Un edificio in condizioni statiche di normale esercizio risente delle tensioni indette sui suoi elementi strutturali a causa di azioni esterne di normale entità quali pioggia, vento e neve. Manini Connect è l’innovativo sistema di monitoraggio attivo delle strutture prefabbricate, che ha completamente rivoluzionato il mercato italiano della prefabbricazione aprendolo al concetto di smart manufacturing
Quando eventi naturali colpiscono l’edificio con entità superiori alla media e con azioni straordinarie (terremoto, piogge forti ed improvvise, venti forti e neve), i componenti strutturali subiscono delle variazioni nelle tensioni degli elementi dovute all’ingente quantità di sollecitazioni dinamiche registrate. Queste compromettono la vita nominale dell’edificio alterandone in modo più o meno permanente le caratteristiche strutturali. In relazione ai dati statistici registrati negli ultimi anni, le NTC (Norme Tecniche per la Costruzioni) 2018 hanno sensibilizzato l’utente a una salvaguardia maggiore delle nuove strutture.
Manini Prefabbricati S.p.A. è un’impresa specializzata nella produzione di manufatti e componenti prefabbricati, che negli anni ha ampliato e diversificato la propria gamma produttiva arrivando a offrire anche una serie di servizi complementari al core business: soluzioni in biocemento, adeguamenti sismici, service e riqualificazione industriale 4.0, monitoraggio e diagnostica in tempo reale sugli edifici esistenti, ottimizzazione energetica. L’azienda di Assisi (PG) ha quindi brevettato Manini Connect: un sistema di monitoraggio dinamico degli edifici, sviluppato in linea con Industria 4.0 e IoT.
Il progetto Manini Connect è nato dalla collaborazione tra tre diversi soggetti: Manini Prefabbricati Spa, in qualità di Project Leader; Università degli Studi di Perugia, tramite il dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, che ha curato lo sviluppo di un apposito algoritmo per la gestione del fattore sismico; Umbra Control Srl, System Integrator di Perugia ma operativo sull’intero territorio nazionale, che è stato scelto da Manini Prefabbricati Spa per l’implementazione del sistema. Umbra Control è un’azienda specializzata in progettazione, installazione e manutenzione di sistemi integrati (sicurezza, building automation, software di gestione), sviluppati come soluzioni aperte e personalizzate che si adattano ai più diversi contesti, aziendale o residenziale, pubblico o privato; per Manini Connect si è quindi occupata dell’implementazione del sistema di monitoraggio, dal disegno dell’architettura alla messa in esercizio, fino alla manutenzione della piattaforma cloud-based: i criteri che hanno guidato la progettazione da parte di Umbra Control sono stati orientati alla declinazione di qualità industriale su qualsiasi layer che compone lo stack tecnologico di Manini Connect, motivo per cui l’azienda si è avvalsa della qualità della tecnologia Beckhoff per lo sviluppo della soluzione.
Soluzione tecnologica
Il sistema Manini Connect viene integrato all’edificio durante le fasi di produzione (nei principali pilastri prefabbricati e in una scatola esterna prevista sulla copertura): un insieme di sensori consente di rilevare dati relativi alle caratteristiche termo-igrometriche esterne e interne dell’edificio, così come le variazioni dovute a sollecitazioni dinamiche; tali sensori rivelano degli “early warning” che, in seguito ad eventi naturali, inviano “alert” al Centro di Controllo e consentono il monitoraggio del comportamento strutturale dell’edificio in tempo reale. L’utente ha accesso costante ai dati campionati e alla gestione del sistema grazie ad un software dedicato, sviluppato per pc, smartphone e tablet, che permette di gestire al meglio le informazioni ed i dati immagazzinati, ricevere gli alert di controllo in seguito all’elaborazione dei dati, effettuare un checkup di tutti i sensori presenti, attivare o disattivare il sistema di monitoraggio. Grazie alle tecnologie evolute utilizzate per lo sviluppo di questa soluzione, sia lato hardware che software, Manini Connect può essere definito come un sistema “iIoT” (intelligent Internet of Things) applicato ad uno scenario industriale, distribuito su larga scala.
EtherCAT nel DNA per una soluzione industriale robusta
Il duo vincente che caratterizza questa soluzione per robustezza e affidabilità industriale è costituito dai due elementi: PC-Embedded di Beckhoff e il bus di campo EtherCAT. Proprio l’utilizzo di PC-Embedded ha consentito al System Integrator Umbra Control di realizzare in un unico elemento il bridge perfetto tra campo e cloud, sviluppando così l’architettura software per la comunicazione tra gli oggetti di campo e la piattaforma di supervisione di Manini Connect: infatti, nella CPU di ultima generazione del CX8190 di Beckhoff convivono al contempo sia una parte Real-Time per l’acquisizione delle grandezze in gioco, sia uno strato superiore che garantisce il trattamento, lo stoccaggio e l’invio dei dati verso il livello superiore. La tecnologia EtherCAT, anche grazie alle unità remote EP-Box, permette una facile sincronizzazione dei campionamenti acquisiti in Real-Time dal campo e una facile integrazione dei sensori; le soluzioni EtherCAT EP-Box consentono addirittura l’acquisizione di accelerazioni e gradi di inclinazione utilizzando sensori embeddizzati, semplificando le installazioni. La tecnologia EtherCAT ha anche reso più flessibile il sistema e ha conferito un fattore di modularità importante: ciò deriva dal fatto che EtherCAT è un protocollo che non subisce variazioni consistenti di tempo di aggiornamento dell’immagine di processo nel caso si cambino le topologie o l’estensione della rete. Grazie a questa caratteristica, la soluzione implementata da Umbra Control può essere modulata su più pilastri in base al progetto in realizzazione senza dover rivedere il sistema di controllo. Il controllore acquisisce grandezze sia di tipo ambientale che meccanico e correla il tutto per segnalare situazioni di emergenza; la tecnologia Beckhoff permette un campionamento delle grandezze meccaniche adeguatamente veloce per ricostruire attraverso specifici algoritmi gli effetti che una struttura può aver subito dopo un evento sismico. Ultimo ma non meno importante, la scelta delle tecnologie nel Manini Connect sono tali da garantire facile diagnostica, l’interoperabilità dei prodotti grazie all’impiego di protocolli standard e grande longevità dei sistemi affidandosi a prodotti industriali che vengono garantiti sul mercato per molto tempo.
Principali benefici dell’utente
Efficienza, sicurezza e prevenzione costante: Manini Connect consente di interpretare il comportamento strutturale dell’edificio rispetto ai diversi fattori esterni che lo influenzano. Lo sviluppo di strutture intelligenti innova il mercato italiano dei prefabbricati, aprendolo alla tecnologia della «smart manufacturing». Il reale vantaggio del sistema di monitoraggio integrato consiste nell’effettuare manutenzioni predittive, secondo i principi della gestione smart degli edifici, finalizzati al mantenimento nel tempo della più elevata funzionalità della costruzione, che consente di massimizzare l’efficacia dell’investimento effettuato. È così possibile ottimizzare gli interventi di manutenzione di un edificio riconoscendo preliminarmente l’eventuale presenza di una anomalia attraverso l’interpretazione dei dati rilevati dal Manini Connect. Grazie all’industrializzazione del sistema, si hanno costi di installazione agevoli e un’importante riduzione del premio assicurativo.