Система мониторинга сточных вод с многоточечной станцией передачи данных

Компания Advantech разработала систему периферийных вычислений для IoT на основе интеллектуального удаленного терминала ADAM-3600 со встроенным ПО WISE-PaaS/EdgeLink и поддержкой облачных служб Azure. Терминал собирает и предварительно обрабатывает данные, а затем отправляет их единым блоком. Он интегрирован с облачной платформой управления, которая получает и обрабатывает большой объем данных из множества систем непрерывного мониторинга с распределенными точками замера. Это решение обеспечивает мониторинг сточных вод в реальном времени и соблюдение требований правительства.

Описание проекта

Агентства по охране окружающей среды во многих странах внедряют законы, контролирующие промышленные и бытовые сточные воды, чтобы предотвратить загрязнение окружающей среды. Например, на Тайване заводы и промышленные предприятия уже несколько лет обязаны устанавливать оборудование для автоматического мониторинга сточных вод, если объем сброса достигает уровня, определенного местным Агентством по охране окружающей среды. Однако данные мониторинга не защищены от мошенничества и несанкционированного вмешательства, а регулярных проверок оказалось недостаточно для борьбы с нарушениями. Более того, общественность все больше интересуется защитой окружающей среды, поэтому Агентство потребовало публиковать данные о качестве промышленных и бытовых сточных вод в реальном времени на своей открытой платформе, чтобы защитить экологию и обеспечить корпоративную ответственность. В некоторых странах правительства и муниципалитеты устанавливают системы мониторинга для отслеживания качества воды в реках, чтобы предотвратить загрязнение сточными водами.

В таких системах непрерывного мониторинга точки замера распределены по большой территории и необходимо обрабатывать большой объем данных, поэтому нужна автоматизированная система мониторинга сточных вод с четкой структурой и возможностью управления на единой платформе. Интеллектуальный удаленный терминал Advantech ADAM-3600 представляет собой систему датчиков, которая собирает, предварительно обрабатывает и передает данные. Встроенная интеллектуальная технология IoT WISE-PaaS/EdgeLink предварительно обрабатывает (обобщает и преобразует) данные на устройстве, поэтому в облако поступает только самое важное. Это позволяет сэкономить на трафике и сократить объем данных в облаке. Благодаря этому поставщикам проще разрабатывать автоматизированные системы мониторинга сточных вод в соответствии с требованиями клиента и правительства.

Системные требования

Тайваньский системный интегратор, предоставляющий решения для мониторинга сточных вод, недавно выиграл тендер местного правительства на севере Тайваня. Задача — отслеживать качество воды в реках и промышленных сточных водах в регионе, включая объем, температуру, pH, проводимость, химическое потребление кислорода и твердые взвешенные частицы. В соответствии с требованиями Агентства по охране окружающей среды данные необходимо передавать в центр мониторинга местной природоохранной организации с определенными интервалами (данные о химическом потреблении кислорода и твердых взвешенных частицах — раз в час, остальные — каждые пять минут). Кроме того, система должна быть связана с открытой платформой Агентства, чтобы предоставлять данные о качестве воды в реальном времени.

Вместо привычной многоуровневой системы мониторинга подрядчик использовал облачную технологию IoT и популярное решение для передачи данных с устройств в облако. В итоге он развернул систему, которая по протоколу MQTT передает данные с почти 20 типов датчиков качества воды на контрольных станциях в облачную платформу Azure для централизованного управления. Функции фильтрации данных и многоточечной передачи, реализованные на облачной платформе, позволяют соблюдать требования государственных органов к публикации информации. Благодаря продуманной инфраструктуре передачи данных с устройств в облако удалось сэкономить на установке оборудования и тестировании его совместимости. Подрядчик использовал общедоступное облако, чтобы не тратить время и деньги на создание и обслуживания хранилища данных. Более того, такую систему проще масштабировать, если в будущем требования изменятся. Точки замера распределены по большой территории, поэтому было выбрано оборудование, соответствующее требованиям для наружного применения. Данные передаются по беспроводной сети 3G, и благодаря периферийным вычислениям и предварительной обработке на периферийных устройствах удалось сократить объем трафика и связанные с ним расходы.

Описание системы

Интеллектуальный удаленный модуль ADAM-3600 со встроенной технологией IoT WISE-PaaS/EdgeLink от Advantech стал идеальным выбором для системы непрерывного автоматического мониторинга и облачного управления. Данные о качестве собираются с датчиков разных производителей в точках замера с помощью ADAM-3600. Встроенное ПО WISE-PaaS/EdgeLink выполняет предварительную обработку: обобщает, вычисляет усредненные значения, меняет размер и т. д. Наконец, ключевые обработанные данные передаются по протоколу MQTT в облачную платформу Azure с заданной периодичностью.

Модуль ADAM-3600 с маломощным процессором и диапазоном рабочих температур от –40 до 70 °C идеально подходит для наружной установки и простого удаленного мониторинга и управления в облаке. Модуль оснащен 20 аналоговыми и дискретными каналами ввода-вывода, а также четырьмя слотами расширения для установки дополнительных модулей ввода-вывода. Например, в этом проекте нужны были аналоговые и дискретные входы и дискретные выходы. Число и тип каналов можно менять в зависимости от условий с помощью дополнительных модулей ADAM-3617, ADAM-3651 и ADAM-3656. Благодаря двум портам Ethernet и двум слотам mini PCIe для подключения устройств беспроводной связи Wi-Fi/3G/GPRS/Zigbee пользователи могут выбрать наиболее подходящий метод передачи данных с устройств в облако.

Встроенное ПО WISE-PaaS/EdgeLink — это ключевой компонент системы передачи данных с устройств в облако. Например, в этом проекте оно упрощает передачу данных по беспроводной сети благодаря поддержке различных протоколов (Modbus, DNP3, RESTful, MQTT, IEC 61850-5-104) для соединения с установленными программируемыми логическими контроллерами и датчиками, собирающими физические сигналы. MQTT также поддерживается для удобной связи с общедоступным облаком, например Microsoft Azure. Перед отправкой данных в облако терминал обрабатывает их в соответствии с пользовательскими настройками, сокращая объем трафика. Раньше потребовалось бы много времени на написание кода для выполнения этих задач, но сейчас достаточно настроить несколько параметров. Терминал ADAM-3600 оснащен SD-картой, куда сохраняются данные в случае перебоев со связью. Когда соединение восстанавливается, передача возобновляется без потерь.

Введение в проект

• ADAM-3600: Беспроводной интеллектуальный удаленный терминал: 8 аналоговых входов, 8 дискретных входов, 4 дискретных выхода и 4 слота расширения
• WISE-PaaS/EdgeLink: Умное ПО для преобразования протоколов

Системная архитектура

Выводы

Для разработки методов очистки воды и стратегий по борьбе с загрязнением водных ресурсов необходимо проанализировать данные о качестве проб за долгий период. Данные с периферийных устройств поступают в облачную платформу управления напрямую, что исключает их подделку. Кроме того, агентства по охране окружающей среды получают всю необходимую информацию о загрязняющих сточных водах в реальном времени.

Терминал Advantech ADAM-3600 с WISE-PaaS/EdgeLink — это лучшее решение для мониторинга в сфере защиты окружающей среды. Для подключения устройств к облаку не потребуется много времени — достаточно настроить несколько параметров на этом компактном удаленном терминале. Терминал поддерживает различные конфигурации оборудования и упрощает профилактическое обслуживание. Функция возобновления передачи гарантирует точность и целостность данных. Различные интерфейсы и модульная конструкция позволяют добавлять разные функции в зависимости от применения.

Китайские коммунальные компании реализовали точно такую же систему для мониторинга бытовых сточных вод в пригороде Пекина, и это еще раз подтверждает, что решение на основе ADAM-3600 идеально подходит для экологических проектов.