produttivo in modalità “realtime<'>f
Riepilogo deH'lnvenzione
Ciò premesso, è scopo della presente invenzione quello di proporre un dispositivo ed un metodo per il monitoraggio ed il controllo di un impianto per l'allevamento e/o la conservazione di specie ittiche che consentano una maggiore flessibilità di programmazione ed impostazione delle procedure di controllo.
Un altro scopo della presente invenzione è quello di proporre un dispositivo ed un metodo del tipo sopra citati che possa essere agevolmente utilizzato ed adattato anche da operatori poco esperti nel campo dell'automazione e del controllo di processo.
Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di proporre un dispositivo del tipo sopra citato che possa essere facilmente collegato ed interfacciato anche con i sistemi di controllo già installati in impianti esistenti.
Questi scopi sono raggiunti dalla presente invenzione grazie ad un dispositivo secondo la rivendicazione 1 e ad un metodo secondo la rivendicazione 9. Ulteriori aspetti e peculiarità dell'invenzione sono riportate nelle rispettive rivendicazioni indipendenti.
Il dispositivo di monitoraggio e controllo secondo la presente invenzione è basato sulla tecnologia PAC (“Programmable Automation Controllore”) e comprende un software di interfaccia avanzata appositamente sviluppato per il monitoraggio, l’analisi e la gestione in automatico di allarmi e controlli di parametri del processo produttivo. 1 controllori del tipo PAC offrono la stessa affidabilità e robustezza dei PLC, ma maggiore capacità di elaborazione, versatilità, flessibilità e facilità d'uso.
I PAC sono moduli di controllo di tipo deterministico (real-time) che sono dei veri e propri computer, provvisti dì moduli di ingresso/uscita (I/O) e interfacce "intelligenti". Questi sistemi sono in grado di acquisire, filtrare, calibrare e convertire segnali analogici e digitali in qualsiasi unità di misura, nonché di effettuare l'autodiagnosi.
L'architettura “network-oriented” di un sistema basato su PAC rende il sistema stesso direttamente integrabile in rete internet. I PAC possono infatti connettersi autonomamente ad una rete fisica ethemet attraverso la quale, tramite protocolli di trasmissione standard quali il TCP/IP, possono comunicare tra di loro o con qualsiasi computer in rete. Le elevate capacità di elaborazione dei PAC permettono ad un solo modulo di controllo (l’equivalente di un PLC) di controllare un numero elevato di sensori o attuatori. Tutto ciò si traduce in:
• acquisizione e analisi dei dati e gestione attuatori in modo deterministico (realti me);
• accessibilità dei moduli e dei dati da qualsiasi computer collegato a internet; • connettività di qualsiasi sensore/attuatore analogico o digitale senza necessità di riconfigurazione hardware;
• versatilità e flessibilità di programmazione praticamente illimitata;
• contenimento dei costi di installazione e gestione.
Secondo un primo aspetto della presente invenzione, viene quindi proposto un dispositivo di monitoraggio e controllo di un impianto per Pallevamento e/o la conservazione di specie ittiche, comprendente una pluralità di sensori per il rilevamento dei parametri ambientali di interesse, uno o più attuatori per la regolazione di uno o più parametri ambientali di interesse ed almeno un'unità di controllo locale collegata a sensori ed attuatori. Il controllore del tipo PAC viene vantaggiosamente incluso nell'unità di controllo locale.
Il dispositivo comprende inoltre almeno un'unità di controllo remoto collegata all'unità di controllo locale, preferibilmente tramite la rete internet tramite una connessione senza fili.
La connessione tra le due unità di conlrotio consente vantaggiosamente la programmazione dell'unità di controllo locale attraverso l'unità di controllo remoto, il monitoraggio remoto delle condizioni delTimpìanto controllato, l'eventuale modifica o l'aggiornamento dei valori di soglia per i parametri ambientali sottoposti a controllo, la segnalazione immediata di eventuali anomalie in tali parametri, o comunque lo scambio di dati e/programmi tra le due unità di controllo.
L'unità di controllo remoto può ad esempio essere costituita da un personal computer, oppure da una periferica mobile di tipo evoluto quale un palmare, uno smart-phone o simili in grado di dialogare con l'unità di controllo locale anche attraverso la rete di telefonia cellulare.
Secondo un altro aspetto della presente invenzione viene inoltre previsto un metodo di monitoraggio e controllo di un impianto per l'allevamento e/o la conservazione dì specie ittiche, in cui è previsto il rilevamento dei parametri ambientali di interesse attraverso una pluralità di sensori, la regolazione di uno o più parametri ambientali di interesse attraverso uno o più attuatori e la gestione dei parametri ambientali da parte di almeno un'unità di controllo locale collegata a sensori ed attuatori. La gestione del processo di monitoraggio e controllo è affidata ad un controllore del tipo PAC incluso nell'unità di controllo locale.
Grazie alle caratteristiche di maggiore versatilità, capacità di calcolo e personalizzione, un sistema di monitoraggio e controllo basato su PAC risulta meno costoso e più semplice da installare e gestire e permette capacità di analisi e controllo superiori a quelle dei numerosi PLC che occorrerebbero per assicurare le stesse capacità. Infatti, uno dei vantaggi più evidenti dei PAC è che, al contrario dei PLC, ciascuno di essi può gestire un notevole numero di sensori e attuatori, riducendo così sensibilmente i costi dello hardware necessario.
Breve Descrizione dei Disegni
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiari dalla descrizione che segue, fatta a titolo illustrativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- le Figure 1A e 1B sono schemi che illustrano te caratteristiche essenziali dei sistemi di tipo noto basati su PLC;
- la Figura 2 è uno schema che evidenzia le caratteristiche di connessione tra un controllore del tipo PAC e la serie di sensori ed attuatori ad esso collegati; e
- la Figura 3 è uno schema che illustra l'architettura di un dispositivo di controllo secondo la presente invenzione.
Modalità di Realizzazione dell'Invenzione
In Figura 2 viene illustrata schematicamente la connessione di un controllore del tipo PAC al quale possono essere collegati contemporaneamente una pluralità di sensori l .„n ed una pluralità di attuatori l...n sottoposti a controllo. Dal confronto con le rappresentazioni delle Figure 1A o 1B si può subito notare immediatamente il vantaggio offerto da un controllore del tipo PAC, vale a dire la possibilità di collegare un numero qualsiasi di sensori ed un numero qualsiasi di attuatori ad un unico dispositivo, mentre secondo la tecnica nota si rende necessario utilizzare un controllore del tipo PLC per ciascun sensore e/o per ciascun attuatore.
Sensori utilizzati nel dispositivo secondo l’invenzione possono ad esempio comprendere sensori per il rilevamento di parametri relativi all'acqua in una o più zone dell'impianto, ad esempio temperatura, contenuto di ossigeno, salinità, acidità o simili, così come sensori per il rilevamento delle condizioni atmosferiche esterne in corrispondenza dell'impianto, sensori di presenza, oppure anche sensori, quali telecamere o simili, per fornire immagini o filmati dell'impianto all’unità di controllo remoto.
I possibili attuatoli possono a loro volta includere, pompe, elettrovalvole, segnalatori ottici e/o acustici, o comunque motori in genere che vengono azionati per intervenire ad esempio nel mantenimento e/o nel ripristino dei parametri ambientali di interesse.
In Figura 3 viene rappresentata l’architettura di un dispositivo secondo la presente invenzione, nella quale viene messa in evidenza la relazione tra l'unità di controllo locale 10 ed una o più unità remote comprendenti ad esempio una pluralità di personal computer 20, un server web/ftp 30 ed un database 40.
All'unità di controllo locale 10 può anche essere collegato un dispositivo di comunicazione 15 per consentire il dialogo tra l'unità dì controllo locale 10 e le altre unità remote. In alternativa, il dispositivo di comunicazione 15 può essere incorporato direttamente nell'unità di controllo locale 10.
II dispositivo di comunicazione 20 può essere ad esempio costituito da un modem in grado di connettersi ad una delle reti disponibili e può essere ad esempio costituito da un modem idoneo a connessioni del tipo GPRS, EDGE, UMTS, satellitare o simile, oppure può essere costituito da modem/router ADSL eventualmente dotato di access point integrato per il collegamento diretto alle rete internet.
Le principali caratteristiche distintive tra un dispositivo secondo l'invenzione e i più comuni sistemi a PCL per acquacoltura sono:
• possesso di un sistema operativo ed un software applicativo di base nativi proprio come un personal computer;
• maggiori capacità di elaborazione e registrazione dei dati;
• algoritmi di controllo, analisi dati ed elaborazione di segnale integrati ne) controllore;
• interfacce utente di tipo grafico native;
• riduzione di costi per sensore/attuatore controllato;
• riduzione dell'ingombro volumetrico e dei cavi di connessione;
• interfacce web e ftp per il controllo remoto da qualsiasi PC collegato ad internet; • interfacciabilità con applicazioni esterne;
• capacità intrinseca e nativa di autoconfigurazione, acquisizione e registrazione dati.
Nel seguito vengono descritte a titolo di esempio le caratteristiche dell'esemplare effettivamente realizzato di un dispositivo secondo la presente invenzione, mettendo in evidenza anche eventuali aspetti vantaggiosi rispetto alla tecnica nota.
Caratteristiche Hardware
Il dispositivo realizzato secondo la presente invenzione è basato su tecnologia PAC Compact FieldPoint (cFP)™ distribuito da National Instruments. Il cFP è un PAC compatto, modulare ed espandibile, sviluppato per applicazioni di misura, controllo industriale e registrazione dati che richiedono hardware affidabile e robusto.
Il dispositivo è composto da una serie di sensori ed atluatori, collocati localmente o sparsi su lunghe distanze, collegate ad un controllore PAC.
Come già accennato, un controllore PAC, a differenza di un PLC, è un vero e proprio computer in miniatura, dotato di processore, memoria di massa e volatile, schede di rete, porte seriali, sistema operativo e software applicativo. Tutto ciò conferisce al dispositivo caratteristiche di elevata performance con maggiore semplicità d'uso e di gestione in virtù delle elevate capacità intrinseche di autocontrollo, operatività in “real-time” e networking per I/O variamente distribuito.
Al contrario dei PLC, il controllore cFP utilizzato possiede, oltre ad un suo sistema operativo, un software applicativo di base pre-installato che garantisce al dispositivo ampie funzionalità di acquisizione e salvataggio dati senza la necessità di programmazione specifica.
fi dispositivo riconosce automaticamente tutti i moduli I/O del sistema stesso, adattando le procedure di acquisizione dati e controllo ai singoli canali I/O che rileva automaticamente, eliminando la necessità di configurazione che è indispensabile per i PLC.
Una volta alimentati e collegati ai rispettivi sensori, i moduli di I/O del dispositivo acquisiscono, filtrano e calibrano segnali grezzi di vario tipo e li trasformano in unità proprie della grandezza misurata attraverso opportune operazioni di scala e compensazione, senza la necessità di un software specifico, essendo il dispositivo già dotato di una serie di funzioni applicative di base.
I moduli di I/O, che sono anche in grado di effettuare operazioni di autodiagnostica su sé stessi e su particolari sensori, possono essere sostituiti ’<s>a caldo” (senza cioè la necessità di arrestare il sistema di acquisizione e controllo). Il dispositivo riconoscerà la modifica e si autoconfigurerà nella nuova configurazione.
Un singolo controllore PAC come quello utilizzato può gestire direttamente da solo fino a 64 sensori ed altrettanti attuatoti, con un notevole abbattimento dei costi per sensore/attualore rispetto ad un sistema basato su PLC. Inoltre, grazie ad un semplice collegamento ethemet, il numero di canali I/O gestibili da un solo PAC può crescere illimitatamente fino alla massima capacità di elaborazione del PAC stesso.
Questa capacità di gestire molte utenze con un solo controllore conferisce all'intero dispositivo un ingombro sensibilmente inferiore rispetto ad un analogo sistema a PLC, risparmiando notevoli quantità di spazio e di cavi di collegamento.
Un'altra importante caratteristica vantaggiosa del dispositivo è rappresentata dalle intrinseche potenzialità di connessione in rete e di pubblicazione su internet. Attraverso l'interfaccia di rete del dispositivo, tutte le misurazioni possono essere pubblicate automaticamente e in tempo reale su una rete privata o pubblica. Allo stesso modo è possibile accedere a qualsiasi dei canali di I/O del sistema da qualsiasi computer su reti private o pubbliche, a qualsiasi distanza.
Caratteristiche di networking
Come già accennato, un sistema complesso quale quello che monitorizza e controlla un impianto di acquacoltura basato su PLC necessita dell'uso di un computer dotato di uno specifico software di interfaccia adibito specificamente a monitorare il complesso di tutte le attività di analisi e controllo dei vari PLC e intervenire all 'occorrenza sugli stessi.
L'utilizzo dell'interfaccia da una postazione differente da quella normalmente adibita a tale scopo necessita l'installazione del software di interfaccia su un altro PC che deve necessariamente collegarsi a! primo via modem o ADSL.
Nel dispositivo secondo l'invenzione, al contrario, il software di interfaccia risiede e gira sul PAC stesso e, grazie alla connettività ethemet/TCP-lP del sistema, è possibile accedere all'interfaccia di monitoraggio e controllo dell'intero sistema da qualsiasi computer connesso a internet e senza la necessità di installare un software specifico, offrendo quindi una raggiungibilità pressoché illimitata a tutti i singoli sensori del sistema, con la possibilità di monitorare, effettuare controlli, attivare attuatori, riprogrammare tutti i sensori/attuatori in tempo reale, ecc..
L'architettura del dispositivo permette la registrazione di tutti i dati acquisiti e degli eventi attivati da più moduli di controllo su uno o più database esterni, nonché la visualizzazione e il controllo delle applicazioni da qualsiasi PC connesso alla rete internet attraverso un qualsiasi browser web. L’orientamento intrinseco al collegamento in rete (network oriented), riducendo l’installazione di hardware e software, rende il sistema stesso molto più versatile ed economico, e conferendogli allo stesso tempo una raggiungìbilità da remoto praticamente illimitata.
Interfaccia avanzata di gestione del sistema
Oltre all'interfaccia di base presente originariamente nei controllori PAC della serie cFP, il dispositivo utilizza anche un'interfaccia avanzata per la gestione di soglie di intervento, analisi dati storici, gestione allarmi, ecc..
L'interfaccia avanzata è sviluppata con la piattaforma di sviluppo software (LabVlEW ™) che permette la realizzazione di software di analisi e controllo dalle capacità di personalizzazione pressoché illimitate, in modo semplice ed efficace.
La facilità d’uso della piattaforma di programmazione permette la realizzazione di programmi di analisi e controllo senza la necessità di conoscenze di programmazione particolarmente avanzate, permettendo così all'utente di intervenire sul software di interfaccia e su quello di analisi e controllo in qualsiasi momento.
Queste caratteristiche rendono rinterfaccia avanzata del dispositivo facilmente personalizzabile in funzione delle caratteristiche specìfiche delle diverse realtà produttive in cui il sistema può essere installato.
Va considerato inoltre che anche l'interfaccia avanzata risiede sui controllore del dispositivo e può essere visualizzata e utilizzata su qualsiasi computer della rete internet attraverso un semplice browser web.
Il software dell’interfaccia avanzata, come qualsiasi applicazione software specifica, è creato su un normale PC ed è poi trasferito alla CPU del controllore PAC per operare autonomamente in modalità "reai -ti ITI e”.
Al fine di massimizzare l'efficienza nelle relazioni funzionali hardwaresoftware, l'hardware PAC utilizzato nel dispositivo monitoraggio e controllo presenta spiccate caratteristiche di:
• capacità di supporto grafico: è possibile semplificare lo sviluppo di interfacce utente efficienti e altamente personalizzabili;
• versatilità di misura (acquisizione dati ad alta velocità, vision, motion): permette di incorporare nello stesso sistema misure analogiche standard (tensione e corrente), analisi di forme e colori, analisi di movimento (vibrazione, spostamento, ecc.);
• capacità di calcolo: utilizzo in applicazioni dove sono richiesti algoritmi di controllo particolarmente complessi o grosse capacità di gestione di segnali, con possibilità di incorporare codice di programmazione esterno e di registrare sia localmente che su PC remoto;
• compatibilità con hardware PAC differenti e con PLC;
• capacità di comunicazione grazie a strumenti quali TCP/1P, OPC ed SQL/ODBC;
Capacità grafiche
La grafica rappresenta la modalità di rappresentazione naturale per fuorno. Questo concetto si applica sia per la descrizione di una sequenza o di un processo (diagrammi di flusso, diagrammi a blocchi) sia per l’utilizzo di un interfaccia utente per qualsiasi apparecchiatura.
Il dispositivo è programmato tramite l'ambiente di sviluppo grafico LabVIEW™ in cui il processo di controllo viene definito attraverso l'interconnessione di specifici blocchi-funzione. Inoltre, LabVIEW ™ permette la creazione di interfacce utente grafiche (IUG) comprendenti tutti i controlli e gli indicatori richiesti da una specifica applicazione per l'interazione con l'utente (pannello di controllo).
Ma il maggior vantaggio di questo ambiente di sviluppo consiste nella possibilità di programmare sistemi integrati nei controllore, ma in grado di offrire un'interfaccia utente grafica via web grazie al server web integrato o una vera e propria remotìzzazione del pannello di controllo. LabVIEW ™ supporta vari standard di comunicazione, tra cui TCP/IP, UDP, OPC e Active X, che permettono di trasmettere dati dal controllore ad una IUG che risiede su un PC cliente o ad un sistema di controllo di tipo SCADA.
Capacità di misura
Un altro vantaggio del dispositivo secondo l'invenzione rispetto ad un sistema basato su PLC deriva dalla maggiore capacità del primo di eseguire ed elaborare misurazioni complesse.
In virtù di tali capacità è possibile, ad esempio, combinare in un unico sistema di controllo misurazioni eterogenee quali frequenza, forma d’onda, voltaggio, amperaggio, identificazione di immagini, misure di superfìci e volumi di oggetti statici o dinamici, movimento di oggetti, velocità, accelerazione, ecc.. Ciò costituisce un livello di personalìzzabilità incomparabile, rispetto a un sistema basato su PLC, in termini di tipi di segnale che possono essere gestiti ed elaborati attraverso centinaia di funzioni disponibili per analizzarli ed estrame informazioni.
La possibilità di integrare dati visivi, impossìbile con i PLC, permette ad esempio il monitoraggio dell'integrità delle reti che costituiscono le gabbie in rete da maricoltura, la selezione automatica in base alla taglia, fidentifìcazione di anomalie morfologiche degli esemplari, l'improvvisa instaurazione di condizioni di pericolo nelle vasche di allevamento (presenza alghe, particolato, predatori, ecc.).
Oltre a ciò, l'ambiente di sviluppo permette l’integrazione degli algoritmi di controllo con segnali complessi quali generazione e modulazione di onda, riconoscimento e lettura di pattern digitali, acquisizione di grandezze fisiche particolari.
Capacità di calcolo
La CPU del cFP utilizzato nell’esemplare realizzato è un processore Pentium a 200 Mhz in virgola mobile in grado di eseguire simultaneamente centinaia di controlli del tipo Proporzionale-Integrativo-Derivativo (controlli P1D), con una risoluzione temporale che può arrivare tino all'elaborazione di 1000 cicli al secondo.
In virtù delle capacità intrinseche di operare con numeri in virgola mobile, questo processore è in grado di gestire “naturalmente” il rischio di “overflow” che può determinarsi durante i calcoli e di dimensionare correttamente il numero di decimali in modo da evitare un possibile blocco del sistema.
Le funzioni disponibili per la programmazione includono operazioni aritmetiche, logica booleana, algebra lineare, operazioni su array e circa 450 funzioni di analisi di alto livello per scalare, filtrare, eseguire statistiche, trasformazioni, identificazione di picchi, generazione di segnali e algoritmi di analisi di immagine.
Compatibilità hardware
Grazie alle caratteristiche dell'ambiente di sviluppo le applicazioni del dispositivo sono in grado di funzionare indifferentemente su varie piattaforme quali PocketPC, palmari, PC e apparati PXI con sistemi operativi real-time.
Capacità di comunicazione
Il dispositivo è in grado di dialogare con applicazioni esterne e registrare tutti i dati in un database locale o remoto attraverso ODBC/SQL. TCP/IP e OPC permettono inoltre l’integrazione di sistemi esterni e la comunicazione con gli stessi.
Il sistema pubblica automaticamente i dati di I/O su un server OPC residente su un computer collegato in rete. Essendo l'OPC supportato da moltissime applicazioni SCADA o Windows e molto diffuso nell’hardware di automazione industriale, è molto facile integrare i cFP con piattaforme di automazione industriale differenti quali, ad esempio, i PLC.
Tutti i controllori del sistema possiedono un server web che permette il monitoraggio e il controllo di lutti i sensori e gli attuatori su/da qualsiasi computer collegato ad internet attraverso un normale browser e senza necessità di installazione di un programma specifico.
Infine, un ulteriore punto di forza del sistema è costituito dalla possibilità di connessione diretta a reti senza fili, che permette di creare collegamenti fra controllore e reti pubbliche o private anche in assenza di rete cablata, caratteristica che risulta estremamente utile per applicazioni in zone remote o difficilmente accessibili (attività su campo, in mare o lago, ecc,).
Vantaggi pratici del dispositivo
in sintesi, il dispositivo secondo l'invenzione si basa sulla tecnologia PAC cFP e ne applica l’approccio innovativo agli ambienti di allevamento e stabulazione di animali acquatici, per garantirne lo stato ottimale ed il welfare e, di conseguenza, la qualità e l'efficienza dei processi produttivi.
Il dispositivo è infatti strutturato in una serie di sensori che rilevano in continuo i parametri prefissati (temperatura, ossigeno, immagini ecc.) e di attuatori (elettrovalvole o videocamere etc), in grado di agire sulle condizioni di allevamento.
Per le sue caratteristiche strutturali, il sistema si presenta molto flessibile e personalizzabile nella configurazione ed in grado di supportare un numero elevato di misure e di sensori. Il sistema di monitoraggio c controllo messo a punto, presenta i seguenti punti di forza rispetto ai sistemi tradizionali:
• maggiore versatilità e facilità in termini di:
O interfacciamento con sensori ed attuatori di ogni tipo, compresi videocamere o fotocamere (non solo sonde di misurazione)
O elaborazione e gestione dei dati (non solo registrazione e trasferimento) O realizzazione e gestione dell'interfaccia utente
• riduzione del numero dei componenti hardware e dell'ingombro complessivo {è possibile installarlo alfintemo di un quadro stagno di piccole dimensioni, rispetto ai sistemi tradizionali che richiedono cabine o gabbiotti posati in opera), con abbattimento degli impatti ambientali visivi e della manutenzione di sistemi integrati complessi;
• visibilità e controllo su/da qualsiasi computer collegato ad internet (il sistema ha una propria autonomia e consente che i dati siano trasferiti, condivisi e visualizzati direttamente attraverso internet, senza bisogno di alcun PC remoto o programma specifico);
• capacità di connessione wireless (non.richiede lunghe distese di cavo di connessione distribuito negli impianti di allevamento per connettere le postazioni e i PLC, con conseguente riduzione degli impatti ambientali connessi alla dismissione degli impianti);
• utilizzo di una sonda di temperatura ad alta efficienza e costo contenuto realizzata allo scopo;
• capacità di un singolo PAC di controllare un numero teoricamente illimitato di canali I/O (e conseguente minore ingombro e impegno economico)
Tutti gli aspetti vantaggiosi fin qui illustrati si traducono a loro volta nell’abbattimento dei costi di impianto e manutenzione con un'efficienza di funzionamento superiore a quella di un sistema tradizionale ed una innovazione intrinseca che mette al passo con i tempi le gestione tradizionale degli impianti di acquacoltura.
Per quanto i sistemi PAC siano ormai maturi e ampiamente utilizzati in campo industriale, è stata riscontrata vantaggiosamente anche la loro applicazione in acquacoltura, laddove il controllo ottimale delle condizioni di allevamento necessita il monitoraggio dì un numero sempre crescente di parametri eterogenei e algoritmi piuttosto complessi che integrano misure di diversa natura.
La Richiedente ha realizzato un sistema di monitoraggio e controllo automatico dei parametri ambientali per applicazioni in acquacoltura basalo sulla tecnologia PAC.
Grazie alla estrema versatilità questo sistema di monitoraggio può essere facilmente esteso anche a) controllo dei parametri quali/quantitativi delle acque reflue degli impianti di acquacoltura, integrando in tal modo, in un unico sistema, la gestione delle acque utilizzate per la produzione dal punto di prelevamento fino allo scarico. In questa configurazione il sistema permette di gestire automaticamente il riutilizzo delle acque reflue depurate (ricircolo) in funzione dei parametri fisico/chimici misurati in tempo reale.
Pur se sviluppato per impianti di acquacoltura, il sistema può essere facilmente personalizzato per l'impiego in acquari di grandi dimensioni e comunque per il rilevamento di parametri ambientali in acqua ed il loro controllo.
Claims (14)
- RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di monitoraggio e controllo di un impianto per l'allevamento e/o la conservazione di specie Ìttiche, comprendente una pluralità di sensori per il rilevamento dei parametri ambientali di interesse, uno o più attuatori per la regolazione di uno o piu parametri ambientali di interesse ed almeno un'unità di controllo locale collegata a detti sensori e a detti attuatori, caratterizzato dal fatto che detta unità di controllo locale include almeno un controllore del tipo PAC.
- 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 , in cui è prevista almeno un'unità di controllo remoto collegata a detta unità di controllo locale.
- 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta unità di controllo locale è collegata a detta unità di controllo remoto tramite la rete internet.
- 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta unità di controllo locale è collegata a detta unità di controllo remoto tramite una connessione senza fdi.
- 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta unità di controllo locale è programmabile da detta unità di controllo remoto.
- 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta unità di controllo locale include mezzi per generare segnali rappresentativi di eventuali anomalie in detti parametri ambientali e mezzi per trasmettere detti segnali a detta unità di controllo remoto,
- 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta unità di controllo remoto include un personal computer.
- 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta unità di controllo remoto include una periferica mobile.
- 9. Metodo di monitoraggio e controllo di un impianto per l'allevamento e/o la conservazione di specie ittiche, in cui è previsto il rilevamento dei parametri ambientali di interesse attraverso una pluralità di sensori, la regolazione di uno o più parametri ambientali di interesse attraverso uno o più attuatori e la gestione di detti parametri ambientali da parte di almeno un'unità di controllo locale collegata a detti sensori e a detti attuatori, caratterizzato dal fatto che detta unità di controllo locale include almeno un controllore del tipo PAC.
- 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, in cui è previsto il collegamento tra detta unità di controllo locale ed almeno un'unità di controllo remoto.
- 11. Metodo secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui il collegamento tra detta unità di controllo locale e detta unità di controllo remoto viene realizzato tramite la rete internet.
- 12. Metodo secondo la rivendicazione 9 o 10. in cui il collegamento tra detta unità di controllo locale e detta unità di controllo remoto viene realizzato tramite una connessione senza fili.
- 13. Metodo secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui detta unità di controllo locale è programmabile da detta unità di controllo remoto.
- 14. Metodo secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui detta unità di controllo locale genera segnali rappresentativi di eventuali anomalie in detti parametri ambientali per trasmetterli a detta unità di controllo remoto.
Priority Applications (1)
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| IT001915A ITMI20081915A1 (it) | 2008-10-30 | 2008-10-30 | Dispositivo e metodo di monitoraggio e controllo di un impianto per l'allevamento e o la conservazione di specie ittiche |
Applications Claiming Priority (1)
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| IT001915A ITMI20081915A1 (it) | 2008-10-30 | 2008-10-30 | Dispositivo e metodo di monitoraggio e controllo di un impianto per l'allevamento e o la conservazione di specie ittiche |
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ID=41364115
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|---|---|
| IT (1) | ITMI20081915A1 (it) |
Citations (6)
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| US5961831A (en) * | 1996-06-24 | 1999-10-05 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Automated closed recirculating aquaculture filtration system and method |
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-
2008
- 2008-10-30 IT IT001915A patent/ITMI20081915A1/it unknown
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