Telemetria: cos’è, a cosa serve, principali applicazioni

La telemetria, ovvero la rilevazione a distanza di dati operativi e misure, costituisce uno degli elementi principali non solo dei più complessi sistemi di controllo ma anche di molti degli apparati in uso quotidiano. Prendiamo in considerazione solamente sistemi di telemetria in radiofrequenza che a oggi costituiscono oltre il 99% del parco installato (dire il 100% sarebbe azzardato ma prossimo alla realtà); i concetti di base, ovvero lo scopo della telemetria e le sue applicazioni, possono comunque per analogia essere estesi anche ai sistemi cablati che, seppur praticamente in disuso, costituiscono una nicchia degna di nota.

Scopo della telemetria

Lo scopo principale di un sistema di telemetria, ovvero di misurazione a distanza, è quello di permettere la rilevazione di grandezze (banalmente ma non troppo, la temperatura ambientale in cui opera una macchina di qualsiasi tipo) senza essere fisicamente in prossimità dell’oggetto in misurazione e senza dover sottostare ad alcun vincolo temporale. Questa misurazione, solitamente trasmessa tramite una rete a radiofrequenza, viene raccolta e analizzata in appositi centri di monitoraggio, e, unita alle misurazioni di altre grandezze in gioco (es. pressione, velocità, vibrazione ecc. ecc.) consente di tracciare una precisa serie temporale che, ad esempio, può essere utilizzata come base di valutazione per tutti gli interventi di manutenzione predittiva laddove l’uscita di uno o più valori dai range di targa predefiniti potrebbe comportare la riduzione della vita media dell’apparato o una variazione delle sue performance.

Caso molto conosciuto, sono tutte le misurazioni telemetriche raccolte dalle auto durante le gare di F1: la loro valutazione puntuale nonché l’analisi delle serie temporali, sono utilizzate dai tecnici ai box per la definizione delle strategie e per la valutazione dello stato di salute del veicolo.

Telemetria, reti dati

La trasmissione delle misurazioni effettuate avviene principalmente per il tramite di reti radio ma con importanti soluzioni cablate su connessioni in fibra ottica. In funzione dei costi di gestione e impianto, delle performance richieste (sia in termini di larghezza di banda che di distanza coperta) diverse sono le soluzioni attuabili (lista esemplificativa e non esaustiva):

• BLE (Bluetooth Low Energy), WiFi e Sub-giga sono utilizzate in ambito indoor con copertura dell’ordine delle decine di metri. Gli apparati sono generalmente economici, non richiedono infrastrutture di rete particolarmente sofisticate e consentono una integrazione diretta con app per smartphone (ad esclusione delle reti Sub-giga);
• 2G/3G sfruttano la rete cellulare garantendo una copertura pressoché universale. Come media di trasporto sono spesso ancora utilizzati gli SMS, con le dovute limitazioni, così come le connessioni dati analogiche o digitali. Non tutti gli operatori, ad oggi, garantiscono ancora coperture per le reti 2G e 3G;
• LTE rappresenta la naturale evoluzione delle reti 3G ed è stata utilizzata in passato per lo scambio di notevoli quantità di dati ad alta velocità. Presenta costi di trasmissione e gestione piuttosto elevati e comunque non compatibili con la telemetria;
• NBIoT e LTE-M sono due tecnologie di trasmissione abilitanti per l’IoT che si appoggiano ancora sulle reti cellulari degli operatori telefonici e che per alcuni versi possono essere definite complementari. Ognuna presenta pro e contro da valutare in fase di progettazione ma entrambe garantiscono coperture universali (senza peraltro possibilità di roaming)
• Lora e SigFox sono due tipologie di reti che si spartiscono il mercato delle LPWAN (Low Power WAN, reti a lungo raggio di passa potenza); lavorano entrambe sulle frequenze degli 868 MHz con coperture che arrivano anche a decine di km utilizzando apparati a batteria la cui durata può anche essere misurata in anni. Adottano strategie di sviluppo e di business differenti ma entrambe richiedono un’infrastruttura di rete privata.

Applicazioni della telemetria

Le applicazioni della telemetria sono innumerevoli e spaziano dagli ambienti industriali, della mobilità, dell’energia fino alle applicazioni puramente domestiche o a queste assimilabili; in tutte le loro diverse accezioni, hanno come scopo la salvaguardia o l’ottimizzazione dell’entità sotto misura. Vediamo alcuni esempi di applicazione

Energia

In particolare in tutte quelle situazioni in cui si ha la creazione di energia, come ad esempio i campi fotovoltaici; in questi contesti, solitamente dislocati in posizioni piuttosto remote, la puntuale misurazione dell’irraggiamento solare elaborato da un sistema di controllo, permette laddove strutturalmente fattibile, l’orientamento dei pannelli in modo da ottimizzarne il rendimento. Analogamente vengono misurate e trasmesse tutte le grandezze direttamente connesse agli elementi di conversione quali inverter e accumulatori.

Anche nella produzione eolica si fa uso di sensori (principalmente per le vibrazioni, lo sforzo e la torsione) le cui misure vengono gestite nelle stazioni di monitoraggio in modo sia da prevenire eventuali guasti che di ottimizzarne il rendimento.

Logistica

In ambito logistico sono particolarmente monitorate tutte le attività connesse alla catena del freddo, dalla produzione alla vendita, con l’ovvia predominanza dei termometri. Laddove possibile, le misurazioni di temperatura vengono trasmesse in tempo reale (secondo delle frequenze temporali programmate o su eventi) alle stazioni di controllo; in tutti gli altri casi, si pensi ad esempio a merci che vengono trasportate in container, i sistemi di telemetria vengono supportati da dispositivi thermocron in grado di memorizzare le serie temporali in assenza di connettività e quindi di riversare quanto rilevato al ripristino della stessa.

Medicina

Nota anche come telemedicina è una delle applicazioni telemetriche che in futuro potrebbe ancora evolvere in servizi a oggi impensabili e che sono comunemente raccolti sotto il nome di sanità digitale. La possibilità di montare un sistema di rilevazione cardiaca così come di dati clinici e/o ambientali sono alla base di tutte le attività diagnostiche, terapiche e di prevenzione che divengono accessibili anche in assenza di strutture dedicate.

Ambiente

Note a tutti sono le diffusissime stazioni per il monitoraggio della qualità dell’aria: le rilevazioni effettuate, in particolare quelle relative alle polveri sottili, non solo determinano o meno il conseguente blocco del traffico veicolare (o limitazioni all’uso degli impianti di riscaldamento) ma consentono anche di predire eventuali ricadute sul sistema sanitario laddove vengano accertate conseguenze sugli organi di respirazione o della vista.

Altro settore particolarmente in sviluppo è quello relativo al monitoraggio delle acque sia per quanto ne riguarda la qualità (presenza di metalli pesanti, residui industriali ecc. ecc.) sia per le caratteristiche fisiche quali velocità, pressione o livello che potrebbero avere ripercussioni negative sulle aree circostanti.

Agricoltura

Nella produzione agricola, in particolare quella ortofrutticola, sono sempre di più le aziende che si avvalgono di sofisticati sistemi di monitoraggio e rilevazione (es. i sensori di bagnatura fogliare) con l’obiettivo di un globale miglioramento della produzione sia in termini qualitativi che di salute (potendo prevenire ad esempio la diffusione di microrganismi fungini). In tale contesto i sensori più utilizzati sono sicuramente quelli legati alla rilevazione ambientale (temperatura, pressione, umidità, irraggiamento solare ecc. ecc.) e del terreno (umidità e conduttività in primis).