Inteligentny system wykrywania zanieczyszczeń w wodzie pitnej
Czyli jak dzięki technologii IoT dbamy o bezpieczeństwo milionów ludzi
Woda wydobywana głęboko spod ziemi, codziennie trafia do naszych szklanek. Systemy wodociągowe nie są dziś niczym nadzwyczajnym i fakt, że woda po prostu płynie z kranu, jest dla nas czymś naturalnym. Rzadko zastanawiamy się jednak na tym, kto i w jaki sposób czuwa nad jej jakością. Skąd wiemy, że jest zdatna do picia? Kiedy została przebadana? Czy jutro nadal będzie odpowiednio czysta? Odpowiedzi na te i inne pytania poszukiwał nasz klient – spółka Aqua Alarm z siedzibą w Norwegii.
Wyzwanie: wykrycie zanieczyszczeń wody w czasie rzeczywistym
Badanie wody pitnej pod kątem obecności zanieczyszczeń w ujęciach wody odbywa się na kilka sposobów. Przykładowo, spółka Aquanet w Poznaniu stosuje bioindykatory w postaci małż, które w naturalny sposób zamykają swoje muszle, gdy przepływająca przez nie woda staje się dla nich toksyczna w związku z obecnością substancji chemicznych. Podobny biomonitoring możliwy jest również dzięki bakteriom luminescencyjnym.
W wielu innych miejscach na świecie badanie wody odbywa się jednak na podstawie ręcznie pobieranych próbek, które następnie trafiają do laboratorium. W takich przypadkach obecność substancji szkodliwych sygnalizowana jest z opóźnieniem, co w konsekwencji powoduje, że zanieczyszczona woda nadal trafia do kranów konsumentów. Celem naszego klienta jest więc stworzenie systemu, który reaguje na zanieczyszczenia bez najmniejszych opóźnień, a nawet – przewiduje prawdopodobieństwo ich wystąpienia, zanim do nich dojdzie.
Podejście RapidLab: automatyka, integracja i… stary, dobry AI
Aby efektywnie rozwijać system i jednocześnie zapewnić jego niezawodne działanie operacyjne, zaproponowaliśmy klientowi podejście zwinne (Agile) oraz usługę Managed Service. Każdy sprint przynosił nowe funkcje, rozpoczynając od podstaw, czyli od ciągłego monitoringu wody z wykorzystaniem czujników typu PMT oraz automatycznego pobierania próbki. Następnie integracja urządzeń w spójnie działający system, zdalne zarządzanie flotą urządzeń, aż po zwiększenie odporności systemu na trudne warunki terenowe oraz na ograniczenia infrastruktury, takie jak brak zasięgu sieci w kluczowych lokalizacjach. Równolegle pracowaliśmy nad centralnym systemem raportującym oraz infrastrukturą opartą o chmurę AWS. Wisienką na torcie okazały się funkcjonalności oparte o uczenie maszynowe i AI, wykorzystujące zarówno dane operacyjne klientów, jak i dane kontekstowe, stosowane łącznie z danymi z czujników.
Technologia i sprzęt: mniej kabli, więcej automatyki
Podczas fazy analizy, klient dostarczył nam wczesny prototyp urządzeń, jeszcze nieporęcznych i niedopracowanych pod względem technicznym. Pojedynczy zestaw składał się z urządzenia identyfikującego obecność zanieczyszczeń w przepływającej przez nie wodzie (dalej: sensor) oraz z urządzenia pobierającego próbki skażonej wody (dalej: sampler).
W ramach optymalizacji kosztowej i miniaturyzacji sprzętu, podjęliśmy kilka kluczowych decyzji:
- Zmieniliśmy architekturę systemu, usuwając sterownik PLC z samplera. Zastosowaliśmy lżejsze, bardziej efektywne rozwiązanie oparte o komputer typu SBC (single-board computer) i firmware zintegrowany z aplikacją webową, co pozwoliło znacząco obniżyć koszt produkcji jednostkowej urządzenia i uprościło jego obsługę.
- Odseparowaliśmy część “mokrą” (zasilaną z 12V) od części “suchej” (zasilanej z 230V) sensora – minimalizując ryzyko porażenia prądem i uszkodzenia newralgicznych komponentów systemu.
- Zadbaliśmy o regulację ciśnienia wody oraz automatykę zaworów – i odcięcie przepływu wody w przypadku awarii lub zalania.
- Stworzyliśmy intuicyjną aplikację internetową, która pozwoliła na zdalne sterowanie samplerem, definiowanie reguł automatycznego pobierania próbek oraz monitorowanie stanu urządzenia – bez konieczności fizycznego kontaktu.
- Rozwinęliśmy firmware sensorów, umożliwiając ich pracę w dwóch trybach:
- stand-alone – gdzie urządzenie działa samodzielnie, wysyłając dane z pomiarów do chmury bez podejmowania dodatkowych akcji,
- integrated – w którym system automatycznie wywołuje pobranie próbki na podstawie wykrycia obecności zanieczyszczeń w wodzie.
- Poprawiliśmy odporność systemu na problemy z łącznością – sensory potrafią działać nawet przez kilka tygodni w trybie offline, bez dostępu do Internetu, a po ponownym połączeniu automatycznie przesyłają wszystkie zebrane dane do chmury.
- Wprowadziliśmy system logów i wczesnego informowania o awariach – dzięki czemu użytkownicy nie muszą nieustannie analizować danych, aby wiedzieć, czy stan jakości wody jest na odpowiednim poziomie ani czy wszystkie urządzenia działają prawidłowo.
- Uprościliśmy łańcuch dostaw – zbudowanie urządzeń wiąże się z pozyskaniem komponentów od kilkudziesięciu dostawców z różnych części świata, koordynacji płatności i wysyłek, a także odpraw celnych i procedur importowych.
Jak to działa?
Dane z czujników są przekazywane do umieszczonej w chmurze „maszyny” analitycznej wspieranej przez sztuczną inteligencję, która gromadzi i analizuje również dane operacyjne od klienta. Na tej podstawie za pośrednictwem oprogramowania Aqua Alarm klientom przedstawiane są alerty i informacje Aqua Insights, często zawierające informacje o przyczynach i proponowanych działaniach naprawczych, co pozwala klientom uzyskać kontrolę nad problemami związanymi z jakością wody, czasami nawet przed ich wystąpieniem. Dzięki dobrej integracji z systemami operacyjnymi klientów, mogą oni zwiększyć swoją wydajność i obniżyć koszty operacyjne.
System sprawdza się już w terenie!
Kilka tygodni po zakończeniu prac, nasze rozwiązanie zostało pomyślnie wdrożone w ramach pilotażu u jednego z największych operatorów wodociągowych w Europie. Obecnie działają trzy sensory i jeden sampler, a kolejne 25 urządzeń czeka na uruchomienie w nadchodzących miesiącach. Równocześnie wdrożona została nowa platforma SaaS, która zapewnia dostęp do danych o jakości wody w czasie rzeczywistym oraz system alertowania wspierając szybsze i bardziej świadome decyzje operacyjne.
Potrzebujesz wsparcia w projekcie IoT?
Jeśli Twoja firma stoi przed wyzwaniami związanymi z monitoringiem środowiskowym, automatyzacją procesów, wykorzystaniem Edge AI czy integracją urządzeń z chmurą — jesteśmy gotowi pomóc.
Nasz zespół inżynierów i projektantów oferuje:
- Projektowanie PCB i sprzętu: Tworzymy od podstaw płytki elektroniczne oraz prototypy urządzeń dostosowane do indywidualnych potrzeb klienta.
- Rozwój oprogramowania układowego: Opracowujemy dedykowane firmware dla mikrokontrolerów i systemów wbudowanych, zapewniając optymalną wydajność urządzeń.
- Integracje z chmurą IoT: Łączymy urządzenia z platformami chmurowymi, takimi jak AWS IoT Core czy Azure IoT Hub, umożliwiając zdalne zarządzanie i analizę danych w czasie rzeczywistym
- Edge AI: Implementujemy algorytmy sztucznej inteligencji bezpośrednio na urządzeniach brzegowych, co pozwala na szybsze przetwarzanie danych i reakcję w czasie rzeczywistym.
Dzięki naszemu doświadczeniu w różnych branżach — od przemysłu, przez energetykę, po sektor publiczny — potrafimy dostosować rozwiązania do specyficznych wymagań każdego klienta.
Zwiększ możliwości swojego projektu
Skontaktuj się z naszymi ekspertami, aby poznać możliwości i przenieść swoje projekty na nowy poziom.
Zwiększ możliwości swojego projektu
Odkryj potencjał technologiczny z doświadczonymi inżynierami.