I progettisti di contatori intelligenti di nuova generazione per acqua, gas ed elettricità devono affrontare una serie di sfide. Oltre alla costante necessità di ridurre al minimo i costi in un mercato altamente competitivo, i requisiti in termini di prestazioni, consumo energetico e affidabilità a vita obbligano ad una continua ricerca di soluzioni innovative.
Quando si tratta di innovare, tuttavia, i progettisti di contatori intelligenti devono risolvere queste tre sfide specifiche:
- Massimizzare la durata della batteria e quindi la vita complessiva del contatore.
- Migliorare l'accuratezza della misurazione del flusso attraverso il ciclo di vita del contatore dell'acqua e/o del gas.
- Mitigare la crescente minaccia di manomissioni che mettono a repentaglio le prestazioni dei contatori e i modelli di business degli operatori di servizi.
Il progetto di riferimento di Texas Instruments
Prendiamo in esame la prima sfida. In genere i contatori intelligenti per acqua e gas devono funzionare con una batteria a cella primaria non ricaricabile per un minimo di 15 anni nelle più svariate condizioni ambientali: pertanto il consumo energetico e l'affidabilità di misurazioni accurate per l'intera durata del prodotto sono le principali priorità per la progettazione.
Le soluzioni chimiche più comuni per le batterie dei contatori intelligenti per acqua e gas sono a base di litio. L'elevata densità di energia e il basso tasso di autoscarica della cella al tionile cloruro di litio (LiSOCL2) la rendono adatta per applicazioni di lunga durata.
Un'altra soluzione chimica possibile e sempre più popolare è il biossido di litio e manganese (LiMnO2), grazie alla sua elevata capacità di erogare elevate correnti di impulso. Poiché i contatori intelligenti integrano più moduli di comunicazione a radiofrequenza ad alta potenza, come i modem a banda stretta per l'Internet of Things, le batterie devono erogare impulsi di corrente periodici di 1 A o superiori durante gli intervalli di trasmissione.
Massimizzazione del ROI dei contatori intelligenti con la manutenzione predittiva
I contatori intelligenti per acqua e gas devono avere una lunga vita utile al fine di offrire agli operatori di servizi un ritorno sugli investimenti adeguato e, in definitiva, per minimizzare i costi delle utenze per i consumatori. L'implementazione di una rete di contatori intelligenti per l'acqua rappresenta un investimento di capitale importante per gli operatori di servizi. In un'intervista tenuta con Bloomberg News nel 2017, il CEO di DC Water George Hawkins ha affermato che il costo per l'installazione di un contatore intelligente in ogni casa a Washington, DC, è pari a 180 $. In che modo la tecnologia può aiutare gli operatori e i consumatori a ottenere il miglior rapporto qualità/prezzo in questo caso?
Una possibilità consiste nell'utilizzare l'intelligenza del contatore per eseguire la manutenzione predittiva. Se un contatore intelligente è in grado di prevedere con precisione la durata residua effettiva della batteria, gli operatori dell'assistenza possono pianificare i cicli di sostituzione in modo più conveniente. Cosa succede se, in seguito a condizioni ambientali favorevoli, un contatore raggiunge la fine della sua vita utile stimata con il 20% dell'energia ancora disponibile? L'operatore dell'assistenza deve comunque sostituire il contatore? Al contrario, in caso di condizioni ambientali avverse, guasti dei componenti o altri problemi di affidabilità che riducono la durata della batteria del contatore, l'operatore dell'assistenza potrebbe trarre vantaggio da un adeguato avviso per pianificare l'assistenza prima del previsto.
Il Progetto di riferimento per monitoraggio dello stato di salute della batteria e del sistema per misuratori di portata intelligenti alimentati a batteria mostra una nuova soluzione per il monitoraggio dello stato di salute generale dei contatori per acqua e gas. Il progetto utilizza l'indicatore di livello del carburante e monitor di fine servizio BQ35100 per tenere traccia della quantità di energia residua nella batteria principale e fornire una stima accurata della durata residua della batteria in base all'utilizzo effettivo sul campo.
Il progetto di riferimento implementa inoltre il monitoraggio del sistema usando il monitor del sensore ADS7142 per monitorare autonomamente il consumo di corrente del sistema e confrontarlo con l'utilizzo previsto in tempo reale. In questo modo il sistema può stabilire immediatamente se le condizioni operative sono cambiate. Questi cambiamenti potrebbero essere dovuti all'ambiente, al degrado dei componenti, ai bug del firmware o ad altre condizioni di errore che devono essere identificate.
Conclusione
La sfida posta dalla necessità di massimizzare la durata della batteria può costituire un notevole ostacolo, poiché le aspettative in termini di prestazioni e connettività crescono insieme alle pressioni del mercato di ottenere costi più bassi e maggiore durata. Il miglioramento dell'intelligenza del sistema con nuove funzionalità di previsione della durata della batteria e il monitoraggio delle prestazioni del sistema in tempo reale, come mostrato in questo progetto di riferimento, possono aiutare a superare questa sfida.
Nei prossimi post del blog, i colleghi discuteranno delle altre due sfide poste dalla progettazione di contatori intelligenti, già citate all'inizio di questo post: migliorare l'accuratezza della misurazione del flusso e mitigare la crescente minaccia di manomissioni.
