Kololo Game Reserve — лодж, расположенный недалеко от городка Ваальватер в провинции Лимпопо (Южная Африка) с номерным фондом, прекрасным рестораном и бассейном. Kololo является частью заповедника Welgevonden, в котором обитают представители «Большой пятерки». В целом, Kololo — отличное место для семейного отдыха с доступом к дикой природе. Лодж Kololo располагается в сельской местности, в связи с чем находится на самообеспечении водой и электричеством. Несмотря на то, что Kololo подключен к электрической сети, периодически происходят сбои, поэтому в качестве резервного источника питания используется дизельный генератор.
Система водоснабжения лоджа Kololo
Система водоснабжения Kololo состоит из трех частей: колодца, восьми накопительных резервуаров и системы труб и шлангов для подачи воды в виллы, ресторан и бассейн.
Основным источником воды в Kololo служит колодец глубиной 100 метров. Доступ к воде обеспечивает пробуренная скважина. Измерение уровня воды в колодце является важной мерой для прогнозирования количества накопленной воды, так как ее запас не является бесконечным. Вода из колодца проходит расстояние в 1 км до восьми резервуаров объемом по 5 000 л каждый. Резервуары, названные в честь производителя «Jojo», расположены на высоком холме. По сути, Jojo работают в качестве накопителя, откуда под действием силы тяжести вода поступает по трубе к виллам и бассейну.
Измерение уровней воды
Измерение уровня воды как в колодце, так и в резервуарах необходимо для получения информации о текущем состоянии запаса воды и о его состоянии в течение определенного промежутка времени. В связи с этим в феврале 2020 года в один из резервуаров компанией KELLER была установлена полная система измерения уровня воды, данные с которой выгружаются с помощью беспроводной технологии LoRa. Все резервуары Jojo соединены друг с другом, следовательно, результаты измерения уровня в одном резервуаре являются репрезентативными для всех баков.
Компания KELLER обладает широким ассортиментом как цифровых, так и аналоговых преобразователей уровня. Помимо измерения стандартных параметров уровня и температуры цифровыми датчиками опционально могут быть получены данные о проводимости. Поскольку все данные сохраняются в облачную базу данных KOLIBRI Cloud, доступ к ним может быть осуществлен в любое время после проведения измерений, благодаря чему может быть получено общее представление о потреблении, утечках и т.д.
Как происходит измерение уровня воды с помощью преобразователя давления?
При нырянии на глубину можно испытать боль в ушах. Такой эффект объясняется нагрузкой, связанной с давлением водяного столба сверху. Вес водяного столба — это сила тяжести, рассчитываемая по формуле F = m x g, где m = масса и g = ускорение свободного падения. Так как давление — это сила, действующая на единицу площади, с помощью датчика давления может быть измерен уровень водяного столба.
При наличии значения плотности жидкости давление может быть преобразовано в длину (высоту водного столба), а, имея значение этого параметра, а также данные о площади и плотности, мы можем перевести давление в объем в литрах.
Система на базе беспроводной технологии LoRaWAN
Kololo — не самый большой заповедник, но, тем не менее, его площадь составляет 3 000 гектаров (т. е. 4 500 футбольных полей), что слишком много для датчиков с проводным соединением. Для такого проекта необходимо беспроводное решение — технология IoT*, но в сельской местности, где расположен, практически отсутствует сотовая связь, что делает недоступными 4G и NB-IoT. Однако, у Kololo есть доступ к интернету.
LoRaWAN (Long Range Wide Area Network — маломощные глобальные сети дальнего действия) — протокол связи для беспроводных систем (в частности, для IoT) с невысоким потреблением энергии. Скорость передачи данных составляет максимум 50 кбит/с, что делает эту технологию подходящей для передачи данных простых типов, например, показаний датчиков (в отличии от, например, передачи видео в формате HD). LoRaWAN имеет радиус действия в несколько километров и проникает сквозь здания.
Существует несколько технологий для беспроводных сетей IoT*, например, LoRaWAN и Sigfox. Самые известные провайдеры LoRaWAN — Loriot и The Things Network (TTN).
Большим преимуществом TTN является возможность создания локального охвата с помощью установки TTN-совместимого шлюза и подключения к интернету.
Стандартная локальная сеть LoRa состоит из трех основных элементов:
1. Датчик/сенсор (цифровой) или манометр
2. Передатчик данных с модулем LoRa
3. Шлюз LoRa, станция с подключением к интернету/вайфаю, с которой результаты измерений поступают в облачное хранилище KOLIBRI Cloud.
В Kololo в качестве шлюза LoRa используется шлюз Laird Sentrius и передатчики компании KELLER ADT1. К передатчикам ADT1 подключены цифровые уровнемены KELLER серии 36XW, измеряющие давление (уровень воды) и температуру.
Передатчик ADT1 получает значения измерений уровня от датчика и передает данные совместно с показателями барометрического давления и температуры воздуха шлюзу LoRa.
*Интернет вещей: виртуальное объединение устройств в сеть с целью их взаимодействия между собой и с человеком. Информация, полученная от датчиков, преобразователей, программного обеспечения, а также данные, введенные пользователем, передаются в сеть и используются для оптимизации определенной ситуации. Примерами использования технологии IoT являются умные предприятия/умные дома и Индустрия 4.0.
Конечным этапом является переадресация данных по интернету шлюзом LoRa в облачное хранилище KOLIBRI Cloud, где осуществляется их хранение.
Веб-приложение KOLIBRI Cloud позволяет просматривать данные, также с его помощью возможна их дальнейшая обработка, например, экспорт, печать, пересчет в другие единицы, различные вычисления и многое другое.
Установка
Шаг 1. Установка шлюза LoRa в офисе технического специалиста и регистрация у провайдера TTN (The Things Network).
Шаг 2. Прием LoRa на месте измерений для проверки соединения модема ADT1 с шлюзом LoRa. При корректном соединении шлюза с ADT1 обеспечивается надежная передача результатов измерения уровнемером через интернет в облачное хранилище KOLIBRI Cloud.
Шаг 3. Настройка, регистрация и подключение ADT1 к сети TTN.
Шаг 4. Подключение уровнемера PAA-36XW к модему ADT1 и его установка в резервуар.
Для установки и настройки понадобилось некоторое количество времени, поскольку было необходимо точно определить правильную мощность передачи без перегрузки.
В таких условиях проблематично вернуться для замены батареек. После установки и настройки система начала проводить измерения каждый час.
На следующий день данные стали доступны для просмотра в виде нисходящего графика. Проверка разности двух измерений, проведенных в течение ночи, выявила разницу приблизительно в 100 литров в час.
Единственной возможной причиной могла быть только утечка, которая в дальнейшем была обнаружена на дне резервуара: одно из трубных соединений частично отошло.
Таким образом, система успешно зарекомендовала себя уже через сутки после начала использования.
В будущем система может быть расширена с помощью установки в скважину цифрового уровнемера KELLER серии 26X для отслеживания основного запаса воды.
Использованное оборудование / Программное обеспечение
Электроснабжение Kololo
У Kololo имеется подключение к электрической сети, но при этом иногда случаются сбои питания. В таких случаях используется запасной дизельный электрогенератор.
Может случиться ситуация, когда расходные резервуары не очищаются должным образом, и в процессе наполнения бака для дизельного топлива в нем оказывается вода. Также топливо может быть украдено и заменено водой для маскировки кражи. Попадание воды в двигатель может привести к серьезным поломкам и большим затратам на ремонт, либо нанести дизельному генератору непоправимый ущерб.
Поскольку система на базе технологии LoRa не может проводить измерения чаще, чем один раз в 15 минут, отслеживание изменения уровня топлива только с помощью уровнемера может быть недостаточным, например, при заполнении бака водой до прежнего уровня не позднее, чем через 15 минут.
Однако изменение состава смеси может быть определено с помощью измерения проводимости. Вода тяжелее топлива и, в связи с этим, отличается от него по
проводимости. Таким образом, изменение проводимости говорит о наличии воды в топливном баке.
Датчик KELLER серии 36XiW-CTD проводит измерение уровня и проводимости. С его помощью могут быть получены результаты измерений этих параметров и обнаружена вода в топливе.
Хотите самостоятельно протестировать облачное хранилище KOLIBRI Cloud? Зайдите на сайт kolibricloud.com и используйте код Test2019 в качестве имя пользователя и пароля.
Заключение
Система измерения позволяет получать актуальные данные об уровне воды. С помощью считывания результатов измерений по беспроводной сети и их сохранении в базе данных формируется хронология, позволяющая получить представление о потреблении и/или о ранее неизвестных неисправностях оборудования. Благодаря этому может быть достигнута значительная экономия средств и предотвращены ненужный ремонт и непредвиденные расходы. Такая система может применяться в различных сферах промышленности для решения любых задач, связанных с измерением уровня: в заповедниках, скважинах, сельском хозяйстве, нефтехимической отрасли и т.д. В сеть IoT может быть интегрирован любой датчик KELLER с цифровым выходным сигналом (RS485 или SDI12).
Более подробную информацию можно узнать, заполнив форму обратной связи или позвонив напрямую. Мы будем рады предоставить консультацию по всем интересующим Вас вопросам.
