L'elettricità di scarsa qualità può provocare danni rilevanti nelle linee di produzione.
Monitorando la qualità dell'energia, è possibile individuare eventuali problemi prima che diventino gravi. Un tipico analizzatore di rete analizza dalla rete elettrica tre segnali di tensione per calcolarne la qualità in base agli standard internazionali. La qualità della tensione è determinata da diversi fattori: frequenza, variazione del livello, flicker, sbilanciamento del sistema trifase, spettri armonici, distorsione armonica totale e intensità del segnale. In alcuni casi è necessario analizzare anche i segnali della corrente insieme a quelli della tensione. Si esaminano così i parametri della corrente e si calcolano le quantità indirette come la potenza attiva, reattiva, energie e altre grandezze. ENA (Elcom Network Analyzer) è una suite hardware e software per l'analisi qualitativa dell'energia realizzata da Elcom. Rappresenta un sistema modulare complesso per il monitoraggio della qualità dell'energia, conforme agli attuali standard internazionali e ai requisiti specifici nazionali.
La scelta della piattaforma di sviluppo
Il sistema è basato sulla piattaforma CompactRIO con moduli Serie C di National Instruments. Rispetto agli strumenti basati su Pc, è più compatta, robusta e ha dimensioni ridotte. Anche le specifiche riguardanti la temperatura sono migliori (-40°C +70°C) e il consumo energetico è molto basso (circa 8 W). La famiglia dei prodotti NI CompactRIO, inoltre, offre vari fattori forma, importanti per soddisfare le varie esigenze applicative e le necessità di diversi clienti. Tra i vari moduli I/O è stato scelto il modulo per la misura di potenza NI 9225 a 300 V per effettuare misure ad alta tensione. Il modulo di input analogico è progettato per misure di forme d'onda ad alta tensione, quali misure linea-terra e linea-linea di reti di potenza a 110 V e misure linea-terra di reti di potenza a 240 V. Per le misure di corrente si utilizzano i moduli NI 9227. I moduli NI 9225 e NI 9227 sono dotati di canali a campionamento simultaneo a 50 kS/s per misure accurate di potenza trifase e misure di qualità, come flicker, armoniche e fattore di potenza. In alternativa sono stati progettati dei moduli per la tensione e la corrente: EL9215U-R1 e EL9215I-R1 si basano sul modulo NI 9215 e utilizzano l'elettronica di condizionamento dei segnali di Elcon. Sono inseriti in 3 slot di uno chassis CompactRIO. Come ambiente di sviluppo software è stato utilizzato LabView per tutti i componenti del software ENA, dal momento che anche la facilità di impiego, la portabilità e la scalabilità della soluzione avevano un ruolo fondamentale. Esistono vari modelli di analizzatori di rete basati su CompactRIO che si differenziano nelle versioni di CompactRIO e nei moduli di input impiegati. Il firmware dell'analizzatore di rete ENA deve avere come requisito minimo un controller da 400 MHz e uno chassis con un Fpga da 2M Gate.
Analizzatore di rete con piattaforma CompactRIO
Il modello che qui presentiamo è ENA450. La scalabilità della gamma dei prodotti NI CompactRIO, la flessibilità del sistema e la portabilità del codice LabView, tuttavia, permettono la realizzazione di dispositivi con fattori di forma differenti in grado di soddisfare le varie richieste dei clienti e specifiche esigenze applicative. Le caratteristiche dell'analizzatore sono dettate dal software e dall'hardware dello strumento. Il sistema ENA di monitoraggio qualitativo include una serie di applicazioni software per il controllo remoto dell'analizzatore, per l'analisi dei dati archiviati e la presentazione dei dati qualitativi su internet. Il concetto modulare permette di soddisfare le esigenze di ciascun cliente riducendo, al contempo, i costi.
Dispositivi di misura
Il firmware ENA-Node funziona direttamente sull'analizzatore ENA450 basato su CompactRIO, fornendo un sistema di misurazione che gestisce tutti i calcoli, i dati acquisiti e archiviati. ENA-Node contiene diversi moduli software che lavorano in parallelo: analizzatore Fft, analizzatore vettoriale, monitor per il flusso di corrente, misuratore di flicker, monitor per la tensione EN50160, monitor Rms half-period, telegrammi & notifiche di tensione, input digitali. Tutti i moduli del firmware sono adatti a sistemi di alimentazione da 50 e 60 Hz. Gli utenti possono osservare i dati sul display dello strumento e archiviarli in file. Tutti gli strumenti funzionano con una frequenza di campionamento di 9,6 kS/sec a canale. La frequenza di campionamento è sincronizzata con la frequenza dei segnali misurati. Gli algoritmi implementati rispettano i requisiti qualitativi delle direttive in vigore: IEC61000-4-30, IEC61000-4-15, e IEC61000-4-7. Il software analizza dalla rete elettrica tre segnali di tensione fino a 300 Vrms e tre valori di corrente istantanei per calcolare varie quantità come: i valori rms, la frequenza, gli spettri armonici, la distorsione armonica totale, i flicker, lo sbilanciamento del sistema trifase, la potenza attiva, reattiva, l'energia e molte altre quantità. La corrente dai segnali d'uscita dei trasformatori (1A/5A) può essere misurata direttamente utilizzando un modulo di corrente NI 9227 o il modulo Elcom EL9215I-R1, collegati indirettamente con pinze amperometriche.
L'interfaccia utente per il controllo dello strumento
L'interfaccia utente ENA-Touch è un'interfaccia grafica semplice da usare e pensata per i dispositivi di misurazione ENA che permette tutti i controlli dello strumento, la presentazione dei dati e le configurazioni delle misure. La configurazione e le presentazioni dei dati sono semplici e ben organizzate così da permettere la visualizzazione delle quantità misurate. I pannelli di visualizzazione sono di due tipi: alcuni hanno quantità fisse distribuite in tabelle; altri permettono all'utente di definire quali quantità visualizzare e come presentare i dati. L'interfaccia è ottimizzata per il controllo dallo schermo touchscreen e può essere impiegata anche su Pc ultraportatili. ENA-Touch può controllare ENA-Node in remoto utilizzando il protocollo Tcp/IP su Ethernet. In contemporanea con tutte le presentazioni dei dati on-line, il sistema permette anche di archiviare informazioni per l'analisi off-line.
