a) Analisi e comprensione dell utenza finale anche attraverso specifiche fasi di coprogettazione

Transcript

1 Attività svolta da LASerINN s.c. a r.l., in qualità di Laboratorio di Ricerca MIUR, appartenente al Catalogo Partner Apulian Living Labs, nell ambito del progetto SmartlightS Smart Lighting System, intervento cofinanziato dalla Regione Puglia nell ambito dell Avviso Pubblico P.O. 2007/2013 Asse I Linea di intervento 1.4 Azione In relazione al contratto per attività di ricerca, in qualità di Organismo privato di Ricerca iscritto all albo MIUR e appartenente al Catalogo Partner Apulian Living Labs, per il Progetto SmartlightS Smart Lighting System ammesso a finanziamento nell ambito dell Avviso Pubblico PO 2007/2013 Asse I. Linea di Intervento 1.4 Azione Investiamo nel vostro futuro, Supporto alla crescita e sviluppo di PMI specializzate nell offerta di contenuti e servizi digitali Apulian ICT Living Labs Regione Puglia, si provvede a relazionare sulle attività svolte: A. Analisi e comprensione dell Utenza finale anche attraverso specifiche fasi di coprogettazione B. Definizione del modello di interazione tra i diversi attori coinvolti C. Prototipazione e personalizzazione delle soluzioni D. Test e sperimentazione di nuove tecnologie in applicazioni reali rispondenti ai fabbisogni effettivi dell Utenza finale E. Dimostrazione e presentazione in modalità demo lab pubblico delle soluzioni prototipali sviluppate, anche al fine di renderle fruibili da parte di ulteriori comunità di utenti interessati F. Analisi per la valorizzazione economica dei risultati ottenuti dalla sperimentazione

2 a) Analisi e comprensione dell utenza finale anche attraverso specifiche fasi di coprogettazione Laserinn ha collaborato con il servizio tecnico afferente all Assessorato Urbanistica e Territorio Comune di Capurso ed il team di lavoro costituito da Editoriale 41, CSM ed ICMEA alla copogrettazione del sistema smart di illuminazione con particolare riferimento agli aspetti inerenti la tipologia di sensori da utilizzare ed i criteri base di accensione/spegnimento ed autoregolazione dell intensità luminosa da implementare nell algoritmo di controllo. Laserinn ha partecipato inoltre alla fase di individuazione di ingegnerizzazione delle soluzioni e definizione dello standard procedurale si seguito riportato. 1. Individuazione delle specifiche di progetto 1.1. Definizione dell intensità luminosa di progetto 1.2. Definizione dei criteri di modulazione della intensità luminosa 1.3. Definizione dei criteri e delle autonomie degli interventi manuali da operatore 1.4. Definizione dei guasti e delle procedure di intervento 2. Individuazione dell Hardware adatto alle specifiche individuate 2.1. Individuazione delle parti meccaniche necessarie 2.2. Individuazione dei sensori ottimali 2.3. Individuazione dell Hardware di controllo ottimale 2.4. Individuazione dell Hardware ottimale per la trasmissione dati 3. Elaborazione degli algoritmi di controllo 4. Costruzione hardware

3 5. Programmazione software 6. Montaggi e Collaudi b) Definizione del modello di interazione tra i diversi attori coinvolti Laserinn ha partecipato attivamente nella definizione di metodologie di collaborative working mettendo a disposizione della partnership il proprio know-how in ambito sensoristico e dei sistemi di controllo smart basati su algoritmi di regolazione automatica del funzionamento, consentendo di elevare il livello di conoscenza tecnologica e poter rendere tecnicamente realizzabile il prodotto SmartlightS. c) Prototipazione e personalizzazione delle soluzioni L.A.Ser.Inn ha collaborato con il comune di Capurso nell attuazione di azioni mirate alla raccolta di dati significativi sul territorio. In particolare Laserinn ha affiancato il Comune di Capurso nella fase di individuazione dello spazio pubblico più idoneo all installazione del sistema smart di illuminazione. Sono state prese in considerazione diverse piazze comunali nonché strade a basso traffico: si è ritenuto Piazza Gramsci la più idonea ad ospitare l impianto-pilota in quanto dimensionalmente adeguata ad un sistema sperimentale costituito da un numero limitato di corpi illuminanti, caratterizzata da una architettura simmetrica che facilita la scelta della disposizione di lampioni e sensori ed ubicata in una posizione centrale del paese che il Comune intende valorizzare sia da un punto di vista sociale che commerciale. Sviluppo algoritmo di controllo È stata definita l architettura per un sistema di gestione adattativa integrato per la gestione del sistema-illuminazione di una realtà territoriale con capacità di

4 diagnostica, monitoraggio e adattamento atto a pilotare il sistema in funzione delle condizioni climatiche e del grado di funzionalità dell impianto stesso. Il sistema di controllo sviluppato supera il concetto della semplice regolazione oraria di flusso adattando l energia erogata all effettiva domanda del momento in modo tale da consumare energia soltanto nella misura e nel momento in cui l energia è effettivamente richiesta. Tale metodologia si basa su due passi fondamentali, ovvero attuazione e diagnostica. Il sistema HW-SW per la gestione smart del funzionamento dell impianto è basato sull interazione tra due componenti fondamentali: 1. Sistema di analisi sensori: effettua delle elaborazioni real-time delle risposte di sensori per produrre degli indici di prestazione nelle postazioni dove sono presenti i singoli elementi di illuminazione. 2. Sistema di controllo: elabora, per ogni lampione, la quantità di potenza necessaria al lampione compatibilmente con i flussi di persone, la categoria della strada, gli agenti metereologici e la autodiagnostica del sistema stesso. In particolare, le attività di sviluppo innovative si sono articolate sui seguenti task: Modelli di diagnostica su lampioni smart in condizioni anomale Determinazione adattiva delle potenze di alimentazione di tutti i lampioni Attuazione delle regolazioni tramite colloquio con il sistema di regolazione dei flussi luminosi. Diagnostica Stato Sistema La prima fase di sviluppo si è concentrata sull attività di diagnostica. In particolare, ad intervalli di tempo regolari, il programma interroga il sistema verificando il corretto funzionamento dell impianto ed eventualmente inviando segnalazioni alla sede centrale in caso di anomalie.

5 Le grandezze sensibili da tenere in considerazione sono a. Le tre correnti di esercizio relative all assorbimento elettrico dei pali. Palo 1 : AL1 Palo 2 e Palo 3 : AL2 Palo 4 e Palo 5: AL3 L alimentazione totale di linea del sistema VLNTOT Diagnostica Stato Palo La seconda attività di diagnostica prevede il monitoraggio del corretto funzionamento dei punti luce. L impianto in questione prevede l installazione di cinque pali disposti come mostrato in Figura 1.

6 Figura 1 Illuminazione pali in funzione della risposta del sensore di luminosità (65%). L interrogazione da parte del software avviene analizzando le ultime 5 righe utili del report prodotto ad intervalli di tempo regolari. Infatti in alcuni casi può accadere che le

7 ultime cinque righe non corrispondano necessariamente alle informazioni per i cinque diversi pali ma vi siano dei duplicati generati a seguito di cambi di stato. In questo caso le grandezze da monitorare sono: Stato Lampada: fornisce informazioni relative al funzionamento della lampada, in caso di anomalie restituisce un valore corrispondente al problema riscontrato, come riportato in tabella Temperatura: il valore di temperatura accettabile per il corretto funzionamento del palo luce rientra nell intervallo definito dal costruttore che, nel caso specifico, corrisponde a C Corrente: il valore di corrente rivelato deve risultare di un entità tale da creare una corretta proporzionalità con il valore di dimmer imposto alla lampada stessa. Dimmer: il valore rilevato, variabile da zero a quindici, anche in questo caso deve risultare proporzionale al valore di corrente assorbita per il palo corrispondente.

8 Diagnostica Stato Sensori La terza attività di diagnostica prevede il monitoraggio del corretto funzionamento dei sensori posizionati nell area di interesse. L impianto in questione è provvisto di sensori di due differenti categorie come mostrato in Figura 2. Figura 2 Illuminazione pali in funzione della risposta del sensore di luminosità (65%). Il primo tipo di sensore è sensibile alla variazione di luminosità circostante. Quindi in funzione della luce ambiente regola l emissività luminosa del punti luce in maniera tale da evitare spreco in termini di fabbisogno energetico in alcune fasce orarie.

9 Il secondo tipo di sensore rileva l eventuale presenza di un ostacolo all interno del suo raggio d azione. Il funzionamento è del tipo acceso/spento e regola quindi l accensione del punto luce nel caso in cui, nello specifico, vi sia il passaggio di qualche persona. Tipo_sensore: definisce la tipologia di funzionamento del sensore: tipo 1 sensore luminosità. tipo 2 sensore presenza; Dato_rilevato: definisce l uscita digitale per il sensore di presenza: Dato_rilevato1: definisce l uscita analogica per il sensore di luminosità; Diagnostica scrittura La fase di scrittura riguarda la metodologia utilizzata dall algoritmo per intervenire nel caso in cui si verifichino delle anomalie nell impianto. Tenuto conto dell elaborazione della lettura avvenuta nella parte di diagnostica sopra elencata il software decide se intervenire creando degli alert al sistema nella seguente maniera: Cod_palo: riporta il numero del palo che presenta anomalie; Tipo_errore: riporta l identificativo del tipo di errore riscontrato: I: errore riguardante l impianto;

10 P: errore riguardante il palo. Cod_errore: 30 Errore di alimentazione in ingresso (I) 31 Errore di frequenza (I) 32 Errore di corrente (I) 13 Assenza corrente (P) 15 Errore di temperatura (P) Attuazione scrittura La procedura di attuazione si basa sugli algoritmi per il sistema i predizione della domanda di illuminazione di una Smart City in cui i lampioni sono intelligenti e multifunzionali ossia equipaggiati con sensori di varia natura ed attraverso sistemi di comunicazione che interagiscono con un sistema intelligente. Tale sistema è in grado di ritracciare continuamente il profilo di attività pedonale in base al quale attivare una regolazione adattativa ed automatica per l intera giornata, massimizzando i risparmi energetici con lo scopo di avvicinarsi maggiormente al concetto di energy on demand, ovvero di regolare la potenza del flusso luminoso. Sviluppo di una metodologia di controllo adattativo del flusso luminoso in relazione alla richiesta dell utenza In questa fase è stata definita la metodologia di regolazione adattiva ed automatica del flusso luminoso al fine di massimizzare i risparmi energetici con lo scopo di avvicinarsi al concetto di energy on demand, cioè di regolare la potenza del flusso luminoso in funzione della domanda (flusso di traffico pedonale).

11 d) Test e sperimentazione di nuove tecnologie in applicazioni reali rispondenti ai fabbisogni effettivi dell utenza finale La performance del software di controllo smart in situazioni reali è stata ottimizzata facendo uso di un simulatore del sistema di illuminazione appositamente sviluppato in ambiente Labview. L obiettivo del simulatore è quello di mostrare il comportamento della rete di sensori e quindi dell illuminazione della piazza in una classica giornata al variare delle condizioni di luce ambiente e del traffico pedonale all interno della stessa. Come precedentemente riportato, all interno della piazza vi è una disposizione ordinata di sensori per il controllo sia del flusso luminoso proveniente essenzialmente dalla radiazione solare sia del flusso di persone che occupano la piazza in un qualsiasi momento. Risulta evidente come la combinazione delle risposte di questi sensori, in funzione della condizione che si verifica in dato istante, debba istruire il comportamento dei pali all interno della piazza, attraverso azioni di accensione, spegnimento e variazione di intensità luminosa, in maniera combinata in funzione del palo interessato. Il controllo primario della quantità di luce emessa dai lampioni è gestita quindi dalla risposta dei sensori di luminosità in funzione dell andamento solare giornaliero. A questo poi va aggiunto, in termini di logica booleana, la risposta dei sensori di presenza. Se si considera ad esempio l accensione dell impianto dalle ore (18.00 per ora legale), dalla risposta ottenuta dai sensori di luminosità si imposta una illuminazione complessiva del 30% che ovviamente va via via aumentando in funzione dell orario e quindi della scarsa luminosità solare. Se nel frattempo vi è un passaggio e sosta di cittadini in prossimità dei sensori di presenza, il valore di luminosità viene forzato (indipendentemente dalla luce ambiente) ad un valore di soglia, anch esso variabile in funzione della fascia oraria. Ad esempio, alle ore 2.00 sebbene vi sia assenza di luminosità solare, l illuminazione complessiva della piazza non è posta al 100% evitando sprechi in termini energetici, se però la piazza è popolata, attivando i sensori di presenza, la luminosità (dei pali coinvolti) passa al 100%.

12 Le figure seguenti mostrano la simulazione delle differenti risposte del sistema in una giornata-tipo. Figura 3 Accensione impianto e illuminazione pali in funzione della risposta del sensore di luminosità (30%).

13 Figura 4 Illuminazione pali in funzione della risposta del sensore di luminosità (65%). Figura 5 Illuminazione pali combinata in funzione della risposta del sensore di luminosità (65%) e presenza.

14 Figura 6 Illuminazione pali combinata in funzione della risposta del sensore di luminosità (70%) e presenza. Figura 7 Illuminazione pali in funzione della risposta del sensore di luminosità (90%).

15 a) Analisi per la valorizzazione economica dei risultati ottenuti dalla sperimentazione Laserinn ha collaborato all analisi e valutazione finale dei risultati del progetto e dei benefici apportati rispetto alla situazione iniziale specie in termini di risparmio energetico e di riduzione dell inquinamento luminoso contribuendo alla quantificazione del costo differenziale degli interventi. Laserinn ha inoltre fornito il proprio apporto all individuazione delle strategie di diffusione e vendita del sistema Smartlights quale soluzione tecnologica ottimale per le pubbliche amministrazioni che intendano avvalersi di tecnologie avanzate per l efficientamento dei propri sistemi di illuminazione, contribuendo a rendere la tecnologia Smartlights estendibile ad altri contesti urbani, anche estesi, e facilmente adattabile ad impianti di illuminazione più complessi ed articolati. b) Dimostrazione e presentazione in modalità Demo-Lab pubblico delle soluzioni prototipali sviluppate anche al fine di renderle fruibili da parte di ulteriori comunità di utenti interessati Laserinn ha partecipato alla presentazione della soluzione tecnologica Smartlights in modalità Demo-Lab pubblico mostrando il sistema di controllo dell impianto mediante simulazione del funzionamento durante un intera giornata-tipo, considerando una variazione naturale dell intensità luminosa ambientale ed un traffico pedonale casuale all interno della piazza.