Zautomatyzowany monitoring przepływu wody i ścieków jest istotnym elementem wielu procesów produkcyjnych. Umożliwia zdalne nadzorowanie obiektów, m.in. dzięki udostępnianiu bieżących danych z odczytu.
Nowoczesne systemy wykrywają wycieki oraz próby oszustwa i wszelkie nieprawidłowości w instalacjach pomiaru zużycia wody. Ważne jest też bezpieczeństwo danych dzięki możliwości szyfrowania transmisji radiowej oraz stosowanie kodów dostępu zapobiegających nieautoryzowanej ingerencji programowej w moduł. Odczyt może być wykonywany w dowolnym momencie. Kluczowe miejsce w pracy systemu zajmuje ochrona zebranych informacji, zarówno na poziomie przenośnych kolektorów danych, jak i komputera. Wiele systemów wykorzystuje dwukierunkową transmisję danych z potwierdzaniem wiarygodności odczytywanych informacji. Oprócz tego można odczytywać dane historyczne, a czas odczytu, nawet wielu liczników, pozostaje bardzo krótki.
System jest obsługiwany za pomocą specjalistycznego oprogramowania komputerowego, które może wymieniać dane z innymi programami komputerowymi, np. rozliczeniowymi czy księgowymi. Istniejącą już sieć można łatwo rozbudować o dodatkowe urządzenia.
Monitorowanie przepływu ścieków
Systemy automatyki pozwalające na nadzorowanie instalacji przesyłu ścieków zapewniają nie tylko zautomatyzowanie procesu, ale również możliwość efektywnego zarządzania zebranymi informacjami. Zyskuje się więc skrócenie czasu reakcji na awarie. Coraz częściej systemy tego typu są włączane do sieci informatycznych fabryk, zapewniając szereg narzędzi analitycznych.
Brak systemu monitoringu pociąga za sobą konieczność codziennego objazdu obiektów technologicznych przez służby techniczne. Przeprowadza się przy tym szereg czynności kontrolnych i pomiarów z koniecznością ręcznej (lokalnej) obsługi obiektów. Częste są również wówczas trudności w lokalizowaniu miejsc z awariami, a trzeba też mieć na uwadze brak bieżących informacji o stanie zabezpieczeń obiektów i danych dotyczących historycznych zdarzeń, jakie miały miejsce w systemie.
Odpowiednie rozwiązania z zakresu automatyki umożliwią zatem zdalną obsługę obiektów, które stają się bezobsługowe, zapewniając precyzyjną diagnostykę miejsc, gdzie występują usterki, przez co wszelkie awarie są szybko usuwane. Trzeba mieć na uwadze możliwość zabezpieczenia obiektu przed nieuprawnionym dostępem, przy czym dostęp do informacji jest bieżący, bez konieczności wyjazdu do obiektu. W efekcie przestoje w produkcji są minimalizowane, a jakiekolwiek modernizacje można precyzyjnie zaplanować. Trzeba mieć na uwadze szereg korzyści o charakterze ekonomicznym. Zmniejszają się bowiem koszty produkcji, zwłaszcza w obiektach przemysłowych, które są rozproszone. Nie mniej ważne pozostają ograniczenia kosztów uszkodzeń urządzeń. Systemy zapewniają wiarygodne dane dotyczące stanu instalacji, co pozwala na dokładne planowanie modernizacji, uwzględniając koszty w korzystnych przedziałach czasowych. Dzięki automatyzacji służby techniczne mogą być angażowane do innych zadań.
Odpowiednio zaprojektowany system wizualizacji pozwala gromadzić i przedstawiać graficznie przetwarzane dane obiektowe w czasie rzeczywistym i historycznie. Ważna jest możliwość wygenerowania raportów dla kadry kierowniczej. W zależności od możliwości technicznych wykorzystuje się połączenia przewodowe i bezprzewodowe. Nowoczesne systemy przesyłu danych zawierają m.in. switche i routery, konwertery danych, a także modemy GSM/GPRS, urządzenia WiFi i radiomodemy.
W zakresie sterowania zastosowanie znajdują zarówno kompaktowe, jak i modułowe sterowniki PLC, a także układy I/O, panele operatorskie czy falowniki.
Rozwiązania przewodowe
W przewodowych systemach odczytu mediów przesył danych bazuje na standardzie M-Bus lub RS-485. Wyniki pomiarów wodomierzy są przesyłane do systemu za pomocą specjalnych nakładek montowanych bezpośrednio na mechanizm zliczający stan wodomierzy wody gorącej i zimnej. Oprócz tego zastosowanie znajdują mikroprocesorowe nakładki impulsowe oraz koncentratory zliczające impulsy generowane przez urządzenia pomiarowe z wyjściami impulsowymi.
Ważny element systemu stanowi centrala komputerowa, która zarządza magistralą, zapewniając dalszy przesył danych przez Internet lub poprzez technologię GPRS. Wodomierze i ciepłomierze z wyjściem M-Bus łączy się bezpośrednio do centrali, natomiast przyrządy pomiarowe z wyjściem impulsowym podłączane są do ciepłomierzy lub konwerterów.
Systemy bezprzewodowe
Radiowe moduły zewnętrzne zapewniają przesył danych do 300 m. Do obsługi systemu niejednokrotnie wykorzystywane są smartfony ze specjalistycznym oprogramowaniem, współpracujące z modułami komunikacyjnymi Bluetooth/Wireless M-Bus. Typowe oprogramowanie umożliwia odczyty i archiwizowanie wyników pomiarów oraz podgląd alarmów z wodomierzy z nakładkami pomiarowymi. Jest możliwy również odczyt z ciepłomierzy i podzielników pracujących w sieci bezprzewodowej. Specjalne urządzenia pośredniczą w przesyle danych pomiędzy nakładką pomiarową a smartfonem.
Oprócz technologii radiowych przy przesyle informacji wykorzystywane są również moduły GPS/GPRS. Zapewniają one bezpośredni odczyt wskazań z wodomierzy oraz rejestrację i przesyłanie danych do serwera telemetrycznego. Specjalne koncentratory zbierają sygnały nadawane z modułów radiowych i przesyłają je do serwerów telemetrycznych.
Standard M-Bus
Wspomniany już standard M-Bus (ang. Meter-Bus) stanowi szynę danych, którą opracowano z myślą o przesyłaniu informacji z takich mierników, jak chociażby wodomierze, ciepłomierze czy podzielniki ciepła. Szyna M-Bus powstała zgodnie z normą CENTC 176 WG 4, a protokół transmisji M-Bus spełnia wymagania normy EN1434. Na specyfikację M-Bus składa się protokół komunikacyjny będący warstwą aplikacyjną, powstały w oparciu o normę EN1434-3. Nie mniej ważne są interfejs elektryczny (36 V) oraz warstwa sprzętowa.
Zwraca się uwagę na szereg specyficznych wymagań stawianych systemowi przesyłu danych. Przede wszystkim ważne jest w tym zakresie zapewnienie możliwości podłączenia dużej liczby urządzeń (do kilkuset) na odległość kilku kilometrów. Oprócz tego transmisja danych musi być odpowiednio zabezpieczona w kontekście wystąpienia błędów. Cechą charakterystyczną standardu M-Bus jest stosunkowo rzadkie odczytywanie mierzonych wartości z niskimi wymogami na odezwy w czasie rzeczywistym. Prędkość transmisji wynosi od 300 do 9600 bodów. Dzięki serwerom OPC można udostępniać dane w standardzie OPC dla każdego urządzenia (licznika), który obsługuje komunikację w standardzie M-Bus. Ze względu na to, że komputery nie są wyposażane w interfejs M-BUS, chcąc skorzystać z takiego rodzaju serwera, konieczne jest zastosowanie konwertera RS-232 na M-Bus.
Systemy inteligentne
Ciśnienie wody musi być odpowiednio wysokie, jednak zbyt duża jego wartość może być przyczyną wycieków, pęknięć oraz zwiększenia zapotrzebowania na energię przy zmniejszonej trwałości poszczególnych elementów sieci. Nowoczesne systemy zdalnego odczytu mediów zapewniają zaawansowane zarządzanie ciśnieniem poprzez automatyczną i ciągłą optymalizację ciśnienia w poszczególnych fragmentach instalacji. Uwzględniane są przy tym aktualne wzory poboru oraz charakterystyki eksploatacyjne sieci. Systemy tego typu pracują, wykorzystując odpowiednie oprogramowanie oraz inteligentne rejestratory i sterowniki, które pozwalają na monitorowanie wydajności oraz sterowanie elementami instalacji, takimi jak pompy czy zawory bezpieczeństwa.
Inteligentne zarządzanie ciśnieniem przyczynia się do ograniczenia wycieków. Jest bowiem możliwe precyzyjne sterowanie ciśnieniem i ustawianie jego wartości przy wykorzystaniu założonej wartości u odbiorcy. Zredukowanie wartości ciśnienia skutkuje zmniejszeniem wskaźników o 20%. Oprócz tego oszczędza się energię elektryczną, ponieważ niższe ciśnienie średnie wymaga mniejszej ilości wody pompowanej. Warto podkreślić zmniejszenie liczby awarii rurociągów, co jest efektem obniżenia maksymalnych wartości i płynnego sterowania zmianami ciśnienia. Z kolei uzyskanie odpowiedniego docelowego – a co najważniejsze, pewnego – ciśnienia u odbiorcy jest gwarancją szybkiego wykrywania problemów i mniejszej liczby reklamacji względem pracy sieci. Zmniejszają się również koszty operacyjne, bowiem administrator sieci może oszczędzać środki pieniężne w efekcie mniejszej liczby awarii. Dzięki systemom inteligentnym trwałość aktywów jest wyższa, co wynika z wydłużenia czasu pomiędzy wymianą elementów sieci.
Analizie poddaje się nietypowe zużycia, łącznie z monitorowaniem przepływów nocnych. Oprogramowanie zestawia szczegółowe dane i generuje alarmy informujące o wyciekach. Systemy tego typu mogą wykorzystywać specjalne czujniki akustyczne oraz odpowiednią technologię analizy akustycznej. Z kolei oprogramowanie analityczne pozwala na zarządzanie stratami rzeczywistymi.
Nowoczesne systemy monitorowania zużycia wody mogą mierzyć parametry jakości wody w sieci rozdzielczej. Administrator zyskuje więc informacje o zanieczyszczeniach, wyciekach oraz przepływie wstecznym. Przykładowo, odpowiednie informacje o temperaturze wody i jej przepływie przez sieć rozdzielczą mogą wskazywać na brak przepływu w niektórych odcinkach i konieczność przepłukania ze względu na bezpieczeństwo. Z kolei przepływ wsteczny i odpowiednia wartość ciśnienia może wskazywać na obecność ciał obcych i wycieki.
Autor: Damian Żabicki jest dziennikarzem, redaktorem, autorem zajmującym się tematyką techniczną i przemysłową, a także specjalistą public relations firm z branży technicznej.
Tekst pochodzi z nr 3/2017 magazynu „Inżynieria i Utrzymanie Ruchu”. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
