使用IIoT進(jìn)行智能水管理

2021-04-29

使用IIoT進(jìn)行智能水管理

盡管地球上超過(guò)70％的水被覆蓋，但是97.2％的水是鹽水。在2.8％的淡水中，大部分被冷凍成極地冰。不到總水量的1％是地下水或地表淡水。在所有淡水中，只有1％可以飲用。換句話(huà)說(shuō)，地球上只有0.01％的水是可飲用的。

根據世界衛生組織的統計，8.84億人無(wú)法獲得飲用水。而且，全世界三分之一的人面臨缺水壓力或需要競爭有限量的水的需求。氣候變化將加劇這些問(wèn)題，干旱和洪水使水資源的分配更加不均衡。需要通過(guò)減少浪費和更有效地回收廢水來(lái)進(jìn)行節水的高效水管理。減輕洪災也是如此，以保護脆弱的城市和基礎設施。

此外，農業(yè)灌溉消耗了全部淡水的48％。在剩余的52％中，能源生產(chǎn)占22％，其中6％用于工業(yè)用途，而24％用于住宅建筑物的活動(dòng)，如沖水馬桶，清潔和淋浴。這些不同的部門(mén)也有類(lèi)似的問(wèn)題，例如漏水和/或用水效率低下。水質(zhì)差也是一個(gè)問(wèn)題。

那么如何解決這些問(wèn)題呢？工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）可能會(huì )提供一些潛在的解決方案。

更智能的監控

水循環(huán)包括許多點(diǎn)。這些要點(diǎn)包括用水的建筑物和房屋。循環(huán)中的其他要點(diǎn)是可再生水源，例如水壩，湖泊和地下水。水生植物; 水塔；和廢水處理廠(chǎng)。通過(guò)監控水使用或水質(zhì)的IIoT探針，可以使所有這些點(diǎn)變得更加智能。

智能水管理涵蓋許多方面，包括可再生資源，自來(lái)水廠(chǎng)，網(wǎng)絡(luò )沖洗，水質(zhì)探測器，水塔和建筑物。

更智能的漏水檢測，智能計量和智能配水

出乎意料的是，對房屋所有者而言，水災帶來(lái)的風(fēng)險比火災或盜竊要大得多。漏水會(huì )浪費水。此外，泄漏可能會(huì )損壞房屋的地板，墻壁和天花板，并且需要昂貴的維修。漏水在歐盟許多國家的較大建筑物中也很常見(jiàn)。

在IIoT系統中，可以在建筑物周?chē)惭b濕度傳感器以檢測泄漏。傳感器將收集數據并將其發(fā)送回云以進(jìn)行分析。一旦分析發(fā)現異常，發(fā)送到智能閥的命令將自動(dòng)關(guān)閉水，從而最大程度地減少了泄漏。

智能計量可以通過(guò)遠程編程的自動(dòng)“打開(kāi)”或“關(guān)閉”命令來(lái)限制用水，從而平衡水的分配并防止不受控制的使用。智能計量還可以防止不受控制的意外泄漏升級為洪水。

通過(guò)使用智能水管理，Robeau幫助歐盟的機場(chǎng)，飯店，制造工廠(chǎng)，辦公室和商業(yè)中心實(shí)現了25％到40％的節水。

洪水監控

隨著(zhù)氣候變化使天氣變得更加極端，導致嚴重的干旱和大洪水，城市和市政當局日益面臨洪水問(wèn)題。在北美和世界其他地區，洪水確實(shí)是一個(gè)令人擔憂(yōu)的問(wèn)題。與過(guò)去不同，洪水變成了全年的事件，發(fā)生在冬季大雪暴過(guò)后，其他季節暴雨和颶風(fēng)過(guò)后。盡管衛星成像和天氣預報技術(shù)取得了進(jìn)步，但發(fā)出早期準確的洪水預警以挽救生命并避免財產(chǎn)損失仍然是一個(gè)挑戰。

在IIoT監控系統中，可以將帶有GPS標簽的水傳感器或超聲波深度傳感器的分布式網(wǎng)絡(luò )安裝在橋梁，河流，溪流和雨水渠上。傳感器從各個(gè)位置收集有關(guān)水位的數據以進(jìn)行分析。一旦分析確定需要早期洪水警報，便可以將移動(dòng)警報發(fā)送到可能受到影響的本地企業(yè)，第一響應者，社區和政府。洪水監控系統已部署到許多城市，例如弗吉尼亞海灘和弗吉尼亞州的紐波特紐斯。

農業(yè)智能用水

農業(yè)行業(yè)消耗的淡水比其他任何行業(yè)或人類(lèi)活動(dòng)都要多。缺乏監督和實(shí)時(shí)管理導致浪費大量的灌溉用水。

由IIoT控制的智能灌溉系統可以從安裝在農場(chǎng)周?chē)膫鞲衅魇占瘜?shí)時(shí)用水數據。根據傳感器數據，該系統可以根據灌溉需要來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉水，以防止誤用或未充分利用。而且，傳感器可以幫助檢測和處理輸水管道中的泄漏，以減少水的浪費。

此外，智能傳感器可以幫助農民跟蹤溫度，降雨量，濕度和風(fēng)況。借助傳感器來(lái)確保所需的土壤水分水平，農作物可以得到有效灌溉。此外，水傳感器可以監視土壤中的其他變量，例如pH值，因為過(guò)多的土壤酸度會(huì )阻止植物吸收養分。評估土壤鹽度也很關(guān)鍵，因為某些農作物耐鹽，而另一些農作物則不耐鹽。最后，水的氧化還原電位（ORP）表明其分解污染物的能力。跟蹤ORP對于監視水污染物水平很有用。

許多試點(diǎn)項目表明，通過(guò)使用IIoT，農民可以節省大量水資源。例如，法國IIoT解決方案提供商Kerlink正在與荷蘭土壤濕度傳感器生產(chǎn)商Sensoterra合作。Robeau正在與蘇格蘭，愛(ài)爾蘭和法國的農場(chǎng)合作，實(shí)現節水25％的目標。

水質(zhì)

必須處理工業(yè)，農業(yè)和家庭廢水以去除污染物或污染物。在排放到城市供水網(wǎng)絡(luò )或天然水源之前，必須滿(mǎn)足pH，懸浮固體和電導率的排放標準?？梢允褂脙煞N不同的方法來(lái)測量污染物：

生物需氧量（BOD）衡量細菌分解廢水中有機成分所需的氧氣量。

廢水中的化學(xué)需氧量（COD）表示無(wú)機和有機化學(xué)品的總量。高的COD含量意味著(zhù)水中有大量可氧化的有機物質(zhì)，這將降低溶解氧的含量并危及較高水生生物的形態(tài)。

因此，高的COD或BOD表示較高的污染水平或較低質(zhì)量的已處理廢水。

用于測量廢水中pH，濁度，電導率和氧氣含量等變量的IIoT傳感器將有助于監控水處理廠(chǎng)的效率。死水也是污染源。使用IIoT傳感器監控積水可以幫助安排時(shí)間控制的清洗，以減少污染的可能性。

設計注意事項和挑戰

由于IIoT傳感器安裝在較大的區域，因此傳感器與其他系統組件之間的連接至關(guān)重要。用于監測水的傳感器通常會(huì )浸入水中或暴露在室外元素中，或暴露在室外元素中，或同時(shí)暴露在室外元素中，因此它們也必須堅固耐用以承受極端溫度。預計可在10到20年的時(shí)間內進(jìn)行現場(chǎng)維護，而無(wú)需維護或更換電池，這意味著(zhù)功耗必須非常低。在無(wú)線(xiàn)通信帶寬中使用的優(yōu)化也是必須的。

設計案例1：飲用水質(zhì)量
GF管道系統的 Hycleen自動(dòng)化系統 用于維持建筑物中的飲用水衛生。該系統具有溫度和流量傳感器，分別連續收集有關(guān)水溫和流量的數據。對數據進(jìn)行分析，以指導系統執行液壓平衡，執行受控的熱消毒，根據需要沖洗管路或在出現故障時(shí)提醒用戶(hù)。

此外，對消耗控制的沖洗進(jìn)行了微調。

首先，測量在指定時(shí)期內的兩個(gè)有效用水量。然后將數據與目標交換量進(jìn)行比較。僅沖洗差異而不沖洗整個(gè)體積，因此將沖洗體積降至最低，并在不增加軍團菌風(fēng)險的情況下優(yōu)化了能耗。Hycleen系統可以通過(guò)任何智能手機或類(lèi)似設備通過(guò)應用程序進(jìn)行遠程控制。

Hycleen系統可以集成到建筑物管理系統中；它已成功用于復雜的建筑，例如歐洲的酒店，醫院，學(xué)校，公寓樓和工廠(chǎng)。

GF管道系統的Hycleen自動(dòng)化系統是基于云的水質(zhì)管理系統的一個(gè)示例。它具有溫度和流量傳感器，可以連續收集有關(guān)水溫和流量的數據。

設計案例2：污染監測
Birdz的SWARM浮標可測量偏遠水庫的水質(zhì)。該系統的多參數探頭可測量質(zhì)量或環(huán)境參數，例如電導率，絕對壓力，溫度，活性氯，濁度和有機物。收集的實(shí)時(shí)數據通過(guò)其無(wú)線(xiàn)通信模塊直接傳輸到最終用戶(hù)或遠程服務(wù)器。此外，浮標的維護成本低，并且能源自給自足。它具有一個(gè)由電池和能量回收系統組成的能量模塊。浮標于2018年部署在澳大利亞的馬爾姆斯伯里水庫。在部署的第一年中，系統僅需要更換一次探針和兩次物理維護電話(huà)。

展望未來(lái)

在實(shí)施智能水管理系統方面有初步投資。根據應用的不同，使用IIoT系統監控水體或水質(zhì)可能需要在需要監控的區域安裝大量傳感器。因此，需要考慮傳感器以及IIoT系統的成本效益。一旦安裝了系統，未來(lái)的回報可能會(huì )很大。該系統將能夠提供智能水監控，漏水檢測，智能計量，智能水分配，洪水監控，農業(yè)智能水使用以及水質(zhì)改善。隨著(zhù)傳感器被部署到偏遠地區，不斷增強傳感器以提高可靠性和能效并減少維護是關(guān)鍵。