Największym problemem przy rozbudowanej sieci wodociągowej jest zapewnienie możliwości szybkiego wykrycia usterek rurociągów i dokładnej lokalizacji ewentualnych wycieków, co pozwalałoby na szybkie usunięcie awarii. W artykule opisano automatyczny system monitoringu sieci wodociągowej w mieście liczącym 18 tys. mieszkańców, wraz z czterema przylegającymi do niego wioskami. Sieć ma tutaj około 136 km długości.
Stworzenie systemu, który umożliwiłby rozwiązanie zadania monitoringu sieci, rozpoczęto od podziału sieci na sześć sektorów. Podział został dokonany w taki sposób, aby w przypadku powstania usterki rurociągu możliwe było dokładne określenie, w której strefie wystąpiła awaria.
Budowa systemu
System składa się z kilkunastu punktów monitoringu, w których mierzone jest chwilowe natężenie przepływu wody oraz ciśnienie wody. Wartości mierzone w tych punktach sieci są rejestrowane przez lokalnie zainstalowane rejestratory CELLO GSM firmy Technolog Ltd oraz równocześnie transmitowane do centralnej dyspozytorni za pośrednictwem sieci GSM. Dane gromadzone w systemie pozwalają na precyzyjne określenie stanu pracy sieci wodociągowej, w dowolnym jej punkcie i w dowolnym czasie. Dzięki oprogramowaniu PMAC systematycznie tworzona jest baza danych, pozwalająca na sumowanie przepływu z kilku punktów pomiarowych, zasilających określony sektor sieci wodociągowej oraz określenie, kiedy wzrastający pobór wody jest zjawiskiem normalnym, związanym z porą dnia, a kiedy może być oznaką awarii rurociągu i powstania wycieku. Rejestratory CELLO wysyłają również alarmy o przekroczeniach zaprogramowanych stanów maksymalnego i minimalnego ciśnienia lub przepływu.
Wykonanie
Koncepcję podziału sieci wodociągowej na sektory wykonała warszawska firma Złote Runo, we współpracy z miejscowym zakładem wodociągów i kanalizacji. Firma Złote Runo była też dostawcą wszystkich urządzeń pomiarowych, rejestratorów CELLO z wbudowanymi modemami GSM oraz oprogramowania do odbioru i analizy danych, a ponadto uruchomiła system i przeszkoliła pracowników w jego obsłudze. W tym zakresie decydująca była fachowość pracowników firmy i kilkunastoletnie doświadczenie w realizacji tego typu przedsięwzięć w branży wodociągowej.
Wybrane komponenty
Podstawą tworzonego, skutecznego i trwałego systemu monitoringu jest odporność środowiskowa sprzętu i niezależność od zewnętrznych źródeł zasilania. Doboru właściwego sprzętu do pomiarów i transmisji danych dokonano w myśl zasady mówiącej, że „o sile łańcucha decyduje jego najsłabsze ogniwo”. Sprzęt użyty do zastosowania w systemie monitoringu musi spełniać najwyższe wymagania odporności środowiskowej. W tym systemie zarówno przepływomierze, jak i rejestratory danych z wbudowanymi modemami GSM mają najwyższy stopień ochrony obudowy – IP68.
Tab. 1. Najważniejsze informacje techniczne dotyczące przepływomierzy Siemens MAG8000
Cecha
Opis
Konstrukcja czujnika
Całkowicie spawana, stopień ochrony obudowy IP68/NEMA 6P, co umożliwia zakopanie czujnika bezpośrednio w ziemi; montaż kompaktowy lub rozłączny z fabrycznie zamontowanymi przewodami
Pomiar przepływu
Dwukierunkowy
Zasilanie
Wewnętrzny lub zewnętrzny pakiet baterii lub zasilanie sieciowe z bateryjnym zasilaniem rezerwowym (czas pracy na baterii wewnętrznej – 6 lat, na baterii zewnętrznej – 10 lat)
Średnice czujników
Od DN 25 do DN 600
Dokładność pomiarowa
0,4 % lub opcjonalnie 0,2 %
Certyfikaty
Zaprojektowany zgodnie ze standardami OIML R49 oraz EN 14154, z naciskiem na zmniejszenie poziomu zużycia energii
Rejestracja danych
Elastyczny dostęp do zarejestrowanych danych: odczyt danych lokalnie z wyświetlacza, zgranie danych do komputera poprzez łącze IrDA lub odczyt danych przez zewnętrzny rejestrator, poprzez wyjścia impulsowe, z możliwością dalszej ich transmisji przez sieć GSM
Komunikacja
Dodatkowy moduł komunikacyjny Modbus
Oprogramowanie
Konfiguracja za pomocą oprogramowania SIMATIC PDM, jednolitego dla całej aparatury pomiarowej Siemensa
Własne, wbudowane zasilanie bateryjne urządzeń, o trwałości minimum pięć lat, gwarantuje minimalne koszty budowy, a później eksploatacji systemu. Dzięki niemu można też uniknąć kłopotliwych i kosztownych starań o wydanie pozwoleń na budowę przyłączy energetycznych czy paneli słonecznych.
Zakres: 0…100 m (0…10 bar) lub 0…200 m (0…20 bar); dokładność/rozdzielczość: ±0,5 %; opcjonalna rozdzielczość: ±0,1 %
Wejścia cyfrowe
Dwa wejścia: impulsy zliczane w trakcie przedziału czasu i zapisywane w ustalonych odstępach czasu; osiem wejść dowolnie programowalnych (opcja); obsługa rejestracji sabotażu/statusu i występujących zdarzeń
Modem GSM
Czteropasmowy: 900 MHz/1800 MHz lub 850 MHz/1900 MHz; antena zintegrowana; antena zewnętrzna jako opcja
Transmisja danych
SMS lub GPRS; 15 minut, 30 minut, 1 godzina, 1 dzień, 1 tydzień lub miesięcznie w zaprogramowanym dniu i czasie; natychmiastowe wysyłanie alarmów
Półprzewodnikowa, nieulotna; rozmiar: 128 kb, alokowana między kanałami zależnie od potrzeb (maksymalnie 64 kb dla jednego kanału)
Zegar
Zegar czasu rzeczywistego z uwzględnieniem roku przestępnego; opcjonalna synchronizacja zegara z siecią GSM
Rodzaj zasilania
Zasilanie z wbudowanej baterii litowej, wymienianej przez użytkownika; wewnętrzne ogniwo rezerwowe, podtrzymuje rejestrację i komunikację, gdy główna bateria jest rozładowana; typowa żywotność baterii >5 lat, zależnie od trybu pracy urządzenia
Rejestracja danych
Przedziały rejestracji: programowane pomiędzy 1 sekundą a 1 godziną; przechowywanie danych: zapis cykliczny lub zapis aż do zapełnienia pamięci; obsługa rejestracji „średniej” i „statystycznej” (minimum, maksimum, średnia, odchylenie standardowe) w czasie zdefiniowanego okresu rejestracji
Alarmy
Alarmy progowe (wysoki/niski) i alarmy profilowe, konfigurowane niezależnie dla każdego kanału; natychmiastowe wysyłanie alarmów; opcja aktualizacji danych po wystąpieniu alarmu i wielokrotnej, częstszej aktualizacji danych po alarmie
Parametry środowiskowe
Temperatura otoczenia w czasie pracy: –20…+50 °C; stopień ochrony: IP68
Parametry mechaniczne
Wymiary: 191 mm × 140 mm × 150 mm; masa: 1 kg
Przepływomierze
Bardzo istotnym elementem systemu monitoringu są zastosowane przepływomierze elektromagnetyczne MAG8000 firmy Siemens. Są to przepływomierze zasilane bateryjnie, zoptymalizowane pod kątem aplikacji wodnych. Mają elektrody pomiarowe wykonane ze stopu Hastelloy C276 oraz wykładzinę z gumy EPDM. Wielką zaletą przepływomierzy elektromagnetycznych jest brak części ruchomych. Oznacza to praktycznie pomijalny spadek ciśnienia na przepływomierzu i daje gwarancję, że przyrząd nie zostanie uszkodzony mechaniczne przez napór przepływającej przez niego wody oraz że nie zmieni się dokładność pomiaru przepływu.
Oprogramowanie
Do odbioru i analizy danych, dostarczanych przez sieć GSM z terenu, wybrano intuicyjne i łatwe w obsłudze oprogramowanie dyspozytorskie PMAC. Umożliwia ono wizualizację terenu, szybki dostęp do danych przez kliknięcie na mapie aktywnego punktu oraz wszelkie działania matematyczne, statystyczne i analityczne na danych, wizualizowanych w postaci graficznej (wykresy) lub tabelarycznej (wartości).
Rejestratory danych
CELLO z wbudowanym modemem GSM brytyjskiej firmy Technolog Ltd to rodzina rejestratorów przeznaczonych dla branży wodociągowej i monitorowania środowiska. Na świecie pracuje już ponad 300 tys. tych niezawodnych urządzeń, wyprodukowanych w różnych konfiguracjach.
Do opisanego systemu monitoringu użyto rejestratorów CELLO 1P/2F z jednym kanałem ciśnienia (wbudowany przetwornik) i dwoma kanałami przepływu (przepływ wprzód i wstecz) oraz CELLO ośmiokanałowego (dowolnie konfigurowane kanały). Główną cechą użytkową tych rejestratorów jest całkowicie zintegrowana budowa. Rejestrator, bateria, modem, antena i przetwornik ciśnienia umieszczone są we wspólnej, hermetycznej obudowie, o stopniu ochrony IP68.
Podsumowanie
Wdrożenie opisanego powyżej systemu monitoringu sieci wodociągowej pozwoliło skrócić do minimum czas reakcji na pojawiające się w sieci awarie. Szybka interwencja w takim przypadku oznacza, że wypływ wody zostaje szybko zlokalizowany i zlikwidowany, a to przekłada się na realne oszczędności finansowe. Koszty stworzenia systemu, zdaniem jego użytkowników, powinny zwrócić się w ciągu dwóch, trzech lat.
Lesław Domagalski
dyrektor techniczny
ZŁOTE RUNO Sp. z o. o.
ul. Hoża 57/15
00-681 Warszawa
tel. 22 622 69 43, 22 621 01 28
fax 22 622 69 40
e-mail: info@zloteruno.pl www.zloteruno.pl
