Référence

IIoT pour la gestion de l'eau

Surveillance intelligente des applications communales et industrielles de l'eau

Du Canada au Mexique en passant par l'Amérique du Sud et l'Australie, les projets de numérisation de WAGO et Endress+Hauser s'étendent pour intégrer des signaux à distance dans des structures informatiques centrales. L'un de ces projets ambitieux s'est déroulé à notre porte, dans l'Odenwald local. Ici, des points de mesure largement répartis ont été intégrés via un réseau LoRaWAN, économisant ainsi de nombreuses heures de travail.

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En raison du changement climatique, de plus en plus de régions risquent de souffrir de pénuries d'eau dans les années à venir. Afin d’utiliser au mieux les ressources existantes, les responsables de la gestion de l’eau du monde entier recherchent des solutions. Certains instruments de la boîte à outils numérique peuvent aider, comme la surveillance des prélèvements d’eau ou la détection précoce des fuites dans la distribution d’eau. De plus en plus d'États obligent les producteurs et les consommateurs d'eau à enregistrer les prélèvements et la consommation dans les environnements communaux et industriels et à les rendre transparents. Les mesures réglementaires exigent des formats et des formes de rapports définis. Afin de relever les défis de l'approvisionnement en eau, il est urgent de faire progresser la numérisation de la gestion de l'eau, ne serait-ce qu'en raison de la pénurie de main-d'œuvre qualifiée qui se profile depuis longtemps.

Cependant, les points de contrôle de la qualité de l’eau, les puits, les réservoirs de stockage d’eau en haute altitude ou les stations de pompage sont parfois situés très loin des fournisseurs ou des utilisateurs industriels de l’eau et se trouvent souvent dans des régions éloignées. Bien que les capteurs de ces systèmes soient accessibles depuis plusieurs années via le réseau mobile là où il existe une couverture téléphonique mobile, cela n'est pas possible partout et n'est souvent pas techniquement cohérent.

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En conséquence, le personnel ne peut pas accéder aux données nécessaires et doit vérifier sur place. Des employés hautement qualifiés restent assis des heures dans la voiture pour lire des valeurs de mesure simples et les enregistrer dans des rapports réglementaires.

Exemple de l'approvisionnement en eau de la ville d'Oberzent en Hesse : les niveaux d'eau dans les puits et les réservoirs ainsi que les débits dans les pompes et les conduites devaient auparavant être relevés individuellement. « C'est depuis longtemps notre obligation d'enregistrer les prélèvements d'eau et de les soumettre au conseil régional », explique Thomas Pirk. Avec ses trois collègues, il est gestionnaire de l'eau et responsable de sept sources, deux puits profonds et 18 réservoirs surélevés. Le défi réside dans la particularité régionale : dans une zone deux fois plus grande que Manhattan, mais très peu peuplée avec seulement environ 10 000 habitants, les points de mesure sont répartis dans le vaste Odenwald.

« Il n'y a tout simplement pas de réception disponible sur la plupart de nos installations », déclare Pirk. Par conséquent, les quatre gestionnaires d'eau n'avaient jusqu'à présent aucune alternative que de visiter individuellement les sites et de collecter sur place les données des 35 appareils de mesure de débit, 17 de niveau et sept de pression et de les inscrire manuellement sur une liste - une procédure très longue et peu efficace, qui est de plus sujette aux erreurs.

To comply with the regulations and determine our water consumption, we used to travel to practically every point daily and record the values manually in a table. We are very happy that this is now a thing of the past.

Thomas Pirk, Water Champion City of Oberzent

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Le réseau LoRaWAN change la situation

Avec la mise en place et l'exploitation d'un réseau LoRaWAN à Oberzent, le fournisseur d'énergie local Entega a récemment lancé l'ère numérique de l'acquisition de données. L'abréviation signifie « Low Power Wide Area Network », c'est-à-dire un réseau étendu qui nécessite peu d'énergie pour fonctionner. LoRaWAN est un pilier important de l'Internet des objets industriel (IIoT) et offre aux participants une communication bidirectionnelle sécurisée, une localisation, un cryptage de bout en bout et des services mobiles.

Les spécialistes d'Endress+Hauser, un fournisseur de technologie de mesure et d'automatisation pour les processus et les laboratoires, ont profité de ces avantages et ont intégré les 19 stations d'Odenwald dans leur écosystème IIoT Netilion. L'écosystème IIoT visualise désormais les données transmises par radio et les affiche dans des tableaux de bord clairs ainsi que dans des formulaires et des formats de rapports définis par l'administration. En regardant le moniteur ou une tablette informatique, les gestionnaires de l'eau voient l'ensemble du processus de traitement et de stockage de l'eau, y compris les niveaux de réservoirs et les débits.

Qu'est-ce que LoRaWAN ?

LoRaWAN signifie « Low Power Wide Area Network » et permet une communication bidirectionnelle sécurisée et sans fil, la localisation et la mobilité des services, le cryptage de bout en bout et les services mobiles. Pour que les batteries des terminaux durent longtemps, le serveur réseau LoRaWAN gère individuellement le débit de données utilisé pour chaque terminal à l'aide d'un algorithme de débit de données adaptatif (ADR). Les débits de données LoRaWAN s'étendent de 0,3 kbps à 50 kbps - certes assez peu pour les médias modernes tels que les photos ou les vidéos, mais dans de nombreux cas suffisant pour les données de mesure ou d'état. La sécurité de la communication est assurée par deux niveaux - un pour le réseau et un pour l'application :

au niveau du réseau avec une clé de réseau unique (IEEE-EUI64) et
au niveau de l'application avec la clé d'application (IEEE-EUI64) qui assure la sécurité au niveau de l'application.

Solution complète grâce aux composants WAGO

« Notre service numérique Netilion Network Insights était particulièrement adapté à cette application car il permet à la ville d'Oberzent de gérer et d'enregistrer ses applications d'eau décentralisées à tout moment et n'importe où », déclare Benedikt Schumann, Business Development Manager chez Endress+Hauser. De plus, les protocoles et les relevés sont faciles à créer et les utilisateurs reçoivent des alertes pour une surveillance efficace. En plus de l'instrumentation des installations, Endress+Hauser offre des solutions pour le transfert, le traitement et la visualisation des données. « Nous fournissons le service afin que nos clients puissent utiliser leurs données et créer de la valeur ajoutée grâce à celles-ci », ajoute Schumann. Par exemple, des messages d'état des appareils de mesure indiquent quels points de mesure doivent être entretenus. Les fuites ou autres perturbations dans le réseau d'eau sont détectées plus rapidement et peuvent être réparées dans les plus brefs délais.

« Notre solution complète n'est devenue possible que grâce à l'étroite collaboration avec WAGO et à l'utilisation de leurs produits », explique Schumann, qui ajoute : « Nous avons choisi WAGO comme fournisseur de composants système afin de pouvoir offrir des packages de surveillance similaires pour les applications de l'eau à différents clients et industries à un niveau mondial. Dans ce secteur, la flexibilité et la modularité sont très importantes ».

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WAGO offers the ideal global partnership within many industries to guarantee the connection of the OT level, from sensors in the field to digital service.

Benedikt Schumann, Business Development Manager Endress+Hauser

Non seulement dans l'exemple de l'approvisionnement en eau d'Oberzent, mais dans une grande partie de l'IIoT, de nombreuses valeurs numériques et analogiques différentes doivent être traitées. La liste est longue et s'étend de Ethernet-IP, Modbus-TCP, Modbus-RTU aux protocoles HART ou IO-Link. Différents appareils de mesure et capteurs, des débitmètres aux contacts de porte, doivent être connectés à la passerelle WAGO, traités et transmis au système supérieur.

La plate-forme d'automatisation WAGO s'appuie sur des normes indépendantes des fabricants, tant du côté matériel que logiciel. Plus de 500 modules et interfaces sont disponibles pour la communication. Afin de garantir une mise en œuvre simple et rapide du projet sur site, des kits de construction ainsi que des boîtes Proof of Concept prêtes à l'emploi ont été développés pour cette application, qui peuvent être étendues individuellement en fonction des exigences du projet, explique Wolfgang Laufmann.

« La collaboration a toujours été très intense et nous sommes arrivés à un stade où nous développons d'autres solutions Edge », explique Schumann. L’objectif est d’incorporer des algorithmes de calcul supplémentaires et ainsi de pouvoir proposer des services supplémentaires dans l’environnement OT.

Kits de construction

Au final, les projets digitaux nécessitent de nombreux composants individuels et un certain nombre d'efforts commerciaux pour leur réalisation. Les numéros d'article, les prix et les délais de livraison des contrôleurs, des bornes et des connecteurs, des alimentations et des câbles doivent être collectés. Afin de minimiser cet effort pour les projets, WAGO propose des kits de construction comme aide à la planification de projet. Les utilisateurs peuvent rapidement composer leur nœud de communication via ce que l'on appelle des packages. Une fois les modules sélectionnés, le système émet une commande unique, comprenant le prix et les caractéristiques techniques. Cela conduit à une configuration sécurisée. Il existe également un accord mondial avec des partenaires individuels, tels qu'Endress+Hauser, dans lequel, par exemple, les prix pour différents pays sont stockés.

Une première fonction importante, dont l'importance va probablement encore croître : WAGO permet de vérifier à distance l'état des appareils de mesure. Les appareils de mesure de débit individuels ont pour tâche de s'auto-vérifier et de renvoyer des centaines d'informations de vérification regroupées à Netilion Network Insights via la passerelle, afin qu'un certificat de fonctionnalité puisse y être créé. Cette fonctionnalité n'a été créée que récemment et est actuellement déployée à l'échelle mondiale dans divers scénarios. Ces développements spécifiques des composants Edge de WAGO sont flexibles et modulaires et servent ainsi à une grande variété d'applications. « WAGO est déjà un acteur bien connu en Allemagne, mais nous proposons également cette collaboration systématisée dans de nombreux autres pays et la développons ensemble », explique Schumann.

Un aperçu du futur

Alors que les gestionnaires d'eau d'Oberzent se réjouissent de pouvoir archiver dans un avenir proche les anciens journaux d'exploitation, leurs prochains souhaits se font déjà sentir : « Nous pourrions très bien imaginer utiliser d'autres services numériques de Netilion », déclare Pirk. L'équipe travaille actuellement à l'intégration de dix autres stations dans Netilion Network Insights. En fin de compte, toutes les données importantes sont disponibles sur le PC et sur la tablette et peuvent être consultées à tout moment, sans avoir à monter dans la voiture. L'équipe de quatre personnes est ainsi soulagée et l'accent est désormais mis sur l'adaptation de l'approvisionnement en eau dans la zone communautaire de 165 km2 aux défis de l'avenir.