Sử dụng ADAM-3600 để xây dựng hệ thống giám sát nước thải và truyền dữ liệu đa điểm tới đám mây

Advantech đã xây dựng một hệ thống điện toán đám mây IoT từ thiết bị đầu cuối từ xa thông minh (RTU) ADAM-3600, nó được tích hợp WISE-PaaS/EdgeLink và tương thích với Dịch vụ điện toán đám mây Azure. ADAM-3600 giúp thực hiện việc thu thập, tiền xử lý và truyền dữ liệu tất cả trong một và tích hợp nền tảng quản lý đám mây cho phép cài đặt nhiều hệ thống giám sát liên tục với các điểm đo lường rộng và quản lý khối lượng dữ liệu lớn, do đó cho phép theo dõi thời gian thực các thông tin về nước thải và đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn công cộng.

Để ngăn chặn ô nhiễm môi trường từ nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt, các cơ quan bảo vệ môi trường của nhiều chính phủ quốc gia đã thiết lập luật lệ nhằm ngăn chặn ô nhiễm nước bằng cách triển khai việc kiểm soát xả nước thải. Ví dụ, trong nhiều năm tại Đài Loan, các nhà máy và khu công nghiệp đã được yêu cầu lắp đặt thiết bị giám sát nước thải tự động khi lưu lượng nước thải hàng ngày của họ đạt đến một ngưỡng nhất định theo quy định của Cơ quan Bảo vệ Môi trường (Environmental Protection Administration - EPA), là cơ quan có thẩm quyền quản lý việc ô nhiễm nước. Tuy nhiên, dữ liệu giám sát có thể bị thao túng và gian lận, và việc kiểm toán thường xuyên cũng không thể đủ để loại bỏ các hành vi sai trái đó. Hơn nữa, cùng với nhận thức cộng đồng ngày càng tăng về bảo tồn môi trường, EPA đã yêu cầu thêm dữ liệu về chất lượng nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt được liên kết trực tuyến và được đăng thực tế trên nền tảng công cộng EPA để bảo vệ môi trường và đảm bảo trách nhiệm của công ty. Ngoài ra, một số chính quyền ở cấp quận và thành phố đã thiết lập hệ thống giám sát theo dõi ở các con sông địa phương để giám sát chất lượng nước và từ đó ngăn chặn việc xả nước thải độc hại vào hệ thống sông.

Với các hệ thống giám sát liên tục như vậy sẽ đòi hỏi các điểm đo phân tán rộng rãi và xử lý khối lượng dữ liệu lớn, vì thế, các nhà tích hợp hệ thống cần xây dựng một hệ thống giám sát nước thải tự động có cấu trúc hệ thống đơn giản và có thể được quản lý từ một nền tảng duy nhất. Thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) thông minh Advantech ADAM-3600 là một hệ thống cảm biến biên để thu thập, tiền xử lý và chuyển tiếp dữ liệu. Công nghệ lõi IoT thông minh WISE-PaaS / EdgeLink được tích hợp cho phép tiền xử lý (ví dụ: tóm tắt và chuyển đổi dữ liệu) ở cuối thiết bị, để chỉ có dữ liệu chính được tải lên nền tảng đám mây, điều này giúp tiết kiệm chi phí lưu thông trong khi giảm khối lượng dữ liệu trên nền tảng đám mây. Do đó, các nhà tích hợp hệ thống có thể phát triển hiệu quả hơn một hệ thống giám sát nước thải tự động tuân thủ cả yêu cầu của hệ thống nhà máy và yêu cầu của chính phủ.

Một nhà tích hợp hệ thống Đài Loan cung cấp các giải pháp giám sát nước thải môi trường gần đây đã được trao hợp đồng giám sát nước thải tự động với chính quyền địa phương ở phía bắc Đài Loan. Họ cần lên kế hoạch giám sát chất lượng nước trên sông và nước thải nhà máy thuộc thẩm quyền bao gồm khối lượng, nhiệt độ, độ pH, độ dẫn điện, nhu cầu oxy hóa học và chất rắn lơ lửng. Theo yêu cầu của EPA, dữ liệu sẽ được chuyển đến trung tâm giám sát của cơ quan bảo tồn môi trường địa phương theo các khoảng thời gian cụ thể (nhu cầu oxy hóa học và dữ liệu chất rắn lơ lửng được truyền mỗi giờ một lần, trong khi dữ liệu giám sát khác sẽ được chuyển cứ sau năm phút một lần). Hệ thống này cũng phải được liên kết với nền tảng công cộng EPA, để cung cấp dữ liệu thực tế của chất lượng nước.

Trái ngược với hệ thống giám sát tự động có cấu trúc nhiều lớp tùy chỉnh, nhà tích hợp hệ thống này đã giới thiệu công nghệ đám mây IoT cùng với giải pháp thiết bị trên đám mây hiện đang được ưa thích trên thị trường, đặt hệ thống truyền dữ liệu qua MQTT từ gần 20 loại cảm biến chất lượng nước tại các trạm theo dõi khác nhau lên một nền tảng đám mây Azure quản lý thống nhất. Tính năng lọc dữ liệu và truyền tải đa điểm được triển khai trên nền tảng đám mây để đáp ứng các yêu cầu trích xuất thông tin của các cơ quan quản lý khác nhau. Khả năng thiết lập cấu hình thiết bị trên đám mây đơn giản giúp giảm không chỉ chi phí phần cứng của các trạm riêng lẻ mà còn tránh được các rắc rối cho việc kiểm tra tính tương thích phần cứng. Bằng cách sử dụng một dịch vụ đám mây công cộng, nhà tích hợp hệ thống đã tiết kiệm được chi phí xây dựng môi trường lưu trữ dữ liệu cũng như các vấn đề về bảo trì hệ thống; hơn nữa, việc thiết lập giúp linh hoạt hơn trong khả năng mở rộng cho các bản cập nhật hệ thống trong tương lai. Ngoài ra, vì các trạm theo dõi được phân tán rộng rãi và dữ liệu được truyền không dây qua mạng 3G nên thiết bị lớp cơ sở đã được chọn để đáp ứng các yêu cầu của ứng dụng ngoài trời trong khi vẫn đáp ứng đủ các tính năng xử lý dữ liệu và điện toán biên để giảm thiểu truyền dữ liệu trong thời gian dài và cắt giảm chi phí trong tương lai về truyền tải hệ thống.

Chỉ với RTU thông minh ADAM-3600, đi kèm với công nghệ IoT thông minh WISE-PaaS / EdgeLink được tích hợp, Advantech đã có thể đáp ứng các yêu cầu hệ thống để giám sát tự động liên tục và quản lý đám mây. Dữ liệu chất lượng nước được thu thập từ các nhánh cảm biến khác nhau tại các điểm đo khác nhau và được liên kết bởi ADAM-3600, sau đó được tóm tắt, lấy trung bình, thay đổi kích thước hoặc xử lý trước thông qua WISE-PaaS / EdgeLink. Cuối cùng, dữ liệu chính đã xử lý được truyền cùng nhau thông qua giao thức MQTT đến nền tảng đám mây Azure theo thời gian chỉ định.

Sử dụng bộ xử vi lý công suất thấp và hỗ trợ dải nhiệt độ rộng (-40 đến 70 ° C), ADAM-3600 cực kỳ thích hợp để cài đặt ngoài trời, giám sát và quản lý từ xa dễ dàng thông qua nền tảng đám mây. Ngoài 20 kênh analog và kênh kỹ thuật số I/O còn có bốn khe cắm có thể mở rộng cho phép người dùng cài đặt các mô đun I/O bổ sung. Ví dụ, dự án hiện tại yêu cầu cả đầu vào analog và kỹ thuật số cũng như các kênh đầu ra kỹ thuật số, do đó, số lượng và loại kênh có thể được mở rộng với tùy chọn sử dụng thiết bị ADAM-3617, ADAM-3651 và ADAM-3656 để xử lý các yêu cầu thu thập dữ liệu trong các môi trường khác nhau. Tính linh hoạt của hai cổng Ethernet và hai khe cắm PCIe giao tiếp không dây tương thích Wi-Fi/3G/GPRS/Zigbee cho phép người dùng chọn phương thức truyền phù hợp nhất cho các kết nối giữa thiết bị với đám mây.

Wise-PaaS/EdgeLink đóng vai trò quan trọng trong ứng dụng device-to-cloud; đặc biệt là đối với dự án này, các tính năng thực tiễn đa dạng của nó cung cấp giao tiếp không dây dễ dàng hơn để chuyển tiếp dữ liệu. Lấy ví dụ, nó hỗ trợ nhiều giao thức kết nối (như Modbus, DNP3, RESTful, MQTt, và IEC 61850-5-104) để kết nối với các thiết bị PLCs đã được cài đặt hiện tại và sử dụng nhiều cảm biến khác nhau cho quá trình thu thập tín hiệu vật lý. Giao thức MQTT cũng được hỗ trợ để liên kết liền mạch giữa nền tảng đám mây công cộng của bên thứ ba như là Microsoft Azure. Thêm vào đó, trước khi gửi dữ liệu lên nền tảng đám mây, dữ liệu tiền xử lý của nó tuân theo cài đặt của người dùng, do đó làm giảm dung lượng truyền dữ liệu. Trước đó, các chương trình tính toán thời gian tiêu tốn sẽ được yêu cầu để hoàn thành nhiệm vụ phức tạp này, nhưng giờ đây tất cả chỉ là quá trình thiết lập đơn giản. Đối với truyền dữ liệu, tính năng khôi phục đường truyền có thể được sử dụng để thu thập dữ liệu vào thẻ nhớ của ADAM-3600 trong trường hợp mất ổn định hoặc gián đoạn kết nối không dây; nếu điều này xảy ra, dữ liệu sau đó được tự động tải lên sau khi kết nối được phục hồi, do đó ngăn chặn việc mất dữ liệu.

Chấm dứt ô nhiễm nguồn nước là một công việc thiết yếu đối với việc bảo tồn môi trường, nhưng các phương pháp xử lý và các chiến lược phát triển đều yêu cầu quá trình thu thập dữ liệu chất lượng nước dài hạn để chứng minh cho các cách thức phân tích và phát triển tương ứng. Giám sát thống nhất thiết bị trên đám mây và phát hiện tại chỗ cho phép truyền dữ liệu trực tiếp từ nơi làm việc tới đến các nền tảng quản lý phụ trợ, do đó ngăn chặn việc theo túng dữ liệu và cho phép các cơ quan bảo tồn môi trường tìm hiểu về điều kiện xả thải ô nhiễm trong thời gian thực một cách toàn diện.

Thiết bị ADAM-3600 của Advantech với Wise-PaaS/EdgeLink  là thiết bị dẫn đầu trong lĩnh vực bảo tồn môi trường và có thể thỏa mãn yêu cầu của việc giám sát môi trường. Các hệ thống tích hợp có thể đạt hoàn thiện kết nối từ thiết bị tới đám mây với những cài đặt đơn giản trên hệ thống RTU nhỏ gọn và rút ngắn thời gian phát triển chương trình. Thiết bị RTU có khả năng xử lý của nhiều loại thiết bị phần cứng khác nhau và do đó làm đơn giản hóa công việc bảo trì trong khi tính năng phục hồi đường truyền sẽ giúp đảm bảo dữ liệu được chính xác và đầy đủ.

Để làm rõ hơn độ tin cậy của ADAM-3600, các công ty cấp nước ở Trung Quốc cũng đã áp dụng cấu trúc hệ thống tương tự như cấu trúc trong dự án này để xây dựng hệ thống giám sát xả thải sinh hoạt nội địa tại các làng quê ở ngoại ô Bắc Kinh, đó như là một sự công nhận về tính phù hợp của hệ thống này trong lĩnh vực giám sát bảo vệ môi trường.