Progettazione e prototipazione di un sistema di

telemanutenzione intelligente per impianti tecnici

- definizione dell’architettura per il controllo della

qualità ambientale e del microclima nell’impianto.

Candidato

Cristian Genito

Matricola 1615102

Relatore

Lorenzo Fedele

Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria

Meccanica

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Manutenzione

predittiva

Sensori

Dati

Data mining

Machine learning

Guasto previsto

Sistema

monitoraggio

ambiente

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• 2.379 milioni di euro di

fatturato totale

• 1.749 milioni di euro di

mercato interno

• 999 milioni di euro di

esportazioni

• 369 milioni di euro di

esportazioni

• 630 milioni di euro di

saldo attivo della

Bilancia Commerciale

fonte: ( ANIE AssoAscensori )

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Stato dell’arteSistemi di manutenzione predittiva vengono sviluppati per

monitorare diversi impianti:

• Per predire il guasto di turbine eoliche

• Per predire i possibili guasti di sottostazioni elettriche

• Per predire i possibili guasti, nelle stazioni di pompaggio, di

un sistema fognario

• Analizzando le vibrazioni predire possibili guasti di alberi

meccanici

Lo sviluppo di un sistema manutentivo predittivo porta dei

vantaggi quali:

• Riduzione dei tempi di intervento e di fermo impianto

• Migliore organizzazione dei piani di manutenzione

• Riduzione dei costi

• Riduzione del numero di interventi annui

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Sviluppo del GrAMS 2009Granted Availability Management System

Il GrAMS è un sistema di telemanutenzione

intelligente, provvisto della capacità di predire le

situazioni anomale e di aiutare la pianificazione

della manutenzione da parte dei tecnici, è stato

realizzato concentrandosi sullo studio di 3 tipi di

impianti: ascensori, termici ed elettrici.

Svantaggi del sistema:

• Nuove normative vigenti

• Nuove tipologie di sensori

• Sviluppo di reti neurali

SVILUPPARE IL GrAMS 2020

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GrAMS 2020

Per scegliere i componenti e i

paramenti da monitorare • Diagrammi ad albero

• FMEA

• Interventi obbligatori da normativa

• Statistiche sugli incidenti

Fault Tree Analysis

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Diagrammi ad albero degli impiantiSuddivido gli impianti nei principali ambienti fisici

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Failure Mode and Effect Analysis

Analizzando i modi di guasto dei componenti

suddividendoli in :

• Vano corsa

• Cabina

• Locale macchina

• Centralina oleodinamica

• Circuiti e contatti elettrici

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Interveti da normativa

UNI EN 81-50

Statistiche

D.P.R. 27/2014

51,8%

C.A. Broker e resi disponibili dal CNIM

Studio coreano tra il 1998 e il 2006

52,1%

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Fault Tree Analysis

INCIDENTI PRINCIPALI:

• Non livellamento al piano ( elettrico ed idraulico )

• Chiusura porte piano e cabina

• Movimento incontrollato cabina

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Definizione dei parametri e sensori

Accellerometro

Microfono

Sonda effetto

hall

Encoder incrementale

e assoluto

Cella di carico

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Hardware

sensori

Definizione della G.DAB

Raspberry pi 3

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software1.Acquisizione

dati

2.Trasmissione

dati3. Analisi dei dati 4. Interfaccia utente

• Soluzioni di storage

dei dati

• Campagna raccolta

dati

• Data mining

• Elaborazione dati

tramite rete neurale

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software

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softwareTrasmissione dati

Soluzione per lo

storage dei dati

Soluzione fase di

sperimentazione

Soluzione fase di

commercializzazione

Campagna

raccolta dati

Buona raccolta dati caratterizzata da

quantitativo esaustivo di eventi di

fermo

• Avere un impianto utilizzato h24

che simuli il funzionamento

• Simulare partendo da dati relativi

ad eventi reali.

• Cross-validation

G.AIRProgettazione di un dispositivo per monitorare qualità e microclimaambientale indoor

G.AIR Pagina 16

Controllando:

• La qualità dell’aria

• Il microclima

Per evitare:

• Infortuni dovuti a sostanze pericolose

in ambiente confinato

• Malattia respiratorie croniche e

oncologiche dovute alla massaccia

presenza di sostanze tossiche in

ambienti indoor

Destinato al monitoraggio di:

• ambienti confinati non destinati ad

uso umano (DPR 177/2011); esempio

vano ascensori.

• ambienti confinati ad uso pubblico e

privato; esempio: uffici, scuole,

ospedali ecc…

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QUALITA DELL’ARIA

COV (composti organici volatili)

Definizione:Qualsiasi composto organico che abbia a

293,15 K (20⁰C) una pressione di vapore

di 0,01 KPa superiore (DLgs 152/2006)

Effetti per la salute:• Problemi respiratori

• Effetti tossici (Benzene)

• Irritazione di occhi, mucose e del tratto

respiratorio (toluene)

• Essere composti cancerogeni (Formaldeide)

• Infiammabilità ( Clorobenzene)

Quanti e quali sono:Sono all’incirca 250 e appartengono alle classi:

• Idrocarburi alifatici

• Idrocarburi alogenati

• Idrocarburi aromatici

• Alcoli

• Aldeidi

Misurazione e Limiti:Essendo una grande quantità di composti questi

vengono tenuti sotto osservazione tramite un

indice generale IAQ (indoor air quality) che

monitora la presenza di questi gas dando un

livello di allarme.

Di norma il livello è basato su degli algoritmi che

permettono di stilare una scala di qualità

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QUALITA DELL’ARIA

PM (particolato)

Definizione:

Il particolato atmosferico è formato da

una miscela complessa di particelle

solide e liquide di sostanze organiche ed

inorganiche sospese in aria

Effetti per la salute:

Influenzato dalla composizione chimica del

particolato e dalla dimensione

• Patologie cardiovascolari

• Patologie respiratorie

• Patologie oncologiche

Come è composto:

Solfati, nitrati, ione di ammonio, cloruro di

sodio, particelle carboniose, polvere minerale ed

acqua.

• PM10 con diametro aerodinamico inferiore a

10 μm

• PM2.5 con diametro aerodinamico inferiore a

2.5 μm

Limiti per la salute:

(legge italiana)

• PM10 media annua di 40 𝝁𝒈/𝒎𝟑

• PM2.5 media annua di 25 𝝁𝒈/𝒎𝟑

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QUALITA DELL’ARIA

RADON

Definizione:

Il radon `e un gas nobile inodore,

incolore, insapore e reagisce difficilmente

con altri elementi chimici, grazie a questa

sua inerzia chimica si diffonde

rapidamente.

Effetti per la salute:

Il radon può facilmente penetrare nei polmoni

attraverso l’apparato respiratorio, e qui

decadere rilasciando particelle alfa.

• Patologie oncologiche (il radon è

considerato la principale causa di morte per

tumore ai polmoni dopo il fumo di tabacco).

Presenza:• L’isotopo più presente in natura è il radon222

• Maggiori sono gli spazi interstiziali nei

minerali e le fratture delle rocce che

compongono il terreno, maggiore è il volume

di gas sprigionato

• Il territorio italiano è caratterizzato da una

grande presenza di radon

Misurazione e Limiti:

(legge italiana)

• 500 Becquerel/𝒎𝟑 ambienti di lavoro

(Direttiva europea)

• 400 Becquerel/𝒎𝟑 edifici esistenti residenziali

• 200 Becquerel/𝒎𝟑 nuovi edifici residenziali

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MICROCLIMA

BENESSERE TERMICO

Definizione:

Stato per cui l’individuo non sente ne

caldo ne freddo

Fattori che influenzano:

• Umidità 40/50% di umidità relativa

• Ventilazione 0,1/0,2 [m/s]

MUFFE

Effetti per la salute :

Difficoltà nello svolgere le attività,

malesseri generali.

Definizione:

Sono dei piccolissimi organismi

appartenenti al regno dei Funghi

Fattori che influenzano:

• Umidità 60% di umidità relativa

Effetti per la salute :

Disturbi dell’apparato respiratorio, mal di testa,

malessere generale, tosse, infiammazioni,

irritazioni, ecc. Dipende dalla composizione

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HARDWAREuThing::VOC

• temperatura in gradi celsius [°C]

• umidità rilevata come percentuale di

umidità relativa [%].

• pressione atmosferica in hectoPascal

[hPa].

• IAQ indoor air quality: un indice che varia

da 0 a 500 dandoci un valore della qualità

dell’aria

• IaqAccurancy: ci da un valore che indica

la stabilità del sensoreSDS011

GDK101 ROBIN2-Radon Sensor.

Dynamic

Light Scattering (DLS)

mSv/h; Sievert Bq/m3; Becquerel

VS

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HARDWARE

SENSORII G.AIR CLOUD

RASPBERRY Pi 3

ARDUINO UNO

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SOFTWARE

SENSORII G.AIR CLOUD

Python

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Prototipazione

Progettazione Prototipazione

DMG srl

FS

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Modello di business G.DAB

START UP Dlg 221/2012 “Decreto

Crescita 2.0”.

Vantaggi:

• Burocratici

• Economici

• La possibilità di aderire

ad incubatori (Sapienza)

Modello model

CANVAS

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Costo e business

model

Modello più economico con

rivelatore radon tramite raggi

gamma

Modello più costoso con

rivelatore di radon diretto.

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• Svolgere una manutenzione a

distanza e intervenire solo dove

richiesto

• Ridurre i costi di manutenzione

• Riduzione le ore di fermo impianto

• Permettere alle piccole e medie

imprese italiane di competere con

grandi gruppi internazionali

• Controllare la qualità dell’aria negli

ambienti di lavoro e privati