Construyendo un Dashboard con Grafana – PARTE 1

En este artículo estaré realizando una explicación extensa de un proyecto que desarrollé la materia Infraestructura Avanzada de Redes de Sensores, parte del Máster en Sistemas Inteligentes en Energía y Transporte, Especialización en Smart Cities. Se trata de una sistema de Distribución de Agua en una Ciudad.

Para ir directamente a la práctica visita el repositorio: https://github.com/joseluisramon/Water-Metering-System

Una explicación del proyecto en vídeo se encuentra aquí

Si lo abres en YouTube puede moverte por los capítulos indicados en la descripción del vídeo

Enunciado

El proyecto partió del siguiente enunciado

Se requiere diseñar una red de contadores de agua. En este caso, la red es muy homogénea. Una vez definido un contador tienes definidos todos los nodos. Así que, en este caso, la problemática que tienes que trabajar es la cantidad de elementos.

Cuando simules la red, debes resolver cómo lo vas a hacer el registro para una cantidad elevada de elementos (usando las formas normales explicadas en bases de datos) y cómo harás el mostrado de datos, que permita tener medidas específicas de un contador, así como datos acumulados para una barriada/ciudad entera

Solución General

Figura 1. Ejemplo de una red inteligente de agua en la ciudad de Burgos.

En la Figura 1 se observa un ejemplos de cómo se implementa una red inteligente de agua. En dicho ejemplo, se observa que esta red le permite a la empresa de distribución de agua realizar la medición de los medidores de agua ubicados en esa ciudad. Para ello, se utilizan diversas redes de comunicación, como fibra óptica o GPRS.

El objetivo del presente trabajo es diseñar un sistema similar al presentado en la Figura 1. Profundizando en el tipo en los sensores, redes y protocolos. Generando a su vez una simulación que permita observar como se comportaría el sistema.

Medidores de Agua

Figura 2. Batería de Contadores de Agua

Por normal general, los contadores de agua deben estar ubicados a nivel de la calle, de forma que la empresa encargada de la medición del agua pueda tomar sus medidas sin necesidad de acceder a los pisos. En el caso de edificios residenciales, los contadores de agua usualmente están ubicados en un cuarto de servicios, distribuido por medio de baterías que permiten organizar y hacer accesibles todos los contadores de cada unidad residencial desde un mismo lugar, como se muestra en la Figura 2. En dicha Figura también se observa la forma tradicional en la que se realiza la medición: por medio de un operador contratado por la empresa, cuya función era ir mensualmente, residencia por residencia, tomando nota de la medida de cada uno de los contadores.

Figura 3. Contador de agua para tele medición

Los contadores de agua residencial usualmente están hechos en bronce, internamente tiene un mecanismo que rota cuando el agua pasa a través de él. Suelen ser contadores volumétricos, es decir, que una vuelta del embolo interior representa un volumen de líquido específico. La rotación del émbolo activa a su vez un suiche reed, en donde cada pulso del suiche corresponde a una cantidad precisa de litros de agua.

La pieza plástica que está adosada encima del contador en la Figura 3 tiene tantos los mecanismos para la lectura en sitio, es decir, los números rotativos, como el suiche reed con su mecanismo de transmisión. En la Figura también se observa un cable el cual llevaría la información del contador a un bus me medición, como los puede ser M-bus, Modbus, etc (Se hacen a medida).

Antecedentes

Antes de empezar el desarrollo de este trabajo es importante repasar algunos proyectos sobre redes inteligentes de agua se ha realizado en la última década en España, por ejemplo:

  • El grupo Agua de Valencia indica que desde 2012 tiene implementado un sistema de Telegestión de Agua. En un vídeo, indican que su topología es la siguiente:
    • En el punto más exterior de su red tienen a los contadores inteligentes, los cuales se conectan entre sí por medio de un bus. Este bus lleva sus lecturas a un concentrador. Estas lecturas se envían semanalmente a centro de medición por medio de radio.
  • La empresa Acciona, a la cual hice referencia anteriormente habla aquí acerca de su proyecto conjunto con Aguas de Burgos, para el cual recibió financiamiento europeo.

Adicional a esto, el Estado Español aprobó una ley en la cual indica que todos los contadores de agua con más de 12 años de antigüedad tienen 5 años para renovarse. Esto indica que la pertinencia en el desarrollo de este proyecto es más que necesaria actualmente. Más información al respecto aquí.

Diseño del Sistema

Instrumentación

En el mercado europeo existen múltiples fabricantes de contadores de agua, por lo que se disponen de muchas opciones en el mercado con prestaciones similares. Para este proyecto se ha seleccionado un contador marca Abering, modelo WS de chorro múltiple, pre equipado para tele medición. En la Figura 3 se observa el contador seleccionado.

Comunicación

Figura 5. Topología de una red cableada M-bus

En la Figura 5 se observa un ejemplo de la topología que usualmente se utiliza para realizar la tele-medición de los contadores de una residencia de varios pisos. Puede observarse como los medidores se conectan entre si por medio de un bus (en ese caso M-bus). Luego, esa señal llega a un maestro que se encarga de concentrar las mediciones de todos los sensores. Este módulo maestro puede tener capacidad GSM, y enviar a la empresa de gestión de agua toda la información de los contadores conectados al bus por medio de GPRS o RS232, como se muestra en la Figura.

Figura 6. Topología típica para una red LoRaWan

Una alternativa para el sistema alámbrico de medición es hacerlo por medio de una red inalámbrica, por ejemplo, LoRaWan. En la Figura 6, se observa como la topología que sigue la red es equivalente a la que se tenía en la Figura 5, ya que las mediciones de varios sensores se unen en un concentrador. Luego de que son agrupadas, se transmiten a un centro de datos para su análisis.

Sabiendo entonces que se tienen soluciones equivalentes para el mismo problema, se realizó un análisis para determinar cuál de los dos protocolos se utilizaría para construir la red de tele medición.


Contínua leyendo la segunda parte de este artículo aquí

Publicado por joseluisramon

Integrator

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