Rozwiązania OPC UA w systemach oczyszczania ścieków

Oczyszczanie ścieków obejmuje wiele procesów i urządzeń zajmujących się przesiewaniem, pompowaniem, napowietrzaniem, filtracją, neutralizacją, chlorowaniem, usuwaniem pozostałości, fermentacją osadu i odprowadzaniem ścieków. Wszystko to wymaga zautomatyzowanego systemu monitoringu i nadzoru, by w 100% chronić pracowników przed narażeniem na zanieczyszczenia, patogeny lub szkodliwymi chemikaliami. Advantech od dawna jest ważnym dostawcą modułów akwizycji danych i innych produktów, potrzebnych do budowy inteligentnego systemu SCADA w wielu projektach oczyszczania ścieków na Tajwanie i w innych krajach na całym świecie. Jego najnowsze produkty wspierające komunikację OPC UA jeszcze bardziej pomagają obniżać koszty projektowania i utrzymania sieci IoT, oraz zwiększają bezpieczeństwo przesyłania danych z obiektu do chmury.

Wymagania systemowe

We wdrażaniu zdalnego systemu nadzorującego pracę oczyszczalni ścieków musimy stawić czoła wielu wyzwaniom, w tym trudnym parametrom środowiskowym. Ponieważ wiele urządzeń znajduje się na zewnątrz lub w terenie, utrudnia to wprowadzenie systemów akwizycji i transmisji danych. Sterowniki i inne starsze urządzenia w obszarze wewnętrznym mogą też korzystać z różnych protokołów i standardów komunikacyjnych, które należy ujednolicić aby usprawnić dostęp do bieżących informacji.

Opis systemu

Do monitorowania instalacji zewnętrznych Advantech proponuje serię modułów we/wy ADAM-6300, które obsługują komunikację bezprzewodową za pośrednictwem routera komórkowego, takiego jak ICR-2431 lub ICR-4453, oraz komunikacje lokalną przez wbudowane porty Ethernet. ADAM-6300 do komunikacji wykorzystuje dobrze znany protokół Modbus/TCP oraz OPC UA, dzięki czemu może pozyskiwać dane z różnorodnych czujników terenowych i wysyłać je bezpośrednio do serwerów brzegowych lub do systemu SCADA w chmurze, bez potrzeby stosowania dodatkowych bram konwertującyh. Sam ADAM zapewnia wysokie bezpieczeństwo szyfrowania danych i daje możliwość zarządzania certyfikatami OPC UA.

W obszarze wewnętrznym oczyszczalni ścieków Advantech zaleca stosowanie modułów iRTU z serii ADAM-3600, które idealnie sprawdzają się do komunikacji ze sterownikami PLC i innymi starszymi urządzeniami. Wbudowane oprogramowanie Advantech EdgeLink Studio zapewnia wszechstronną obsługę protokołów i przesyłanie ich do chmury przez OPC UA. Opcją jest zastosowanie serwera brzegowego opartego na jednostce MIC-710AI, który spełnia rolę sztucznej inteligencji do predykcji i optymalizacji procesów.

Zbieranie danych

Kolejnym ważnym punktem jest samo zbieranie danych z otoczenia oczyszczalni. Są to z założenia duże obiekty, gdzie nie zawsze mamy możliwość doprowadzenia zasilania a temperatura w zimie spada mocno poniżej zera. W takich warunkach najlepiej sprawdzają się autonomiczne sensory z własnym zasilaniem i w miarę dużym zasięgu transmisji. W ostatnich latach bardzo mocno rozwijają się technologie komórkowe LTE i 5G, ale niestety problemem jest tu ciągle stosunkowo duży pobór energii, co eliminuję samodzielną pracę. Najlepszym rozwiązaniem wydają się być coraz częściej stosowane technologie radiowe LPWAN które, łączą niskie zużycie energii oraz daleki zasięg. W porównaniu do tradycyjnych sieci LPWAN cechuje się niższym kosztem aplikacji i większą energooszczędnością. Ma większe pokrycie niż sieci WiFi, lepszą odporność na zakłócenia i lepszą przenikalność przez przeszkody.

Przykładem takich rozwiązań jest seria modułów WISE-4210 dedykowana do pracy w paśmie radiowym 868MHz i wyposażona w różnorodne wyjścia i wejścia I/O, czy też wbudowane sensory do pomiaru temperatury czy wilgotności. Seria WISE-4210 pracuje w dobrze znanej topologii gwiazdy, w której każdy z modułów pomiarowych komunikuje się z centralnym punktem w postaci Access Pointa. Punkt ten jest również miejscem komunikacji z całą siecią np. systemem SCADA, chmurą typu Dropbox czy Azure, lub innym oprogramowaniem użytkownika. Okresowe wysyłanie danych pozawala na przejście modułów pomiarowych w tryb uśpienia, co umożliwia stosowanie zasilania bateryjnego z czasem pracy nawet do kilku lat.

Podsumowanie - Dlaczego Advantech?

OPC UA jest ujednoliconą platformą do łączenia z rozproszonych urządzeń, umożliwiającą bezpośrednią i bezpieczną komunikację między OT i IT. W ostatnich latach OPC UA stał się jednym z najbardziej ergonomicznych rozwiązań do wdrażania na dużą skalę, przy monitoringu środowiska i różnorodnego sprzętu. Jako wiodący producent automatyki, Advantech oferuje szeroką gamę produktów sprzętowych i programowych obsługujących OPC UA, które nasi partnerzy z powodzeniem stosują na różnych rynkach do tworzenia elastycznych systemów SCADA.

Realizacja projektu (produkty)

ADAM-6300 - Zdalny moduł I/O z obsługą OPC UA

ICR-2431  - Router komórkowy 4G/LTE / router`

ICR-4453 -  Brama komórkowa 5G

ADAM-3600 – inteligentny moduł all-in-one iRTU

MIC-710AI  - Komputer brzegowy

ECU-1000  - Bramka przemysłowa z obsługą WISE-EdgeLink

WISE-4210 - Bezprzewodowe moduły pomiarowe LPWAN z komunikacją radiową