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研華以WISE無線感測終端建置LoRa廣域無線私有網路,為科技廠廢水排放監測作業把關

2018/12/17

專案簡介: 高科技、紡織、食品飲料、金屬加工等行業在製造產品時均需大量用水,其所產生的廢水必須經過繁雜的步驟與層層的處理後才能從放流口排入污水下水道。而放流口正是確認工廠所排放的廢水是否符合環保單位所訂定標準的最後一道關卡,若工廠廠務單位未能確實把關,致使放流水含有害物質且超過法定管制標準時,不僅將造成環境汙染,企業也得繳交高額罰金,更會對企業形象造成極大的傷害。   一般工廠多半以定期派員巡檢的方式來記錄或確認流經放流口的廢水之相關數據資料,但對於擁有多座工廠的大型企業而言,這種做法既費人力也費時間,手寫抄錄的數據資料是否正確亦有待商榷。為了改善傳統做法的缺失,研華以具備LoRa通訊的WISE-4610無線感測終端協助製造業者更有效率地記錄與管理廢水排放監測作業。透過簡單快速地建置無線廣域私有網路、準確即時地收集資料與一目了然的遠端監控系統,企業既減少了大範圍巡檢的人力需求、提升廠務監測效率,同時也確保了放流水資料之正確性。  

系統需求: 台灣一家頗具規模的科技廠在兩岸共擁有十多座工廠,每年所消耗的水資源相當驚人。以其中某一個佔地百公頃的廠區來說,廠區內的多座廠房每月就會產生超過百噸的廢水。而為了符合放流水環保法規,該廠區目前是採人力巡檢的方式,定期派員至放流口記錄水溫、水量、酸鹼度、導電度等資料。   然而,在幅員遼闊的廠區內要將多座工廠的廢水處理設備之數據資料進行完整抄寫本就相當耗時費力,安裝在廠房內外的設備不僅眾多也相當分散,要巡檢員做到涓滴不漏並不容易,而且稍有不慎就可能張冠李戴。為此,這家科技廠決定於廠區的多個放流口處導入廢水監測系統,期望能藉由自動資料收集與集中統一管理來解決上述問題。   由於廠區佔地廣大,該廠希望能建置適用於小資料量但長距離傳輸的私有網路,以便透過無線網路將底層資料上傳給管理系統。另外,也希望選購一套架構不複雜又易於安裝和維護的系統,
而系統所需的軟硬體則包括: 
  • 底層:可接收類比訊號、數位訊號與RS-485/RS-232訊號的終端裝置; 
  • 中層:支援Modbus通訊協定的無線網路閘道器; 
  • 上層:可遠端監控的SCADA軟體,定時更新放流水偵測結果。  

系統概述: 研華運用低功耗廣域網路(LPWAN)技術為這家科技廠所需的廢水排放監測作業提供了一套架構精簡、可覆蓋五公里半徑範圍的軟硬體解決方案,包括:遠端監控軟體WebAccess/SCADA、無線LoRa網路閘道器WISE-3610與LoRa無線感測終端WISE-4610。   由於此科技廠在各製程階段中會產生含有不同污染物的廢水,因此採用了相當多元的廢水處理設備。研華特別提供了WISE-4610-S672與WISE-4610-S614兩款產品,分別可以6個數位輸入通道與2個RS-485/RS-232串列埠、以及4個類比輸入通道與4個數位輸入通道來連接不同規格的水質感測器、錶頭、警報器與計數器等裝置。而安裝在廠區各處的多台WISE-4610所收集的資料則會經由LoRa網路傳送給WISE-3610再轉發給以WebAccess/SCADA開發完成的廢水監測系統。最終,放流水的量測結果即能以動態與直觀的方式呈現在監控中心的電腦螢幕上,並依照使用者需求定時地自動更新。   不同於一般以I/O模組、無線通訊、電池或供電裝置等加以組合的方案,高度整合的WISE-4610以一台無線感測中斷就能有資料收集、太陽能充電、無線傳輸等功能,讓使用者省下不少購買硬體的費用之外,也不用勞心費力地自行組裝測試。再則,此專案所採用的兩款WISE-4610都是透過LoRa網路來傳送資料,因此可有較長的通訊範圍、更好地穿透力與較少的頻段干擾。而採IP65防水防塵等級的外殼設計、M12防水接頭、支撐架安裝(pole mount)等特色則非常適合廠務設施或戶外場域之應用。不需逆變器即可透過太陽能板來供應電源的方式既省去外接電源線與更換電池的麻煩,也排除了出現電力不足而停止運作的風險。提供GPS功能更可方便系統精準定位設備的所在位置。   此外,整套方案僅需配置一台WISE-3610即可完成LoRa私有網路建置,其於底層設備與上層系統間所搭建的通訊橋樑,可讓百公頃廠區內位於任何地方的設備都能順利地以無線網路傳送資料。支援Modbus通訊協定更讓WISE-3610可直接與上層的WebAccess/SCADA無縫整合。   至於軟體方面,透過基於瀏覽器的WebAccess/SCADA所提供的儀表板、圖形、動態圖、地圖與GPS等工具讓系統整合廠商可以快速地設計出符合此專案需求的人機介面。而系統不僅能以生動易讀的方式顯示放流水數據資料,使用者還能透過電腦、手機或平板來接收即時的警示通知,亦能隨時調閱歷史資料以掌握水質狀況。

專案導入:

  • WebAccess/SCADA 基於瀏覽器的SCADA遠端監控軟體
  • WISE-3610 無線LoRa網路閘道器
  • WISE-4610-S672 LoRa無線感測終端,提供6個DI與2個COM埠。
  • WISE-4610-S614 LoRa無線感測終端,提供4個AI與4個DI。

系統架構圖:


結論: 任何一個重視經濟發展的國家或地區,都免不了要面臨因製造而對環境所帶來的衝擊。製造業者為了善盡社會責任而施行的污染防治措施雖可降低工廠對週遭環境所帶來的影響,但傳統的人力巡檢方式仍存在檢查不確實與掌握度不足的問題,特別是在既大且雜的廠區內進行檢查,更容易出現疏漏。   研華LoRa廣域無線私有網路解決方案,只需兩種WISE產品即可直接與SCADA軟體或私有雲整合,完全不需要在現場端安裝電腦或路由器;再加上易佈建、易安裝、低功耗、太陽能供電等特色,都讓此專案的系統架構既精簡又實用,同時還降低了安裝成本與維護成本。而透過系統自動更新放流水資料,工廠就不用再每日派員巡檢,只需在收到警示通知時再到現場查看。省時省力的做法讓企業能更確實地執行防污措施以落實對環境保護的承諾。