Module C2340 Telemetrie Inhoud 1 Inleiding
3
1.1 Verantwoording
3
1.2 Wat is veranderd?
3
1.3 Opstellers en begeleidingscommissie
3
1.4 Leeswijzer
3
2 Kader en ontwikkelingen telemetrie
4
2.1 Onlinemonitoring
4
2.2 Opzet telemetriesysteem
4
2.3 Telecommunicatie 2.3.1 Telecommunicatietechnieken voor telemetrie
5 6
2.3.2 Protocollen voor telemetrie
7
2.4 Voorkomende telemetriesystemen
8
2.5 Ontwikkelingen in de markt
9
3 Functionele opzet telemetriesysteem 3.1 Data-inzameling
10 10
3.1.1 Hoeveelheid data
10
3.1.2 Realtime of periodiek
11
3.1.3 Push en pull
11
3.1.4 Zekerheid en dataverlies
11
3.2 Alarmering
12
3.3 Synchronisatie
13
3.4 Sturing (RTC)
14
3.5 Userinterface (gebruikersinterface)
15
3.5.1 Toegankelijkheid en beveiliging
15
3.5.2 Grafische interface
15
3.5.3 Grafieken
16
3.5.4 Functies per onderstation
16
3.5.5 Integrale interface 3.6 Datavalidatie 3.7 Databewerking 3.7.1 Bewerking bij datakwaliteitsproblemen 3.7.2 Bewerking voor externe toepassingen 3.8 Systeemanalyse 3.8.1 Overstortingsgebeurtenissen 3.9 Dataopslag
17 18 19 19 19 20 20 21
3.9.1 Lokale opslag
21
3.9.2 Opslag op hoofdpost
21
3.9.3 Back-ups
21
3.9.4 ‘Indikken’ van data
21
3.10 Uitwisseling data
22
3.10.1 CIW-uitwisselingsformaat
23
3.10.2 SUF-SAS
23
april 2009-39 Telemetrie C2340 Leidraad Riolering 1
3.11 Rapportage 3.11.1 Onderbouwing van rapportages
26
3.11.2 Voorbeeld overstortrapportage
26
4 Bestek, aanbesteding en realisatie
27
4.2 Algemene eisen
29
4.3.1 Wie is de aannemer?
31 31
4.3.2 Contractvorm
31
4.3.3 Europese aanbesteding
32
4.4 Realisatiefase 4.4.1 Planning
32 32
4.4.2 Toezicht
32
4.4.3 Testen en oplevering
32
4.5 Beheer en onderhoud
33
4.5.1 Kader
33
4.5.2 Beheeraspecten
34
4.5.3 Onderhoudstabel
34
Literatuur
35
Trefwoorden
36
april 2009-39 C2340 Telemetrie 2
27
4.1 Functionele eisen 4.3 Aanbestedingsvorm
Leidraad Riolering
23
1 Inleiding 1.1 Verantwoording Deze module geeft inzicht in het principe en gebruik van telemetrie bij het meten aan het hydraulisch functioneren van de riolering. U krijgt informatie over de technieken waarmee de meetgegevens zijn te transporteren en op te slaan. De module is bedoeld voor rioleringsbeheerders en andere geïnteresseerde medewerkers van gemeenten en waterschappen. 1.2 Wat is veranderd? Module C2340 is onderdeel van de nieuwe serie modules over meten. Deze gespecialiseerde meetmodules gaan dieper in op de techniek van het meten aan het hydraulisch functioneren van rioolstelsels. De nieuwe serie meetmodules bestaat uit: • C2300 Meten (update, 2010) Deze overkoepelende module geeft een inleiding op het onderdeel meten voor de beheerder met geen of weinig meetervaring. • C2310 Voorbeelden van meetprojecten (update, 2010) Deze module geeft voorbeelden van relevante meetprojecten. • C2320 Opzet meetnet (nieuw, 2010) Deze module gaat over het opzetten van een meetnet gericht op het toetsen van het hydraulisch functioneren van (afval)watersystemen. • C2330 Meetapparatuur (nieuw, 2009) Deze module geeft relevante informatie bij de keuze, installatie en beheer van meetapparatuur. • C2340 Telemetrie (nieuw, 2009) Deze module gaat over de technieken waarmee meetgegevens zijn in te zamelen en op te slaan. • C2350 Sturen hydraulisch functioneren (RTC) (nieuw) Deze module gaat over de toepassing en het realisatie- en beheertraject van (eenvoudige) meet- en regelsystemen in de riolering. • C2380 Verwerken, bewerken en analyseren meetgegevens (nieuw, 2010) Deze module gaat over het verwerken en analyseren van meetgegevens. Dit is een essentiële en vaak ontbrekende stap bij controle, interpretatie en nuttig gebruik van meetgegevens. 1.3 Opstellers en begeleidingscommissie Jeroen Langeveld en Erik Liefting (beiden Royal Haskoning) en Michel Moens (ARCADIS) hebben deze module opgesteld. De begeleidingscommissie bestond uit: André de Haan
gemeente Buren, voorzitter
Marco van Bijnen
gemeente Utrecht
Robin Bos
Hollands Noorderkwartier
Theo van de Kroon
gemeente Arnhem
Ewald Oude Luttikhuis
ONRI, MWH
Leo Schaap
Datawatt
Niels Schaart
Waternet
Harry van Luijtelaar
Stichting RIONED
1.4 Leeswijzer Hoofdstuk 2 gaat over het kader en de ontwikkelingen. Hoofdstuk 3 gaat in op de functionele opzet van een telemetriesysteem. Hoofdstuk 4 gaat over het bestek, de aanbesteding en de realisatie van een telemetriesysteem.
april 2009-39 Telemetrie C2340 Leidraad Riolering 3
2 Kader en ontwikkelingen telemetrie Telemetrie betekent letterlijk: meten op afstand. Telemetrie in meetprojecten is het systeem van onderstations, communicatieverbindingen en een hoofdpost die de metingen verwerkt, inclusief alle verdere toepassingen (zie hoofdstuk 3). Via bijvoorbeeld het mobiele telefoonnetwerk volgt de gebruiker de metingen vanaf een pc. Om de data uit te lezen, is een fysiek bezoek aan de meetlocatie dus niet nodig. Binnen meetprojecten passen rioleringsbeheerders telemetrie veelvuldig toe. De vorm is sterk afhankelijk van het specifieke doel. Telemetrie in relatie tot meetprojecten vraagt dus om een specifieke aanpak. Deze module geeft inzicht in het principe en gebruik van telemetrie bij het meten aan het hydraulisch functioneren van de riolering. In de module C2330 Meetapparatuur vindt u meer informatie over de keuze, toepassing en beheer van meetapparatuur. 2.1 Onlinemonitoring Onlinemonitoring van waterkwantiteit en -kwaliteit is sterk in opkomst, want: • Door telemetrie te gebruiken voor het uitlezen van meetopstellingen, neemt de tijdbesteding per meetpunt af. Stijgende loonkosten maken investeringen in telemetrie economisch interessant. • Door de ontwikkelingen op het gebied van telecommunicatie wordt het versturen van data steeds eenvoudiger en goedkoper. Na de vaste telefoonlijn kwamen draadloze netwerken en de glasvezelkabel. In opkomst is GPRS voor draadloos datatransport. • De hoeveelheid data uit meetprojecten neemt sterk toe. Continue meetfrequenties van eens per minuut zijn technisch en economisch haalbaar. Dit maakt de handmatige verwerking van de meetgegevens ondoenlijk en automatisering dus noodzakelijk. Telemetrie leent zich daar beter voor dan stand-alonemeetopstellingen. • Bij meetprojecten in de riolering is voortdurende controle op de meetgegevens (datavalidatie) nodig. Bij stand-aloneopstellingen (die periodiek worden uitgelezen) is alleen achteraf dataverlies of een slechte datakwaliteit vast te stellen. Met een onlineopstelling is direct de kwaliteit van de metingen te controleren en zo nodig de meetopstelling aan te passen. 2.2 Opzet telemetriesysteem Telemetrie betekent dus meten op afstand. Toch bevindt de eigenlijke meetapparatuur zich wél op de meetlocaties. Een communicatieverbinding verstuurt de meetwaarden digitaal naar de hoofdpost. Onderstation De meetapparatuur is gekoppeld aan een onderstation met communicatieapparatuur in het telemetriesysteem. Een onderstation is vaak een programmeerbare datalogger of ‘Programmable Logic Controller’ (PLC). Deze wordt per locatie geprogrammeerd of geconfigureerd voor zijn specifieke taak. Het onderstation is uit te breiden met functionaliteiten als alarmering en automatische sturing. Hierbij kunt u denken aan de aansturing van schuiven in het systeem. Hoofdpost De hoofdpost van een telemetriesysteem is ontworpen voor communicatie en beheer op afstand. Op de hoofdpost worden de meetgegevens van het telemetriesysteem uitgelezen en verwerkt. De hoofdpost kan een pc bij de gebruiker zijn, maar in meetprojecten gebruiken beheerders ook steeds vaker het internet. De leverancier van het systeem verzamelt de meetgegevens dan op een vaste computer en stelt deze vervolgens via internet beschikbaar. Zo kunnen meerdere gebruikers het systeem op verschillende locaties gebruiken.
april 2009-39 C2340 Telemetrie
Leidraad Riolering 4
Figuur 2.1 Onderstation: twee niveausensoren met datalogger en communicatieapparatuur (in koffertje)
2.3 Telecommunicatie Telecommunicatie zorgt voor het contact tussen onderstations en hoofdpost. Telecommunicatie is daarom een cruciaal onderdeel van het telemetriesysteem. De gekozen communicatievorm heeft grote invloed op het functioneren van het systeem. Zender en ontvanger Telecommunicatie is communicatie over afstand, waarbij een zender en een ontvanger zijn betrokken. Bij telemetriesystemen fungeren de onderstations als zender wanneer zij de meetgegevens versturen naar het hoofdstation. Ook kunnen zij signalen ontvangen vanuit het hoofdstation, bijvoorbeeld voor synchronisatie (zie paragraaf 3.4). Het hoofdstation kan ook als zender en ontvanger fungeren. Figuur 2.2 Begrippen bij (tele)communicatie
Protocol (taal)
Medium (hier geluidsgolven door de lucht)
Zender
Ontvanger
Medium en protocollen Zender en ontvanger communiceren via een medium. Het medium kan bijvoorbeeld elektrische stroom door een koperdraad zijn of radiogolven. Een protocol zorgt ervoor dat de ontvanger de signalen van de zender ‘begrijpt’. Een protocol is een vastgelegde verzameling voorschriften voor het juiste verloop van de communicatie tussen de apparaten. Net zoals er in het menselijk taalgebruik afspraken en conventies zijn. Protocollen bestaan op verschillende niveaus of lagen, van medium tot toepassing. Gebruikmakend van verschillende media en protocollen is een grote variëteit aan telecommunicatietechnieken mogelijk. Figuur 2.2 laat het verband zien tussen zender, ontvanger, medium en protocollen.
april 2009-39 Telemetrie C2340 Leidraad Riolering 5
2.3.1 Telecommunicatietechnieken voor telemetrie Vaak zijn voor telemetrie bestaande telecommunicatienetwerken te gebruiken, zoals het internet of een netwerk voor mobiele telefonie. Bovenliggende protocollen maken het internet toegankelijk via verschillende media, zoals de vaste en mobiele telefonienetwerken en de glasvezelkabel. Voor dataverkeer op internet bestaat een complete stapel transportprotocollen onder de verzamelnaam TCP/IP. Voor telemetrie via internet is een VPN (Virtual Private Network) te gebruiken. Daarbij sluit de gebruiker bij een internetprovider een contract af om meerdere ADSL-, kabel- of draadloze aansluitpunten te koppelen door een beveiligde ‘tunnel’ via het internet. De verschillende aansluitpunten communiceren met elkaar als een eigen netwerk. Bedraad en draadloos Telecommunicatienetwerken zijn onder te verdelen in bedrade en draadloze netwerken. Voordelen van een bedrade verbinding zijn een hoge betrouwbaarheid en weinig kans op dataverlies. Daar staat tegenover dat tussen de hoofdpost en de onderstations een kabel nodig is, wat hoge kosten met zich meebrengt. Bij het gebruik van bestaande netwerken is slechts een dichtbijzijnd aansluitpunt nodig. Vooral als óók een aansluiting van de meetopstelling op het elektriciteitsnet nodig is, kan een vaste communicatieverbinding interessant worden. Voor permanente meetopstellingen is een vaste verbinding eerder interessant dan voor kortdurende. Bedrade telecomnetwerken • Het telefoonnet bestaat uit koperdraad en is ook bruikbaar voor dataverkeer. Via het telefoonnet zijn verschillende aansluitvormen op het internet mogelijk, zoals ISDN en ADSL. Het telefoonnetwerk is betrouwbaar en heeft vrijwel overal dekking. • Aansluiting op internet is ook mogelijk via het netwerk voor kabeltelevisie (‘internet via de kabel’), dat bestaat uit glasvezel- en coaxkabels. Dit netwerk is zeer snel, maar relatief duur in aanleg en onderhoud. • Lokale netwerken (zonder internetaansluiting) met een directe (koperdraad)verbinding tussen hoofdpost en onderstations worden gebruikt voor systemen waarbij bedrijfszekerheid en veiligheid vooropstaan, zoals de telemetrie van gemalenbeheersystemen. Als dit netwerk in eigen beheer is, zijn er geen kosten voor een telecomabonnement. Wel zijn er de beheerkosten voor het eigen netwerk. • Power Line Communication is dataverkeer over het elektriciteitsnet, waarbij de stroom het signaal ‘draagt’. Power Line Communication is niet erg snel en transformatoren blokkeren het signaal. Hierdoor is het alleen binnen een beperkt gebied te gebruiken. Power Line Communication is minder geschikt voor transport van meetgegevens. Daar staat tegenover dat de investering klein is en er geen kosten voor een telecomabonnement zijn. De onderhoudskosten zijn beperkt, omdat het bestaande elektriciteitsnetwerk geen extra onderhoud behoeft. Draadloze telecomnetwerken • Het grote voordeel van een draadloze verbinding is dat geen draadverbinding naar de onderstations nodig is. Elektromagnetische golven werken als medium voor de datacommunicatie. Aansluiting op bestaande mobiele netwerken kan eenvoudig met een antenne. Maar de dekking van mobiele netwerken is niet overal gelijk. Zo kan het bereik onder putdeksels bijvoorbeeld onvoldoende zijn. • Op het GSM-netwerk voor mobiele telefonie is eenvoudig aan te sluiten. Maar de dekking is soms problematisch. Deze is afhankelijk van het netwerk van de provider. Bij twijfel is het bereik vooraf te testen door op locatie een telefoon op het putdeksel te leggen. Informatie over dekking
april 2009-39 C2340 Telemetrie
Leidraad Riolering 6
is soms bekend en via internet op te zoeken, bijvoorbeeld op www.zoekdekking.nl. Bij GSM betaalt de gebruiker voor een abonnement en de tijdsbesteding voor dataoverdracht. GSM is geschikt voor batterijvoeding, mits de modem uit te schakelen is. • Bij SMS (een onderdeel van het GSM-netwerk) verstuurt het systeem data in een tekstbericht zodra voldoende meetgegevens beschikbaar zijn. De dekking is sneller toereikend dan bij GSM of GPRS. Daarom gebruiken rioleringsbeheerders SMS wel voor het verzenden van gegevens vanuit de riolering. Het systeem is geschikt voor batterijvoeding. Nadelen zijn: - de informatie per bericht is beperkt; - bij een hoge meetfrequentie kunnen de kosten sterk oplopen; - het SMS-verkeer is minder goed beveiligd dan GSM; - SMS-berichten kunnen gaan zwerven, waardoor ze pas later of helemaal niet aankomen. Figuur 2.3 GSM-module die wordt aangesloten op een pc
• GPRS is een uitbreiding op het GSM-netwerk. Voor het versturen van data hoeft de gebruiker slechts één keer in te bellen. Daarna is hij continu online. De gebruiker betaalt niet voor de tijd dat hij online is (de ‘gespreksduur’), maar voor de hoeveelheid data die hij verzendt. Als een communicatieverbinding voortdurend open moet zijn, is GPRS dus voordeliger dan het standaardGSM-netwerk. GPRS is snel en betrouwbaar en heeft meestal een goede dekking. GPRS heeft dus veel voordelen om te gebruiken in telemetrienetwerken. • Het UMTS-netwerk is nog in ontwikkeling. UMTS is sneller dan het GSM/GPRS-netwerk, maar is nog relatief duur en nog niet overal beschikbaar (niet in landelijke gebieden). UMTS en opvolger HSDPA gelden als technieken van de toekomst. • Draadloze (radio)communicatie is ook mogelijk zonder gebruik van bestaande netwerken. Met vrije radiofrequenties is een eigen netwerk te bouwen. Goed ingericht is een dergelijk netwerk betrouwbaar. De afstand is wel beperkt en afhankelijk van onder meer bebouwing. De aanschafkosten zijn relatief laag, maar wel hoger dan bij gebruik van een bestaand netwerk. De gebruiker betaalt niet voor datacommunicatie. • Bluetooth is een goedkope techniek om op korte afstand draadloos data te verzenden. Deze techniek is niet geschikt voor echte telemetrie, maar wel om bijvoorbeeld stand-alonemeetopstellingen onder een putdeksel uit te lezen. Een andere techniek die alleen werkt op korte afstand is Wi-Fi. 2.3.2 Protocollen voor telemetrie De International Electrotechnical Commision (IEC) heeft de internationale standaard IEC 60870 (Telecontrol equipment and systems) voor telemetrie opgesteld. Specifieke protocollen zijn hiervan afgeleid, zoals: • IEC60870-5-101 (standaard master/slave-protocol); • IEC60870-5-104 (uitbreiding van IEC60870-5-101 voor gebruik in een netwerk).
april 2009-39 Telemetrie C2340 Leidraad Riolering 7
Het volledige document is beschikbaar voor begunstigers. Dit document is volledig beschikbaar voor begunstigers van Stichting RIONED. Als uw organisatie begunstiger is, kunt u inloggen via http://www.riool.net/login. Vervolgens kunt u dit document volledig bekijken door hier te klikken. Meer informatie over het begunstigerschap van Stichting RIONED kunt u vinden op http://www.riool.net/-/info-over-begunstigerschap.
