Измерение давления и уровня в системе Интернета Вещей

Все вокруг говорят о том, что мы движемся к полной цифровизации. Но как Вы встанете на этот путь и какое направление является правильным для Вашей компании? KELLER AG für Druckmesstechnik имеет более чем 45-летний опыт работы в области регистрации и обработки измерительных данных. Наш набор услуг, начиная от датчиков давления и заканчивая готовым веб-приложением, поможет вам найти свой путь к индивидуальному решению системы контроля через Интернет Вещей.

Индустрия 4.0 и Умный город — это революционные технологии, стоящие за цифровизацией датчиков давления и решений измерения давления. В основе цифровизации лежат намерение и необходимость повысить эффективность процессов.

Путь к цифровизации начинается с записи данных, в основном при помощи датчиков. Датчики давления также регистрируют измеренные значения. Для оборудования или ёмкостей и резервуаров они отображают уровни заполнения. Для озер, рек и подземных вод измеряются уровни. Измеряемые объекты подключаются к Интернету, сохраняют свои данные в облаке, а эти данные по большей части передаются по беспроводной сети посредством радиопередачи. Также используются новейшие технологии, такие как LoRaWAN или мобильная связь (NB-IoT, LTE-M). В итоге данные можно получать на все возможные конечные устройства, такие как компьютеры, планшеты или мобильные телефоны. Вся эта интернет-среда, состоящая из объектов и связанная с ними, называется Интернет Вещей.

Комплекс услуг Интернета Вещей

KELLER AG für Druckmesstechnik предлагает это комплексное решение, как описано выше, в виде системы измерения посредством Интернета Вещей. Этот тип системы измерения позволяет пользователю сделать непосредственный шаг к цифровизации без особых усилий и с низкими затратами:
• Не требуется создавать программные или аппаратные решения.
• Доступ к рабочей и проверенной системе регистрации данных измерений.
• Не требуется отдельного технического обучения в области технологий.

Измерительная система KELLER разработана таким образом, что каждая часть измерительной цепи имеет определенный интерфейс. Благодаря открытому и документально подтвержденному облачному ИПП (Интерфейс прикладного программирования), Пользователь может включить систему обработки данных измерений в свою собственную
информационную систему и таким образом начать именно оттуда, где раскрываются наибольшие преимущества цифровизации. KELLER предоставляет доступ ко всем индивидуальным интерфейсам, чтобы, с точки зрения реализации, пользователи имели свободный выбор относительно того, хотят ли они установить всю систему или только ее часть, если это необходимо.

Насколько глубоко будет задействована эта вертикальная интеграция, зависит от области применения и предполагает учет затрат в сопоставлении с выгодами. Самый низкий уровень интеграции определяет сигнал датчика давления. На приведенной ниже схеме показаны отдельные уровни интеграции от сенсора давления серии 9L до веб-приложения KOLIBRI Cloud:

Пользователь может самостоятельно интегрировать отдельные элементы в свои устройства, и для этого доступны соответствующие интерфейсы.

Вы можете прямо сейчас протестировать измерительную систему Интернета Вещей от Keller
• Веб-приложение KOLIBRI Cloud kolibricloud.ch

Пошаговая цифровизация включая примеры и продукцию KELLER

1. Определите точки регистрации данных / измерительные точки для доказательства концепции.

Доступная точка измерения уровня

2. Выберите подходящий преобразователь давления на основе таких требований, как точность, совместимость сред и т.д.

Преобразователь уровня серии 36XW для определения уровня грунтовых вод

3. Выберите технологию передачи LoRaWAN или мобильную связь.

Блок удаленной передачи данных ADT1-Tube для LoRaWAN или ARC1-Tube для мобильной связи. 

Примечание: Проверьте, какая зона покрытия сети в точке измерения для выбранной технологии. Выбранные точки измерения должны быть как можно ближе к лицу, ответственному за систему, чтобы можно было найти несоответствия, и исправить их на месте в случае неисправности. Проверку записанного результата измерений тоже следует выполнять во время работы на месте измерения.

4. На протяжении нескольких недель управляйте измерительными точками и внимательно контролируйте их с помощью графического представления в облаке.

KOLIBRI Cloud.

5. Расширьте систему измерений доказательства концепции дополнительными, возможно, технически важными точками измерения и внимательно следите за любыми несоответствиями.

Точки измерения уровня с плохим приемом сигнала или техническими проблемами измерения

Текущее положение: Согласно этой расширенной концепции, всю систему нужно основательно проанализировать и оценить на предмет того, соответствуют ли результаты ожиданиям.

До этого этапа измерительную систему Интернета Вещей от Keller можно было использовать с небольшими вложениями. Теперь необходимо оценить, следует ли сохранить систему в данном виде и, соответственно, завершить проект цифровизации, или же требуется более глубокая интеграция системы в программное обеспечение компании.

6. Автоматическая синхронизация данных между системой измерений и собственным облаком компании.

Программный интерфейс ИПП 3.

Примечание: Поставщики услуг собственного программного обеспечения компании часто не знают, как генерировать данные измерений Интернета Вещей. Многолетний опыт KELLER помогает установить четкие и конкретные функциональные требования к данным измерений, которые он записывает во внешней системе.

7. Полная вертикальная интеграция. Сенсор или преобразователь давления, блок дистанционной передачи данных, KOLIBRI Cloud.

Открытые интерфейсы для всех частей всей измерительной цепи

Оцифровка сигнала датчика давления. Сигналы датчика давления обрабатываются и оцифровываются с помощью электронной платы. Это означает, что они преобразуются в число (давление), которое можно считать через интерфейс. Помимо давления и температуры, с датчика давления можно считать и другую полезную информацию.

Во многих случаях на начальном этапе процесса слишком мало внимания уделяется важности точности, стабильности и надежности датчика. Датчик, который записывает данные, является одной из самых важных частей системы, потому что принятые решения и предпринимаемые действия основываются на этих данных датчика:
• Выключить прибор
• Заполнить резервуар
• Слишком низкий уровень грунтовых вод =сигнализирует об отсутствии подачи питьевой воды!
• Слишком высокий уровень грунтовых вод =сигнализирует о наводнении!

Следовательно, датчик, который находится в начале всей измерительной цепи, оказывает наибольшее влияние на качество данных и должен быть выбран и сконструирован в соответствии с требованиями измерительной системы.

KELLER предлагает специально разработанные и испытанные датчики давления для соответствующего применения и требований. Для использования датчиков давления с собственным оборудованием для передачи данных измерений KELLER предоставляет коммуникационные протоколы для интерфейсов RS485 или I2C. Для применений, которые предназначены для использования датчика давления без типового выходного сигнала, датчик комплектуется калибровочными данными.

Дистанционная передача. Еще одной важной частью цифровизации является передача записанных данных. Часто датчики расположены в местах, удаленных от центрально пункта сбора данных и оценки, или датчики невозможно подключить к локальной сети связи.

Интернет Вещей — это глобальная сеть, которая позволяет обмениваться данными через Интернет. Это означает, что данные датчиков, к примеру, полученные в разных точках мира, можно объединить в одной системе (облаке). Для этой функции обязательным условием является наличие доступа к Интернету у устройства, прибора или датчика. В
качестве измерительного решения от KELLER мы используем автономные приборы Интернета Вещей, питающиеся от аккумулятора, которые передают данные через различные радиоинтерфейсы.

Одно из преимуществ состоит в том, что эти приборы можно установить без особых усилий, поскольку нет необходимости в прокладке кабелей, а измерительные приборы не нужно подключать к коммуникационной сети компании. Чтобы приборы и их аккумуляторы имели многолетний срок службы, наряду с интеллектуальной энергосберегающей электронной системой используются типовые радиотехнологии (LoRaWAN, а также мобильная связь 2G, 3G, 4G, NB-IoT, LTE-M) с низким энергопотреблением и большой дальностью передачи в 15 км и больше. Использование LoRaWan или мобильной связи зависит от требований к регистрации данных или от зоны радиоохвата, доступного на объекте.

В обеих радиосистемах возможен двунаправленный обмен данными. Это означает, что измеренные значения можно отправить не только из измерительной точки в центральную точку сбора (облако), но также возможна связь от центральной точки сбора с каждой измерительной точкой. Связь с прибором используется для конфигурации уведомлений с прибора, к примеру, при измерении интервала с расстояния. Коммуникационный интерфейс приборов KELLER с LoRaWAN (ADT1), а также приборов с мобильной связью (ARC1) документально засвидетельствованы, а образец программного кода доступен для интеграции в устройство компании.

Все приборы разработаны таким образом, чтобы на них можно было установить обновление программного обеспечения. Это весьма полезно в практике расширения радиотехнологий или модификации беспроводных протоколов. Электроника устройства мобильной связи ARC1 для передачи данных имеет модульную конструкцию и допускает замену радиомодуля в случае будущих технологических изменений, так что устройство передачи можно снова адаптировать к последнему поколению мобильной связи с небольшим вмешательством и без необходимости замены всего устройства.

Особенности передачи через LoRaWAN

• Обмен данными осуществляется через шлюзы (антенны), подключенные к сетевому серверу через Интернет. Данные измерений передаются с сетевогосервера в KOLIBRI Cloud, или устройство получает доступ к данным с сетевого сервера. Отдельные измеренные значения передаются с максимально короткими интервалами примерно в 10 минут.
• Обычно передача происходит без подтверждения того, была ли она успешной.
• При использовании LoRaWAN передача осуществляется через общедоступные сети (часто принадлежащие поставщикам мобильной связи), частные сети (в городе есть собственная сеть) или открытые сети, такие как сети Интернета Вещей.
• Дальность передачи от 15 км и более, в зависимости от условий на объекте.
• Эксплуатация без SIM-карты / устройство передачи должно быть зарегистрировано в сети.
• Отправка через безлицензионную радиочастоту. Каждый может установить свою собственную радиочастоту.
• Глобальной радиосети (все еще) не существует.

Особенности передачи через мобильную связь (2G, 3G, 4G / NB-IoT, LTE-M)

• Обмен данными с KOLIBRI Cloud осуществляется через стандартные технологии, такие как FTP или электронная почта; не имеет значения, какая используется технология (2G, 3G, 4G / NB-IoT, LTE-M).
• За короткий интервал (1 минуту) можно записать большое кол-во измеренных значений. Данные как правило передаются пакетами данных, содержащими несколько измеренных значений.
• Данные всегда передаются с подтверждением приема. Преобразователю будет видно, прошла ли передача успешно.
• Радиопередача использует только сети операторов мобильной связи.
• Дальность передачи от 15 км и более, в зависимости от условий на объекте.
• Эксплуатация с SIM-картой.
• Отправка через лицензионные радиочастоты. Этими радиосетями могут пользоваться только операторы мобильной связи.
• Всемирная система связи.

Безопасность

Для LoRaWAN и мобильной связи данные из точки измерения в облако передаются в зашифрованном виде. Здесь используются современные шифровальные процессы. Для мобильной связи шифрование может быть более надежным за счет более высокой скорости обработки данных и выбора доступных типов шифрования.

KOLIBRI Cloud от KELLER предлагает простой и удобный доступ к данным измерений с вашим личным логином и шифрованием SSL. С веб-приложением KOLIBRI Cloud данные доступны без необходимости настройки и обслуживания базы данных. Данные измерений могут отображаться в графической форме с минимальными затратами времени, а функция экспорта позволяет загружать данные в виде файлов Excel или CSV. Точки измерений легко и оперативно контролируются с помощью встроенной системы оповещения. Например, если повышается уровень воды, или разряжается аккумулятор, по электронной почте отправится уведомление.

Программный интерфейс (ИПП) облака позволяет выводить измеренные данные из другой программной системы в типовом формате JSON через HTTPS. Таким образом, данные могут непрерывно передаваться в собственную программную систему компании, что делает процессы более эффективными, а это является целью цифровизации с помощью Интернета Вещей.

KELLER предоставляет разработчикам программного обеспечения подробную документацию по ИПП.