Smart övervakning av kommunala och industriella vattenapplikationer
WAGO och Endress+Hausers digitaliseringsprojekt sträcker sig från Kanada till Mexiko till Sydamerika och Australien för att integrera avlägsna signaler i centrala IT-strukturer. Ett av dessa utmanande projekt ägde rum utanför dörren till Tysklands Odenwaldskog. Mätpunkter med bred spridning integrerades via ett LoRaWAN-nätverk, vilket sparar flera timmars arbete.
Klimatförändringarna hotar att leda till att allt fler regioner drabbas av torka under de kommande åren. För att maximera tillgängliga resurser letar vattenförvaltare från hela världen efter lösningar. Några instrument från den digitala verktygslådan kan hjälpa till, såsom övervakning av vattenavtappning eller tidig läckagedetektering i vattendistributionen. Allt fler länder tvingar vattenproducenter och konsumenter att öppet registrera återtag och konsumtion i kommunala och industriella miljöer. Lagstiftningsåtgärder kräver definierade format och rapporttyper. För att möta utmaningarna inom vattenförsörjningssektorn måste digitaliseringen av vattensektorn skyndsamt påskyndas, om inte annat på grund av den brist på kvalificerad arbetskraft som har varit uppenbar under en tid.
Kontrollpunkter för vattenkvalitet, brunnar, vattenreservoarer på hög höjd eller pumpstationer är dock ofta långt ifrån varandra bland leverantörer eller industriella vattenanvändare, och ofta i avlägsna regioner. Även om sensorerna i sådana system har varit åtkomliga via mobila nätverk i åratal när mobil radiotäckning var tillgänglig, var det bara möjligt på vissa platser och var ofta inkonsekvent.
Som ett resultat kan personalen inte få tillgång till nödvändiga data och måste kontrollera den på plats. Högkvalificerade anställda sitter i bilen i timmar bara för att läsa enkla uppmätta värden och lagra dem i regeringsbefullmäktigade rapporter.
Exempel på vattenförsörjning för staden Oberzent i Hessen: Vattennivåerna från brunnar och behållare samt volymflöden från pumpar och rörledningar måste läsas ut individuellt. "Det har länge varit vår plikt att registrera vattenuttag och överföra dem till styrelsen", säger Thomas Pirk. Vattenmästaren och hans tre kollegor ansvarar för sju källor, två djupa brunnar och 18 förhöjda tankar. Utmaningen beror på den regionala specificiteten: På ett område som är dubbelt så stort som Manhattan, men med bara cirka 10 000 invånare och mycket glesbefolkat, är mätpunkterna mycket spridda över det breda Odenwald-området.
"Det finns helt enkelt ingen mottagning på de flesta av våra system", säger Pirk. Därför hade de fyra vattenmästarna inget annat val än att gå ner på platserna individuellt och samla in data från 35 flödet, 17 fyllnadsnivå och sju tryckmätningsenheter på plats och skriva in dem manuellt i en lista - ett mycket tidskrävande och ineffektivt förfarande som också är benäget att fel.
Där tidigare vattennivåer, vattenuttag eller volymflöden lästes på plats, hanterar Netilion IIoT-ekosystemet nu visualiseringen av de data som sänds via radio.
Thomas Pirk, vattenmästare staden Oberzent
Med inrättandet och driften av ett LoRaWAN-nätverk i Oberzent sparkade den lokala energileverantören Entega nyligen igång den digitala tidsåldern för datainsamling. Förkortningen betyder "Low Power Wide Area Network", det vill säga ett långtgående nätverk som kräver lite energi. LoRaWAN är en viktig pelare i "Industrial Internet of Things" (IIoT) och erbjuder abonnenterna säker dubbelriktad kommunikation, lokalisering, end-to-end-kryptering och mobila tjänster.
Specialisterna på Endress+Hauser, en mät- och automationsteknikleverantör för processen och laboratoriet, utnyttjade dessa fördelar och integrerade de 19 stationerna i Odenwald i deras Netilion IIoT-ekosystem. IoT-ekosystemet visualiserar nu de data som överförs trådlöst och visar dem i tydligt organiserade instrumentpaneler och i regeringsdefinierade format och rapporttyper. Med en blick på skärmen eller en surfplatta kan vattenmasters se hela processen med vattenbehandling och lagring, inklusive behållarnivåer och flöden.
Vad är LoRaWAN?
LoRaWAN betyder "Low Power Wide Area Network" och möjliggör trådlös, säker dubbelriktad kommunikation, tjänstlokalisering och mobilitet, end-to-end-kryptering och mobila tjänster. För att förlänga batteritiden för slutenheter hanterar LoRaWAN nätverksservern datahastigheten som används för varje slutenhet individuellt med hjälp av en adaptiv datahastighetsalgoritm (ADR). LoRaWAN datahastigheter sträcker sig från 0,3 kbps till 50 kbps - relativt låg för modern media som foton eller videor men tillräcklig för mätning eller statusdata i många fall. Kommunikationssäkerhet garanteras av två nivåer - en för nätverket och en för applikationen:
"Vår Netilion Network Insights digitala tjänst är särskilt väl lämpad för denna applikation eftersom staden Oberzent kan hantera och logga sina decentraliserade vattenapplikationer när som helst och var som helst", säger Benedikt Schumann, affärsutvecklingschef på Endress+Hauser. Dessutom är protokoll och verifieringar lätta att skapa, och användare får larm för effektiv övervakning. Förutom instrumentering av systemen erbjuder Endress+Hauser också lösningar för överföring, databehandling och visualisering. "Vi tillhandahåller tjänsten så att våra kunder kan använda sina data och skapa mervärde", tillägger Schumann. Statusmeddelanden från mätanordningarna tydliggör till exempel vilka mätpunkter som behöver underhållas. Läckor eller andra incidenter i vattennätet inträffar snabbare och kan åtgärdas snabbt.
"Vår kompletta lösning var endast möjlig genom gott samarbete med WAGO och genom att använda deras produkter", säger Schumann, och tillägger: "Vi valde WAGO som en systemkomponentleverantör för att kunna erbjuda liknande övervakningspaket för vattenapplikationer till olika kunder och industrier globalt. Flexibilitet och modularitet är avgörande i den här branschen."
Benedikt Schumann, affärsutvecklingschef Endress+Hauser
Och inte bara i exemplet med Oberzents vattenförsörjning, utan också i stora delar av IoT där många olika digitala och analoga värden måste bearbetas. Listan är lång och sträcker sig från Ethernet IP, Modbus TCP, Modbus RTU till HART-protokoll eller IO-Link. Olika mätanordningar och sensorer, från flödesmätare till dörrkontakter, måste anslutas till WAGO-gatewayen, bearbetas och vidarebefordras till det överordnade systemet.
WAGO automationsplattform förlitar sig på tillverkaroberoende standarder för både hårdvara och mjukvara. Mer än 500 moduler och gränssnitt är tillgängliga för kommunikation. Byggsatser och kompletta koncepttestboxar utvecklades för denna applikation för att förenkla och påskynda projektgenomförandet på plats, vilket kan utökas individuellt för att uppfylla projektkraven, förklarar Wolfgang Laufmann.
"Samarbetet har alltid varit mycket intensivt, och nu har vi nått den punkt där vi utvecklar ytterligare edge-baserade lösningar", säger Schumann. Målet är att installera ytterligare beräkningsalgoritmer för att erbjuda ytterligare tjänster i OT-miljön.
BYGGSATSER
Digitala projekt kräver i slutändan många enskilda komponenter och en hel del kommersiell ansträngning för implementering. Artikelnummer, priser och leveranstider för styrenheter, kopplingsplintar och kontakter, strömförsörjning och kablar måste sökas igenom tillsammans. WAGO erbjuder byggsatser som ett designstöd för att hålla denna kostnad för projekt så låg som möjligt. Dessa så kallade paket tillåter användare att snabbt montera sina kommunikationsnoder. När modulerna har valts utfärdar systemet en enda order, inklusive pris och tekniska funktioner. Detta leder till säker projektplanering. Det finns också ett globalt avtal med enskilda partners, som Endress+Hauser, där till exempel priser för olika länder lagras.
En första viktig funktion som kommer att få betydelse: WAGO tillåter fjärrverifiering för att mäta enhetens status på distans. Individuella flödesmätare har till uppgift att testa sig själva och skicka hundratals bitar information som paketeras tillbaka till Netilion Network Insights för verifiering via gatewayen så att ett funktionscertifikat kan skapas där. Denna funktionalitet har först nyligen etablerats och introduceras för närvarande globalt i olika scenarier. Dessa specifika framsteg på WAGO Edge-komponenterna är flexibla och modulära och betjänar därmed ett brett utbud av applikationer. "I Tyskland är WAGO redan ett välkänt företag, men vi erbjuder också detta systematiska samarbete i många andra länder och expanderar det tillsammans", säger Schumann.
Medan vattenmästarna i Oberzent gärna lagrar de gamla företagsdagböckerna i arkivet inom överskådlig framtid, är deras nästa önskningar redan uppenbara: "Vi skulle mycket väl kunna tänka oss att använda fler digitala tjänster från Netilion", säger Pirk. Teamet arbetar för närvarande med att integrera ytterligare tio stationer i Netilion Network Insights. I slutet finns all relevant data tillgänglig på datorn och surfplattan och kan ses när som helst utan att sätta sig i bilen. Detta lindrar bördan för fyrapersonersteamet, och fokus ligger nu på att göra vattenförsörjningen i det 165 km2 kommunala området redo för framtida utmaningar.
