Удаленный мониторинг точек забора грунтовых вод в городе Джакарте

Довольно часто в странах с переходной экономикой основными потребителями сырой воды, получаемой непосредственно из глубинных скважин, являются жилые районы, больницы, отели, промышленные предприятия, гольф-клубы или торговые центры. Отсутствие финансовых средств вынуждает правительства строить скважины вместо строительства новых трубопроводов или обслуживания существующих. Таким образом, риск несанкционированных врезок также сводится к минимуму. Такие водные скважины имеют глубину до 300 м и часто располагаются непосредственно на принадлежащей потребителю территории. Грунтовые воды используются в хозяйственных нуждах или проходят очистку и применяются в качестве питьевой воды. В Джакарте, Индонезия, скважины находятся в ведении администрации города Джакарты.

Для выставления пользователям счетов за потребленную воду необходимы специальные приборы учета воды. До настоящего времени для этого применяются механические счетчики. Поскольку забираемая вода часто содержит высокий процент минеральных веществ и твердых включений, такие счетчики подвержены серьезному износу и засорению, что приводит к высоким расходам на техническое обслуживание и ограниченному сроку службы. Для модернизации действующих пунктов водозабора городская администрация Джакарты инициировала проект по тестированию и оценке возможных решений. Наряду с прочными, износоустойчивыми и не требующими серьезного технического обслуживания измерительными приборами заказчик искал возможность удаленной передачи данных показаний счетчиков и сигнализации ошибок. Кроме того, такое техническое решение должно было быть в полной мере энергонезависимым для того, чтобы максимально минимизировать расходы. Приборы учета воды должны соответствовать имеющимся трубопроводам, дополнительные развязки проводиться не должны. Несмотря на то, что каждая точка измерения имеет свою специфику относительно режима потока, производительности насоса и ограничений по монтажу (например, изгиб трубопровода под углом 90° до/после расходомера), первоначальный пуск в работу, конфигурирование и эксплуатация счетчиков должны быть простыми и удобными для пользователя. В рамках данного проекта поступил запрос на решение на базе ПК или Интернет-технологий для дистанционного мониторинга показаний. Внимание было акцентировано на безопасности удаленной передачи данных, а также на понятном и удобном для пользователя анализе и визуализации данных в операторной заказчика.

Компания KROHNE была единственным поставщиком, который соответствовал данным требованиям, и был выбран для первого полевого испытания в 2010 году. KROHNE осуществили поставку комплексного решения на базе расходомеров воды с автономным питанием и возможностью беспроводной передачи данных в комплекте с системой дистанционного мониторинга. На объекте двумя инженерами KROHNE было проведено обучение эксплуатационного и офисного персонала. Для локальных измерений пять электромагнитных расходомеров воды WATERFLUX 3070 C с питанием от батареи (от DN50 до DN80) были установлены на пяти случайно выбранных водозаборных скважинах вместе с GSM-антеннами KGA 42 (также с питанием от батареи). Все приборы опломбированы и защищены от взлома. Счетчики воды WATERFLUX не зависят от режима потока или ограничений по монтажу. Это стало возможным благодаря их конструкции: прямоугольное поперечное сечение измерительной трубы допускает точное измерение больших и малых расходов. Поскольку в измерительной трубе оптимизируется профиль потока, нет необходимости обеспечивать прямые участки на входе и выходе прибора или прибегать к использованию струевыпрямителей. Потери давления вследствие сужения поперечного сечения трубопроводов незначительны, особенно по сравнению с механическими расходомерами. Поскольку измерительные расходомеры являются электромагнитными приборами, в них отсутствуют подвижные части или заступающие во внутреннее сечение измерительной трубы элементы, которые подвержены износу, либо требуют регулярного технического обслуживания. Все пять расходомеров WATERFLUX были оснащены двумя встроенными батареями, обеспечивающими работу приборов до 15 лет (в зависимости от температуры окружающей среды и периодичности измерений). Для дистанционной передачи показаний каждый прибор учета воды был подключен к GSM-антенне KGA 42. Для доступа к локальной сети GSM для каждого прибора заказчиком была предоставлена SIM-карта. Помимо передачи показаний, KGA 42 также может хранить их в памяти на протяжении нескольких недель в случае неполадок в работе сети. Кроме того, устройство имеет программируемые функции сигнализации: при достижении предварительно заданных пороговых значений KGA 42 отправит сообщение на нужный номер телефона, например, на мобильный телефон сервисного инженера. Для дистанционного мониторинга показаний компания KROHNE предложила два разных решения: PC Win и WebKGA. По запросу заказчика были установлены и настроены для тестирования оба решения. PC Win — это система Mini-SCADA, которая устанавливается на локальный компьютер с GSM-модемом, а для доступа к сети GSM требуется еще одна SIM-карта. Рабочая станция персонального компьютера (ПК), оснащенная PC Win, может контролировать до 250 точек измерения или антенн. Хотя было запланировано осуществлять контроль гораздо больше 250 точек измерения (что потребовало бы дополнительных рабочих станций), администрация Джакарты хотела испытать систему PC Win. WebKGA — решение на базе сервера для дистанционного мониторинга показаний. Оно реализовано KROHNE через систему удаленных безопасных серверов, напрямую подключенных к сети GSM. Доступ к WebKGA можно получить через любой стандартный интернет-браузер. Поскольку для этого требуется ввести только действительное имя пользователя/пароль, работа с сервером очень удобна для пользователя и может быть сравнима с работой с электронной почтой в режиме онлайн. Нет необходимости в дополнительных аппаратных средствах или специальных знаниях. Сервер WebKGA может соединиться с неограниченным количеством точек измерения/антенн. Для прямого сравнения двух систем в операторной под управлением админстрации две из пяти точек водозабора были настроены для мониторинга с помощью PC Win, остальные — с помощью WebKGA. Решение PC Win было установлено на одном компьютере, другой компьютер с выходом в Интернет использовался для подключения к серверу WebKGA. Для тестирования доступа к веб-серверу из различных мест использовался третий компьютер во втором офисе.

Требования к измерениям были полностью выполнены. На всех точках измерения установка расходомеров воды с антеннами GSM не вызвала никаких проблем. Тесты по месту эксплуатации предусматривали проверку реакции счетчиков на изменения расхода, а также функции сигнализации. В операторной персонал смог научиться управлять двумя системами дистанционного мониторинга после краткого обучения. Кроме показаний счетчика, на дисплей можно вывести анализ трендов, суммарный расход, усредненный расход, расход в ночное время или расход за определенный промежуток времени. Оба решения также позволяют получить дополнительную информацию о состоянии каждой точки измерения, например, состояние питания и необходимость замены батареи отображаются для расходомера и антенны.

Помимо работоспособности систем, официальные органы уделяли особое внимание затратам на установку и безопасность данных:

• Установка: Для настройки PC Win перед установкой программного обеспечения необходимо установить и подключить GSM-модем. Ввиду наличия подключения к Интернету и стандартного Интернет-браузера установка WebKGA не производилась (сервер был предварительно настроен KROHNE).
• Безопасность передачи данных: в PC Win антенны GSM настроены на отправку показаний через службу коротких сообщений (SMS). В WebKGA они настроены на отправку показаний через пакетную радиосвязь общего пользования (GPRS). Соединение GPRS предполагает ответ получателя отправителю перед отправкой данных: локальный прибор будет отправлять данные только тогда, когда принимающее устройство подтверждает режим ожидания.
• Безопасность хранения данных: при использовании PC Win любые полученные данные хранятся локально на выделенной рабочей станции. В случае поломки ПК, компьютерного вируса, любого физического повреждения жесткого диска сохраненные данные будут потеряны. WebKGA сохраняет полученные данные на защищенной инфраструктуре веб-сервера с зеркалированием диска, что исключает риск их потери.

На этапе испытаний заказчик выразил удовлетворение работой решения. Помимо продукции, высокую оценку получили качество технического обслуживания, обучение и услуги сопровождения, предоставляемые компанией KROHNE. Поскольку некоторые точки измерения могут временно затапливаться в сезон дождей, в проект включена компактная версия WATERFLUX с классом защиты IP68.