Aguas Residuales Modernas: Perceptive Controls

Perceptive Controls habla sobre su éxito continuo con el Departamento de Obras Públicas de Waterford, MI

Perceptive Controls habla sobre su éxito continuo con el Departamento de Obras Públicas de Waterford, MI

 

Aguas Residuales Modernas: Perceptive Controls

El finalista de ICC 2021 Discover Gallery, Perceptive Controls, habla sobre su éxito continuo con el Departamento de Obras Públicas de Waterford, MI

waterford_logo

En febrero de este año, analizamos un proyecto pionero de Sparkplug MQTT en el Departamento de Obras Públicas en Waterford Township, Michigan. Gracias al trabajo del integrador de sistemas Perceptive Controls, el proyecto de Waterford pasó a ser finalista en la Galería Discover de la Conferencia Comunitaria Ignition 2021 y se exhibió en la última reunión virtual del Grupo de Trabajo Sparkplug. Recientemente, hice un seguimiento con Kevin Finkler, ingeniero de software de Perceptive, para hablar sobre el uso de MQTT en el mundo real.

Infraestructura de envejecimiento

Quizás recuerde que lo que comenzó como mantenimiento programado en Waterford se convirtió en una revisión mucho más ambiciosa. Frank Fisher, superintendente de ingeniería, y Russell Williams, director de obras públicas, se emocionaron con la idea de que MQTT podría ayudarlos a eliminar las limitaciones sistémicas de mucha antigüedad.

Con más de 90 controladores en su red, el mecanismo de sondeo en serie que usaban en ese momento, combinado con el ancho de banda limitado de su red de radio, significaba que los datos de cada sitio se actualizarían solo cada 3-5 minutos. A veces, una estación de bombeo funcionaba brevemente entre los ciclos de votación, creando brechas en sus informes e inhibiendo la capacidad de los operadores para detectar problemas con precisión hasta que las alarmas finalmente se abrían paso. Y por cada punto de E / S que agregaron al sistema, esta latencia solo empeoró.

Parecía claro que el comportamiento de informe por excepción de MQTT podría reducir el uso de ancho de banda y garantizar la entrega de acciones importantes del sistema.

Overview Screen

Un primer plano de la pantalla de descripción general del nuevo sistema de Waterford en Ignition.

Envolviendo su cabeza alrededor de MQTT

Pero saltar a un proyecto MQTT por primera vez vino con una curva de aprendizaje.

"Esta fue la primera vez que hice algo que no era estrictamente cliente-servidor", dijo Kevin Finkler. “El sistema de temas y cómo puedes suscribirte a un tema en particular es bastante diferente…. Cuando ingresa por primera vez a MQTT, comprende que los clientes se conectan a los intermediarios, pero ¿cómo envía datos realmente? ... Puede navegar a través del corredor y verlo allí, pero comprender cómo está funcionando es difícil ".

La comunicación de publicación-suscripción de MQTT es definitivamente una desviación de la forma en que se comportan los protocolos industriales tradicionales:

  • Cada dispositivo de campo se conecta solo al servidor central (intermediario), independientemente de dónde deben ir sus datos.
  • En realidad, el corredor no solicita datos de ningún dispositivo. En cambio, los dispositivos de campo son responsables de enviar datos al corredor por sí mismos.
  • Y el informe por excepción significa que los dispositivos envían datos solo cuando se modifican, por lo que no es necesario un comando de "envío de datos".

Afortunadamente, tanto el sistema Ignition SCADA como groov EPIC brindan un soporte sólido para MQTT y Sparkplug, por lo que, aunque a Kevin le dolió un poco la cabeza al principio, establecer la comunicación fue sencillo.

“De alguna manera sucede automágicamente”, dijo. “Básicamente, define algunos parámetros [en Ignition] para configurar el corredor. Y cada uno de los dispositivos EPIC fue bastante simple. Simplemente apúntelo al corredor y comenzará a enviar etiquetas ".

"Me encanta que ambas partes hayan adoptado MQTT", agregó Frank Fisher de Waterford. "Hace que la conexión sea perfecta".

Tags

Con Sparkplug, Waterford agregó decenas de miles de etiquetas a su sistema casi sin configuración.

Construyendo defensa en profundidad

Una vez hecho esto, Kevin y Frank desarrollaron los mecanismos para asegurar la nueva infraestructura.

Waterford tiene control total sobre el servidor AWS que aloja Ignition, y Frank configuró el firewall en ese extremo para permitir el tráfico solo desde sus controladores groov EPIC y clientes específicos de Ignition en las oficinas de Waterford y Perceptive.

Luego, Frank instaló un certificado SSL de cliente en cada EPIC para que Ignition pudiera autenticar y cifrar la conexión, protegiéndolo contra ataques de intermediarios que podrían exponer datos o permitir un control no autorizado.

Por supuesto, cada usuario autorizado debe crear contraseñas seguras para acceder a cualquier controlador groov EPIC o cliente Ignition en el sistema, pero además de esto, cada inicio de sesión de usuario se rastrea y se informa en todo el sistema.

Incluso han integrado la seguridad del sitio físico en Ignition. Cada estación de elevación está asegurada con una puerta exterior con cerradura y llave, y un interruptor físico en la puerta está conectado al EPIC local. Ignition monitorea el estado del interruptor para detectar cuando alguien ingresa, y si el inicio de sesión de un usuario no está registrado dentro de un tiempo específico con privilegios de acceso para esa habitación específica, Ignition genera una alarma global.

Sewer Lift Stations-1

Un primer plano de una de las nuevas pantallas de control de la estación de bombeo de Waterford. El panel de seguridad de la estación se muestra en el centro a la izquierda.

Retorno de la inversión

Desde febrero, Waterford ha completado mejoras en las 63 estaciones de bombeo de aguas residuales y 6 de sus 12 sitios de agua potable. La nueva infraestructura groov EPIC-Ignition MQTT ha reducido las actualizaciones de campo de ciclos de varios minutos a publicaciones impulsadas por eventos de menos de un segundo, con una reducción significativa en la transmisión de datos real debido al informe por excepción.

En opinión de Kevin, "La latencia ultrabaja es probablemente el mayor beneficio. La latencia entre el controlador y la puerta de enlace de Ignition es inferior a 200 ms. Eso es a través de la red celular con todos [los EPIC] comunicándose con un servidor en la nube ". Y, de hecho, para la mayoría de los sitios, se acerca a los 50 ms.

Ese tipo de eficiencia significa que Waterford nunca pierde una acción del sistema o una notificación de alarma, y ​​pueden publicar más datos que antes. Ahora, también tienen acceso a comunicaciones y diagnósticos del controlador, como latencia de actualización, marcas de tiempo de conexión, tamaño de mensaje, versión de firmware y más, lo que simplemente no era posible antes.

MQTT Communication Status Page

La nueva infraestructura de Waterford aumentó la velocidad de las actualizaciones de datos de minutos a menos de un segundo.

Ignition aprovecha todos estos datos con un aspecto y una sensación más fáciles de usar, destacando elementos críticos como el nivel del pozo de agua, el tiempo de funcionamiento y los totales de flujo de la bomba en cada estación de bombeo, para que los operadores puedan detectar rápidamente los indicadores de problemas. Algunos de estos datos existían antes, pero a menudo no eran precisos debido al retraso de actualización inherente.

Es importante destacar que, con un gran aumento en el ancho de banda y los bajos requisitos administrativos de Sparkplug, Waterford puede seguir agregando datos a su sistema durante mucho tiempo. Cada nuevo punto final solo necesita una conexión con el agente MQTT en Ignition para producir o consumir datos para todo el sistema.

Su infraestructura basada en la nube también permite una mayor flexibilidad y confiabilidad. Pueden publicar actualizaciones de controladores por aire, lo que ha reducido el tiempo de viaje y les ha permitido continuar el desarrollo del proyecto sin cesar durante la pandemia. De hecho, una interrupción reciente de Internet en las oficinas del Departamento de Obras Públicas proporcionó una prueba inesperada de su nuevo sistema, que siguió funcionando sin interrupciones.

“Solo perdimos el antiguo sistema”, dijo Frank Fisher. “Nuestras cosas internas no podían comunicarse, por supuesto, pero nuestros iPads podían conectarse a través de Verizon ... y pude volver a ponerme en contacto. En una situación como esta, el sistema antiguo no podía enviar alarmas porque dependía de una conexión local. El nuevo sistema ni siquiera se dio cuenta o no le importó porque no está ejecutando nada local ".

Water Plant Screen

Una de las nuevas pantallas de control del tanque de agua de Waterford.

Más por venir...

Ha sido fantástico seguir el progreso de Waterford este año y esperamos ver a otros equipos siguiendo su ejemplo.

Cuando se le preguntó qué pensaba que otros ingenieros necesitaban entender más sobre MQTT, Kevin Finkler señaló que “la comunicación cliente-servidor se maneja esencialmente por ellos. Antes había [mucho código] que manejaba toda la comunicación. Fue mucho trabajo mantener. Ahora simplemente marca una etiqueta como pública [en groov EPIC] y todo eso se gestiona por ti. Es menos trabajo, por lo que se gasta menos dinero en tiempo de ingeniería ". Y menos dinero gastado en tiempo de ingeniería significa que los equipos pueden abordar desafíos más grandes, acercando la infraestructura crítica a una verdadera transformación digital.

En su presentación al Grupo de Trabajo de Sparkplug, Frank dijo: “Todavía estamos tratando de averiguar qué más podemos hacer con esto. Tenemos muchos otros instrumentos de los que queremos poder extraer datos en el campo que antes no eran realmente factibles ... no solo en nuestras estaciones de bombeo y nuestras plantas de tratamiento, sino en toda la organización. ¿Dónde podemos usarlo con caudalímetros? ¿Dónde podemos usarlo en todos nuestros activos para brindarnos una mejor visión general? Recién estamos comenzando ese viaje ".

Gracias a Kevin y Frank por compartir su historia con nosotros. Para obtener más información, visite www.perceptivecontrols.com.

 

Publicado en español el 05 de Noviembre del 2021.

Originalmente publicado el 13 de Octubre del 2021.

Fuente original: https://blog.opto22.com/optoblog/modern-wastewater-perceptive-controls?utm_campaign=Waterford%20Case%20Study%20Blog%20Post&utm_medium=email&_hsenc=p2ANqtz--SaZSfLwbNaUrv4SSHFY7GHXq_vSCf1eYNAzCLzIvRtYlncL6jt1jy1nUM9r_4_A9yi78y7TGlP8y4XSvBEGhNJRUiJg&_hsmi=172584868&utm_content=172584868&utm_source=hs_email&hsCtaTracking=19d5074c-6ca1-45c9-b9df-14992b58388a%7C1b8c74e6-c83b-4e77-b462-3628065b9be2