Le interfacce Uomo-Macchina (HMI) giocano un ruolo chiave nell’automazione della rete. Una nuova Norma IEC è in preparazione per rendere questi sistemi indipendenti dai fornitori.
Oggigiorno e in quest’era, le
relazioni uomo-macchina sono diventate piuttosto controverse. Suscita crescente
preoccupazione l’uso di robot e l’automazione nei diversi ambiti industriali,
per non parlare del loro ingresso nelle nostre case. Tutto era diverso alla
fine del XIX secolo, quando ci si aspettava che l’introduzione delle prime
machine potesse alleviare la gente dalla fatica di lunghe ore in condizioni
logoranti.
In particolare le famiglie hanno raccolto i frutti di applicazioni che hanno permesso di risparmiare tempo. Nel XX secolo lavatrici, lavastoviglie e forni a microonde sono gradualmente diventati beni di consumo di massa.
Oggi, ci preoccupiamo che i robot
ci ‘rubino’ il lavoro e diventino più intelligenti di noi. Ma, che ci piaccia o no, il futuro implica un’interazione crescente con le macchine in una forma o nell’altra. Dal momento che questa tendenza è in aumento, le interfacce uomo-macchina (HMI) diverranno
per noi una tecnologia sempre più importante da padroneggiare, dato che essa ci
consentirà il controllo e l’interazione con le macchine.
Sebbene queste tre lettere, HMI, possano sembrare un altro acronimo, costituiscono una chiave del nostro futuro. E uno degli ambiti in cui le HMI sono già presenti in numerose applicazioni, è la generazione e trasmissione di energia elettrica; esse sono caratteristiche fondamentali della modernizzazione della rete.
HMI
e rete elettrica
Si possono trovare HMI nelle centrali elettriche e nelle sottostazioni, così come in un parco eolico o nelle centrali fotovoltaiche. Secondo il glossario IEC, per HMI si intende “uno schermo, che è parte di un dispositivo elettronico intelligente (IED), oppure di un dispositivo indipendente che presenta in formato logico dei dati rilevanti, con cui l’utilizzatore interagisce. Una HMI presenta in genere finestre, icone, menù e cursori, includendo anche una tastiera per permettere l’accesso e l’interazione dell’utilizzatore.”
Le reti elettriche stanno diventando più intelligenti, ciò consente di operare con una migliore efficienza ed efficacia energetica; le HMI sono “la faccia” tipica di questo processo. L’applicazione di HMI gioca un ruolo chiave nella visualizzazione e nel controllo dei sistemi per l’automazione delle sottostazioni oppure per il monitoraggio in tempo reale dello stato di un parco eolico o solare (fotovoltaico), per esempio. Ingegneri, tecnici e operatori fanno affidamento sulle informazioni raccolte e trasmesse da dispositivi elettronici intelligenti (IED) per avere un quadro chiaro dello stato delle sottostazioni e delle risorse energetiche distribuite (DER).
Queste DER potrebbero essere, ad esempio, le turbine eoliche (aerogeneratori), un parco solare fotovoltaico oppure una microrete. Dal momento che la rete elettrica continua a modernizzarsi, aumenterà la dipendenza dalle applicazioni HMI e gli operatori richiederanno aiuto per monitorare e controllare sistemi dipendenti da più fornitori.
Le applicazioni HMI si basano su blocchi di elementi grafici che comprendono forme, colori, testi, moduli o pagine elementari per comunicare e scambiare informazioni. Le società di servizi vogliono sempre più HMI che permettano di lavorare con dispositivi elettronici intelligenti (IED) di qualsiasi venditore, richiedendo configurazioni manuali minime.
Una soluzione indipendente dal fornitore semplificherebbe l’installazione, ridurrebbe i costi di manutenzione e diminuirebbe la complessità di sistemi di automazione per l’energia elettrica. Questo faciliterebbe l’interoperabilità tra IED di più fornitori e configurazioni guidate da dati di supporto, che spostano l’operatività sugli strumenti applicativi anziché sugli esseri umani.
Tutti gli elementi grafici e i blocchi costruttivi che fluiscono in un HMI sono assemblati in maniera esclusiva dagli sviluppatori del software per gli HMI stessi. Ad oggi, non esistono metodi standardizzati per specificare, progettare e commissionare applicazioni HMI.
Nuove
Norme Internazionali in corso
Sono in atto cambiamenti. La IEC sta lavorando a un nuovo documento con l’intento di definire i linguaggi di configurazione richiesti per realizzare sottostazioni digitali, compresa l’applicazione HMI. La Norma in preparazione sarà compresa nella serie di Norme IEC 618501 , utilizzate per integrare i processi di comunicazione digitale nella rete elettrica esistente.
Uno degli obiettivi della nuova pubblicazione è quello di generare automaticamente l’applicazione HMI, includendo tutte le mappature di dati e le rappresentazioni grafiche associate.
Questo effettivamente esonererebbe operatori, ingegneri o tecnici dall’effettuare una configurazione manuale del sistema della sottostazione e quindi permetterebbe alle società di servizi di risparmiare tempo e costi, utilizzando le risorse in maniera più efficiente.
Quanto sopra consentirebbe di eliminare il rischio di errore umano. Dustin Tessier, leader del team di esperti incaricati a preparare il nuovo progetto di norma IEC, afferma che il tempo impiegato per la configurazione HMI passerà da settimane o mesi a pochi minuti se non secondi, per configurazioni destinate alle sottostazioni di ridotte dimensioni.
Sognando
la California
Il documento HMI si basa sulla tecnologia della prova di fattibilità elaborata dalla Southern California Edison (SCE), la prima compagnia di distribuzione elettrica della California del Sud. Per molte aziende di distribuzione e trasmissione di energia elettrica, la SCE è un riferimento: altre aziende di servizi seguono la roadmap della Compagnia e la sua applicazione HMI è un altro esempio della sua competenza tecnologica.
L’HMI fa parte di un’architettura di automazione per sottostazioni di terza generazione sviluppata dalla Compagnia e basata su Norme della serie IEC 61850.
Mehrdad Vahabi è uno degli ingegneri che ha lavorato al prototipo HMI. “La Southern California Edison è sempre stata una azienda di servizi lungimirante. Nel 2010-11, la Compagnia ha deciso di modernizzare la rete. Sebbene le HMI fossero già utilizzate, erano brevetti che generavano diversi problemi, tra cui i costi, la mole di lavoro manuale e il tempo necessari a effettuare le variazioni dei sistemi e così via. I problemi messi in evidenza sono stati una delle principali ragioni per procedere verso l’automazione di sottostazioni di terza generazione”, spiega Vahabi.
Durante la loro ricerca, gli ingegneri SCE si sono interessati alle Norme della serie
IEC 61850 e alle loro applicazioni per l’automazione delle sottostazioni. “Sono uno strumento molto utile, ma
la parte relativa alle HMI non è stata ancora
normalizzata. Siamo stati coinvolti nel lavoro
degli esperti IEC per questi aspetti.
Abbiamo continuato ad implementare il nostro prototipo sul campo, fornendo informazioni che sono state inserite nella stesura del nuovo Documento IEC”, aggiunge Vahabi.
La SCE ha già cominciato a rendere effettiva la nuova HMI nelle sue sottostazioni. “Il progetto
prevede di automatizzare 400
sottostazioni con la tecnologia SA-3 entro
il 2028”, dichiara Vahabi.
Inoltre, la compagnia ha pianificato di realizzare in laboratorio un prototipo di sistema per l’automazione delle sottostazioni completa- mente virtuale.
Può risultare un mondo del tutto nuovo e sempre più complesso, ma con l’uso delle HMI, si potranno utilizzare strumenti adatti a superare molte delle difficoltà esposte nell’articolo. La rete elettrica è un ottimo punto di partenza.
Articolo di Catherine Bischofbergertratto da IEC e-tech 01/2019
1 Serie di Norme IEC 61850 “Communication networks and systems for power utility automation”.
