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Un sistema esperto permette un approccio innovativo per decisioni migliori

Ottimizzare la gestione dell'acqua

ABB ha introdotto una piattaforma di gestione delle reti di distribuzione dell’acqua che apre le porte a nuove funzionalità avanzate, colmando il divario tra tecnologie operative e informatiche. Essenzialmente si tratta di un sistema esperto dotato di capacità di analisi dei dati, e la capacità della piattaforma di correlare i dati da sorgenti anche eterogenee ha un valore potenzialmente enorme in aree quali la pianificazione strategica, la gestione degli asset e la reportistica, in quanto aiuta gli operatori a individuare condizioni anomale, identificare le cause alla radice dei problemi, confrontare i modelli e persino simulare scenari. 

Le risorse idriche e le relative infrastrutture stanno vivendo una serie di sfide senza precedenti. Tra questi, i crescenti livelli di scarsità d'acqua, l'aumento della salinità delle coste, l'inquinamento, il degrado delle infrastrutture, l'inasprimento delle regole la scarsa volontà di molti governi e comunità di riconoscere l'impatto economico cruciale di queste minacce.
Di conseguenza, i gestori dei sistemi idrici stanno rispondendo con una rinnovata attenzione all'efficienza, guidata dall'adozione di un approccio alle operazioni sempre più guidato dai dati – una strategia progettata per aumentare la trasparenza dei sistemi in tutte le loro reti, sostenendo così un processo di miglioramento costante del processo decisionale e una migliore gestione degli eventi non pianificati. 

Alla luce di questi sviluppi, ABB ha introdotto la soluzione software Water Management System (WMS), una piattaforma altamente estensibile e configurabile. La piattaforma consente agli operatori di interconnettere completamente i componenti di terze parti esistenti, siano essi sistemi di controllo pre-esistenti o dispositivi di misura, indipendentemente dalle loro interfacce o verticalizzazioni applicative. In questo modo si colma il divario tra le tecnologie operative e i livelli informatici e si apre la porta a nuove funzionalità  [Immagine 1]. Questa capacità di correlare e armonizzare i dati ha un valore potenzialmente enorme in aree quali la pianificazione strategica, la gestione degli asset e la reportistica, in quanto aiuta gli operatori a individuare condizioni anomale, identificare le cause alla radice dei problemi, confrontare gli schemi e persino simulare scenari.

Conoscenza approfondita del dominio
Progettato come sistema esperto per i servizi idrici, il WMS di ABB sfrutta la conoscenza del suo dominio applicativo e utilizza una procedura di inferenza (analisi dei dati) per risolvere problemi che altrimenti richiederebbero una competenza umana o un'esperienza combinata con un'enorme capacità computazionale.

Il potere di WMS deriva principalmente dalla sua profonda conoscenza del dominio, basata sull'esperienza dei progetti e sulle collaborazioni con i clienti.

Inoltre, beneficia della partnership di ABB con DHI, una società di consulenza leader a livello mondiale specializzata nella gestione e modellazione delle risorse idriche e dei relativi ecosistemi [1]. Grazie a questa collaborazione, WMS è in grado di modellare sistemi complessi e di fornire informazioni sull'ingegneria idraulica.

Il design della piattaforma [Immagine 2] si basa su diversi livelli completamente disaccoppiati e modulari che consentono di integrare le fonti di dati, indipendentemente dal fatto che si tratti di sistemi esterni o di dispositivi IoT.
Inoltre, grazie a un livello di omogeneizzazione costituito da connettori personalizzati, è possibile integrare e contestualizzare dati eterogenei e memorizzarli in un modello cognitivo o in un data lake cognitivo che sia specifico per il settore e ne comprenda il contesto.

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WMS offre una profonda conoscenza del settore, basata sull'esperienza dei progetti e sulle collaborazioni con i clienti.

Inoltre, grazie a un livello di omogeneizzazione costituito da connettori personalizzati, è possibile integrare e contestualizzare dati eterogenei e memorizzarli in un modello cognitivo o in un data lake cognitivo che sia specifico per il settore e ne comprenda il contesto.Mentre avvengono questi processi, i dati convergono verso un middleware che offre servizi trasversali, tenendo conto in particolare di considerazioni sulla sicurezza, come il controllo degli accessi e lo scambio di dati, e sulle prestazioni, come i meccanismi di caching, l'ingestione e l'archiviazione dei dati e l'intermediazione dei messaggi. Il risultato finale è un'applicazione web "single-view cockpit" [Immagine 3] completata da un'interfaccia uomo-macchina (HMI) completamente reattiva che bilancia design e usabilità.

Il sistema di gestione dell'acqua di ABB offre una gamma di applicazioni e funzionalità. Grazie al suo elevato livello di modularità [Vedi Moduli WMS] e scalabilità, può aiutare gli enti gestori ad affrontare le seguenti sfide:

• Monitoraggio delle operazioni in tempo reale basato su uno strato di raccolta dati e su un lago di dati adattato a un modello di dati della rete di distribuzione idrica
• Rilevamento delle perdite basato su un modulo di bilancio idrico in grado di calcolare le prestazioni di ciascun distretto o area di misurazione distrettuale (una parte discreta di una rete di distribuzione idrica)
• Automazione dei report che può eseguire ed esportare modelli di report precostituiti (ad esempio, per le autorità di regolamentazione) o report ad hoc
• Simulazione avanzata con una funzione di replica digitale geospaziale (il cosiddetto “digital twin”) che si basa su un modello idraulico dinamico in esecuzione sul back-end
• Monitoraggio dell aqualità dell'acqua, che si basa su un modulo ad hoc in grado di monitorare l'età dell'acqua, gli eventi contaminanti e i KPI relativi

Inoltre, il WMS si inserisce nella più ampia offerta ABB Ability™, consentendo così di prendere decisioni in tempo reale e basate su dati che massimizzano l'efficienza delle risorse e contribuire a un mondo più sostenibile. La piattaforma può raccogliere dati da qualsiasi tipo di fonte grazie al suo livello IoT/connettività, che può sfruttare tutte le capacità della piattaforma ABB Ability Genix in termini di dati raccolti dal campo/siti remoti (compresa la telemetria e i dati provenienti da connessioni a bassa larghezza di banda, ad esempio tramite ponti radio).

La piattaforma può anche raccogliere dati da SCADA preesistenti (o da altri sistemi di terze parti) e/o direttamente dal campo (compresi contatori intelligenti o dispositivi IoT) attraverso i protocolli OPC UA/DA, MQTT, AMQP. Infine, tutti i dati vengono armonizzati e archiviati nel data lake per le app e il WMS.

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Moduli WMS: aiutare i clienti a superare le difficoltà

Modulo “District Performance”
Questo modulo consente di analizzare in tempo reale le prestazioni della gestione idrica sulla base dei dati di afflusso e consumo recuperati dal sistema di supervisione, controllo e acquisizione dati (SCADA). Per ogni area, WMS riporta diversi KPI, come le perdite d'acqua e i relativi costi, compresi tutti i parametri IWA standardizzati. Ulteriori parametri e indicatori locali sono disponibili su richiesta. Sulla base dei dati in tempo reale, lo strumento rileva automaticamente nuovi burst e anomalie e genera allarmi in base a regole e soglie predefinite. Inoltre, il modulo facilita la diffusione dei dati alle autorità al fine di supportare le operazioni quotidiane e la pianificazione a lungo termine delle risorse finanziarie e tecniche per ridurre le perdite.

Modulo “Digital Twin”
Questo modulo consente di riprodurre in tempo reale una rete idrica sulla base della modellazione idraulica e dei dati provenienti dagli SCADA. Il WMS recupera automaticamente le informazioni da tutti i sensori di una rete per simulare lo stato di tutte le strutture controllabili, come valvole, pompe, ecc. e i livelli dell'acqua nei serbatoi, la domanda di acqua, ecc.
Il sistema prepara automaticamente un modello idraulico che riproduce la rete, consentendo la rappresentazione di scarichi, pressioni e qualità dell'acqua in ogni tubo. Ciò consente di comprendere meglio il comportamento della rete e di supportare operazioni e ottimizzazioni basate su avvisi automatici quando vengono rilevate anomalie. La piattaforma consente inoltre di confrontare dinamicamente le osservazioni reali e i dati simulati per verificare l'accuratezza del modello.

Modulo “Scenario Manager”
Network Scenario Manager include un'ampia gamma di analisi avanzate basate sulla disponibilità del modello idraulico. Come già detto, "Network Twin" offre una simulazione in tempo reale delle condizioni di una rete. Scenario Manager, invece, consente all'utente di eseguire analisi avanzate sia in termini di hindcast che di simulazioni di previsione. Il modulo hind- cast consente di simulare le condizioni passate, tenendo conto dello stato di tutte le strutture controllabili e delle variabili fisiche osservate (livelli idrici, richieste d'acqua, ecc.).
Il modulo di previsione consente di simulare le condizioni future con diversi giorni di anticipo sulla base di profili di domanda idrica predefiniti. Le simulazioni di scenari "what-if" consentono di confrontare operazioni alternative nella rete (apertura o chiusura di valvole, modifiche dei set point, ecc.) e in termini di domanda di acqua.
L'interfaccia grafica del WMS aiuta l'utente a confrontare i risultati dei modelli e a identificare le migliori pratiche come strategie di ottimizzazione.

Modulo “Water Quality”
Questo modulo comprende l'analisi online in tempo reale della qualità dell'acqua nella rete in termini di età dell'acqua e di soluti specifici, compreso l'instradamento da diverse fonti. I dati sulla qualità vengono raccolti e visualizzati per un monitoraggio immediato dei KPI. Inoltre, i sensori virtuali e i gemelli digitali possono essere utilizzati per eseguire simulazioni avanzate riguardanti l'estinzione dell'acqua, la valutazione della tracciabilità delle fonti e l'analisi di eventi contaminanti.

Modulo “Asset Performance”
Questo modulo fornisce analisi avanzate e viste integrate degli asset (pompe, motori, tubazioni, valvole di sicurezza, serbatoi di stoccaggio, ecc.).
Questo include analisi sulle prestazioni degli asset, sugli scostamenti di salute, sulla manutenzione preventiva, sui guasti, sulla manutenzione correttiva, sulla cronologia degli eventi degli asset e sui costi di manutenzione, compresa la generazione di avvisi specifici in caso di scostamenti. Con l'evoluzione di questo modulo, sarà possibile prevedere i guasti delle apparecchiature sulla base di algoritmi basati sui dati. Questi analizzano il comportamento di un gruppo di parametri storici per stimare il tempo di guasto (ad esempio, prevedere il degrado delle prestazioni di una pompa).

Ottimizzazione della rete
Questo modulo, che si basa su tecniche di AI/ ML integrate, è progettato per migliorare le prestazioni (e quindi ridurre i costi complessivi) in tempo reale. I risultati ottimali sotto forma di set-point, consigli, ecc. vengono comunicati agli utenti registrati per supportare le intuizioni, la pianificazione e le azioni. Il modulo è in grado di modellare lo sviluppo dei processi, dei bilanci e degli as-set, nonché di ottimizzare gli stessi sulla base di intuizioni analitiche. Può an-che costruire sensori morbidi, riducendo così al minimo il dispiegamento fisi-co. Le ottimizzazioni possono essere eseguite per l'efficienza energetica (ad esempio, il bilancio energetico della rete), le prestazioni degli asset (ad esem-pio, il punto di migliore efficienza variabile) e i processi (ad esempio, il bilancio di flusso).