使用IIoT的智能水管理

　　尽管地球的 70% 以上被水覆盖，但 97.2% 的水是咸水。在2.8%的淡水中，大部分被冻结成极地冰；不到总水量的 1% 是地下水或地表淡水。在所有淡水中，只有1%可以饮用。换句话说，地球上只有 0.01% 的水是可以饮用的。

　　根据世界卫生组织的数据，有 8.84 亿人无法获得饮用水。此外，全世界三分之一的人面临用水压力或需要争夺有限的水。气候变化将加剧这些问题，干旱和洪水使水资源分布更加不平衡。需要通过减少浪费和更有效地回收废水来节约用水的高效水资源管理。缓解洪水以保护脆弱的城市和基础设施也是如此。

　　此外，农业灌溉需要 48% 的淡水。在剩余的 52% 中，能源生产占 22%，其中 6% 用于工业用途，24% 用于住宅建筑活动，如冲水马桶、清洁和淋浴。这些不同的部门有相似的问题，例如漏水和/或用水效率低下。水质差也是一个问题。

　　那么可以做些什么来解决这些问题呢？工业物联网 (IIoT) 可能会提供一些潜在的解决方案。

　　更智能的监控

　　水循环包括许多点。这些点包括用水的建筑物和房屋。循环中的其他点是可再生水源，例如水坝、湖泊和地下水；水生植物; 水塔；和污水处理厂。所有这些点都可以通过监测用水或水质的 IIoT 探测器变得更加智能。

 

　　智能水管理包括许多点，包括可再生资源、水厂、网络冲洗、水质探头、水塔和建筑物。（来源：Birdz）

　　更智能的漏水检测、智能计量和智能配水

　　令人惊讶的是，水损坏对房主的风险比火灾或盗窃要大得多。漏水导致水被浪费。更重要的是，泄漏可能会损坏房屋的地板、墙壁和天花板，并需要进行昂贵的维修。漏水在欧盟许多国家的大型建筑中也很常见。

　　在 IIoT 系统中，湿度传感器可以安装在建筑物周围以检测泄漏。传感器将收集数据并将其发送回云端进行分析。一旦分析发现异常，发送到智能阀门的命令将自动关闭水，最大限度地减少泄漏。

　　智能计量可以通过远程编程的自动“打开”或“关闭”命令来限制用水量，平衡配水并防止不受控制的使用。智能计量还可以防止不受控制和意外的泄漏升级为洪水。

　　洪水监测

　　随着气候变化使天气更加极端，导致严重干旱和大洪水，城市和市政当局越来越多地面临洪水问题。洪水是北美和世界其他地区真正令人担忧的问题。与过去不同，洪水正在成为全年的事件，发生在冬季大暴风雪之后以及其他季节的暴雨和飓风之后。尽管卫星成像和天气预报技术取得了进步，但发布早期准确的洪水预警以挽救生命和避免财产损失仍然是一项挑战。

　　在 IIoT 监控系统中，GPS 标记的水传感器或超声波深度传感器的分布式网络可以安装在桥梁、河流、溪流和雨水渠上。传感器从不同位置收集水位数据以进行分析。一旦分析确定需要早期洪水预警，移动警报就可以发送给可能受到影响的当地企业、急救人员、社区和政府。洪水监测系统已部署到弗吉尼亚海滩和弗吉尼亚州纽波特纽斯等许多城市。

　　农业智慧用水

　　农业消耗的淡水比任何其他行业或人类活动都要多。缺乏监督和实时管理导致浪费大量灌溉水。

　　智能 IIoT 控制的灌溉系统可以从安装在农场周围的传感器收集实时用水数据。根据传感器数据，系统可以根据灌溉需求打开和关闭水，以防止误用或未充分利用。此外，传感器可以帮助检测和处理水管中的泄漏，以减少水浪费。

　　此外，智能传感器可以帮助农民跟踪温度、降雨量、湿度和风况。借助传感器帮助确保所需的土壤湿度水平，作物得到有效浇水。此外，水传感器可以监测土壤中的其他变量，例如 pH 值，因为土壤酸度过高会阻止植物吸收养分。评估土壤盐分也很重要，因为有些作物耐盐，而另一些则不耐盐。最后，水的氧化还原电位 (ORP) 表明其分解污染物的能力；跟踪 ORP 可用于监测水污染物水平。

　　许多试点项目表明，农民可以通过使用 IIoT 实现显着节水。例如，法国 IIoT 解决方案提供商 Kerlink 正在与荷兰土壤湿度传感器生产商 Sensoterra 合作。Robeau 正在与苏格兰、爱尔兰和法国的农场合作，以实现 25% 的节水。

　　水质

　　必须处理工业、农业和生活废水以去除污染物或污染物。在排放到城市水网或天然水源之前，必须满足 pH、悬浮固体和电导率的排放标准。可使用两种不同的方法来测量污染物：

• 　　生物需氧量 (BOD) 测量细菌分解废水中的有机成分所需的氧气量。
   
• 　　废水中的化学需氧量 (COD) 表示无机和有机化学物质的总量。高 COD 水平意味着水中有大量可氧化的有机物质，这会降低溶解氧水平并危及高等水生生物。

　　因此，高 COD 或 BOD 表明处理后的废水污染程度较高或质量较低。

　　测量废水中 pH 值、浊度、电导率和含氧量等变量的 IIoT 传感器将有助于监测水处理厂的效率。死水也是污染源。使用 IIoT 传感器来监测积水有助于安排时间控制的清洗，以减少污染的可能性。

　　设计考虑和挑战

　　由于 IIoT 传感器安装在大面积上，因此传感器与其他系统组件之间的连接至关重要。用于监测水的传感器通常被淹没或暴露在室外环境中或两者兼而有之，因此它们还必须坚固耐用以承受极端温度。预计 10 到 20 年无需维护或更换电池的现场操作，这意味着功耗必须超低。优化用于无线通信带宽也是必须的。

　　设计案例 1：饮用水质量

　　GF Piping Systems的 Hycleen 自动化系统 用于保持建筑物中的饮用水卫生。该系统具有温度和流量传感器，可分别连续收集水温和流量数据。分析数据以指导系统执行液压平衡、执行受控热消毒、根据需要冲洗管线或在出现故障时提醒用户。

　　此外，对消耗量控制的冲洗进行了微调。

　　首先，测量指定时期内的两次有效用水量。然后将数据与目标交易量进行比较。仅冲洗差值，而不是整个体积，从而将冲洗量降至最低并优化能源消耗，而不会增加军团菌的风险。Hycleen 系统可以通过应用程序使用任何智能手机或类似设备进行远程控制。

　　Hycleen系统可以集成到楼宇管理系统中；它已成功应用于欧洲的酒店、医院、学校、公寓楼和工业厂房等复杂建筑中。

　　设计案例 2：污染监测

　　来自 Birdz 的 SWARM浮标测量偏远水库的水质。该系统的多参数探头可以测量质量或环境参数，例如电导率、绝对压力、温度、活性氯、浊度和有机物。收集到的实时数据通过其无线通信模块直接传输到最终用户或远程服务器。此外，浮标是低维护和能源自给自足的；它有一个包含电池和能量回收系统的能量模块。浮标于 2018 年部署在澳大利亚的马姆斯伯里水库。该系统在部署的第一年只需要更换一次探头和两次物理维护电话。

　　展望未来

　　对智能水管理系统的实施进行了初步投资。使用 IIoT 系统来监测水体或水质可能会在需要监测的区域使用大量传感器，具体取决于应用。因此，传感器以及 IIoT 系统的成本效益是一个考虑因素。一旦系统安装完毕，未来的回报可能会很大。这些系统将能够提供智能水监测、漏水检测、智能计量、智能配水、洪水监测、农业智能用水和水质改善。随着传感器部署到偏远地区，不断增强传感器以提高可靠性和能源效率并减少维护是关键。


文章来源：eeweb 约翰昆

编辑：ymf