Water & riolering: 4G-SCADA-bewaking voor 300 verspreid liggende stations

· 9 minuten leestijd
9 min read
Sophie Durand
Sophie Durand
Technisch contentmanager

Het beheren van een netwerk van pompstations verspreid over 3.000 km², zonder dat er op elke locatie een eigen technicus aanwezig is — dat is de dagelijkse realiteit van exploitanten van water- en rioleringsnetwerken. Hieronder leest u hoe 4G LTE en cloudgebaseerd toezicht deze uitdaging omzetten in een operationeel voordeel.

De uitdaging van gedistribueerde waternetwerken​

Een drinkwater- of rioleringsnetwerk bestaat uit honderden locaties die voortdurend moeten worden bewaakt:

  • Pompstations (opvoer, pers, drukverhogers)
  • Reservoirs en watertorens (peil, kwaliteit)
  • Chloorinstallaties (dosering, restchloor)
  • Op afstand bediende kleppen (afsluiting, regeling)
  • Zuiveringsinstallaties (beluchting, bezinking, filtratie)

De meeste van deze locaties liggen afgelegen: geen glasvezel, geen ADSL, vaak op het platteland of in het bos. Het mobiele netwerk is het enige beschikbare communicatiemiddel.

Jarenlang moesten we genoegen nemen met GPRS: een snelheid van 20 kbps, hoge vertragingen en matige betrouwbaarheid. Tegenwoordig zorgt 4G LTE voor een ommekeer.

Standaardopstelling: 300 stations op een 4G-netwerk​

Communicatie-infrastructuur​

Standaarduitrusting per station​

ComponentSpecificatie
GatewayEziwan Gateway, 35 mm DIN-rail
Voeding12–48 V DC (voeding station)
SIMDual SIM Orange + SFR
Aansluiting op PLCRS-485 Modbus RTU
AntenneBuitenantenne + kabel met lage signaalverlies (holle locaties)
Temperatuur-40 °C / +75 °C (onverwarmde schakelkasten)

Modbus-gegevensverzameling: de gegevens die ertoe doen​

Een typisch pompstation​

# Verzamelde Modbus-logbestanden — Pompstation
slaves:
  - id: 1
    name: "Pompe principale"
    polling: 30s
    registers:
      - address: 0    # Status pomp (0=uit, 1=aan, 2=storing)
        name: etat_pompe
      - address: 1    # Bedrijfsuren (×10)
        name: heures_fonctionnement
        scale: 0.1
      - address: 2    # Momentane doorstroming (m³/h × 10)
        name: debit_instantane
        scale: 0.1
      - address: 3    # Dagelijks volume (m³)
        name: volume_journee
      - address: 10   # Druk stroomafwaarts (bar × 100)
        name: pression_aval
        scale: 0.01
      - address: 11   # Hoogte zeil (cm)
        name: niveau_bache
        
  - id: 2
    name: "Analyseur eau"
    polling: 300s
    registers:
      - address: 0    # Resterend chloor (mg/L × 100)
        name: chlore_residuel
        scale: 0.01
      - address: 1    # Troebelheid (NTU × 100)
        name: turbidite
        scale: 0.01
      - address: 2    # pH (× 100)
        name: ph
        scale: 0.01

Geconfigureerde kritieke waarschuwingen​

ParameterWaarschuwingsdrempelKritieke drempelActie
Pompstoring—OnmiddellijkSMS-melding + e-mail
Laag waterpeil< 30%< 15%E-mail / SMS + automatische uitschakeling
Restchloor< 0,1 mg/L< 0,05 mg/LSMS-melding + rapport aan ARS
Druk stroomafwaarts< 1,5 bar< 1,0 barSMS-melding
Verbinding verbroken> 5 min> 15 minE-mail naar supervisor

Dual SIM: de vereiste continuïteit van de dienstverlening​

Waternetwerken zijn kritieke infrastructuur. Het continu toezicht hierop is een wettelijke verplichting, geen optie.

Van de 300 zendstations in landelijke en voorstedelijke gebieden is de dekking nooit overal gelijk. Op sommige plekken is Orange uitstekend, op andere juist SFR. En er doen zich wel eens netwerkstoringen voor.

Werking van de Eziwan Dual SIM — Pompstation St-Étienne-du-Bois:

08:42  SIM1 Orange active — RSRP : -82 dBm — Latence : 28ms
09:15  SIM1 Orange met signaaldaling — RSRP: -101 dBm — 3 pings mislukt
09:15  → Bascule automatique SIM2 SFR
09:15  SIM2 SFR active — RSRP : -79 dBm — Latence : 31ms
09:16  SCADA-dashboard: herverbinding gedetecteerd (45 seconden onderbreking)
12:30  SIM1 Orange revenue — RSRP : -80 dBm
13:00  → Terugschakelen naar SIM1 Orange (prioriteit ingesteld)

Bij een netwerk van 300 stations vinden er doorgaans 15 tot 30 SIM-wisselingen per maand plaats — die voor het toezicht volledig onopgemerkt blijven.

SCADA op afstand: technici kunnen ingrijpen zonder zich ter plaatse te begeven​

VPN-toegang tot de PLC's​

Via het OpenVPN/IPSec-VPN van Eziwan hebben de technici rechtstreeks toegang tot de veldcontrollers:

# Technicus die vanuit het bewakingscentrum is ingelogd
# VPN OpenVPN/IPSec actief → toegang tot het lokale netwerk vanaf elk werkstation

# Toegang tot de gebruikersinterface van het station van Montceau-les-Mines
http://192.168.15.100 → Lokale webinterface voor monitoring

# Toegang tot de Schneider TM3-PLC
# Logiciel EcoStruxure → IP : 192.168.15.10
# Diagnose, aanpassing van instellingen, resetten van storingen

Gemiddelde besparing: 65% van de interventies waarvoor een bezoek ter plaatse nodig was, wordt op afstand binnen 20 minuten opgelost.

Automatisch rapport voor de ARS​

Eziwan kan automatisch de waterkwaliteitsrapporten genereren die door het Regionaal Gezondheidsagentschap worden vereist:

  • Overzicht van het restchloorgehalte per meetstation (export naar CSV / PDF)
  • Nalevingspercentage over de betreffende periode
  • Kwaliteitswaarschuwingen met tijdstempel en duur

Bekijk het gebruiksscenario voor lokale overheden → · Download de handleiding voor watermonitoring →

Implementatie: ervaringen met 300 stations​

Standaardplanning​

FaseDuurInhoud
Audit ter plaatse2 wekenInventarisatie van automaten, netwerkdekking
ZTP-configuratie1 weekProfielen per type station
Proefimplementatie1 maand20 testwerkstations
Grootschalige implementatie3–4 maanden280 resterende werkstations
Opleiding van operators2 dagenDashboard, waarschuwingen, VPN-toegang

ZTP-profielen per type station​

Eén enkel profiel is van toepassing op alle stations van hetzelfde type. De configuratie wordt automatisch geïmplementeerd zodra de gateway verbinding maakt:

  • Standaard-Pomp-Profiel: 85% van de stations
  • Kwaliteit-Reservoir-Profiel: 10% van de stations (met analysatoren)
  • Profiel-Zuiveringsinstallatie: 5% van de installaties (uitgebreide configuratie)

M-Bus-integratie voor het op afstand uitlezen van meters​

In waternetwerken maken abonneemeters en automatische uitleesstations vaak gebruik van het M-Bus-protocol (EN 13757-2) via kabel of Wireless M-Bus 868 MHz (EN 13757-4) via radiogolven. De Eziwan-gateway kan in deze architecturen worden geïntegreerd via een M-Bus/Modbus-converter of rechtstreeks via de Wireless M-Bus-module:

# Voorbeeld van een configuratie voor het op afstand uitlezen van meerdere meters via M-Bus RS-485
mbus:
  baudrate: 2400                    # Standaardsnelheid M-Bus
  slaves:
    - address: 1                    # Adresse M-Bus primaire (0-250)
      name: "Compteur eau zone A"
      manufacturer: "Itron"
      data_records:
        - drec: 0x01               # Totale energie in m³
          name: volume_total
          unit: m3
        - drec: 0x02               # Momentane doorstroming (m³/u)
          name: debit_instantane
          unit: m3h
        - drec: 0x06               # Temperatuur koud water
          name: temperature
          unit: degC
    - address: 2
      name: "Compteur eau zone B"
      manufacturer: "Kamstrup"

Voordeel van M-Bus ten opzichte van 4-20 mA: de M-Bus verzendt in één enkel frame het cumulatieve volume, het momentane debiet, de temperatuur en de alarmen (overschrijding van het maximale debiet, terugstroming van water, defecte module), zonder dat er voor elke variabele aparte analoge bekabeling nodig is.

Naleving van de RPQS-voorschriften en wettelijk vereiste gegevens​

Exploitanten met een concessie voor openbare dienstverlening (DSP) zijn verplicht om jaarlijks een rapport over de prijs en de kwaliteit van de dienstverlening (RPQS) op te stellen ten behoeve van de delegerende overheden en het ONSB (Nationaal Observatorium voor Water- en Sanitatiediensten).

De RPQS-prestatie-indicatoren die rechtstreeks worden gevoed door gegevens van Eziwan:

RPQS-indicatorCodeModbus-bron Eziwan
Microbiologische conformiteitsgraadP101.1Kwaliteitsmeters voor chloor/troebelheid
Lineaire verbruiksindex (ILC)P104.3Verpompte volumes + meterindex
Verliespercentage in het netwerkP106.3Gedistribueerd volume versus gemeten volumes
Percentage klachtenP155.1N.v.t. (CRM-gegevens)
Rendement van het distributienetwerkP106.3Geproduceerd volume versus gedistribueerd volume
Duur van de onbeschikbaarheidP151.1Geregistreerde alarmtijd van pomp/netwerk

Door deze gegevens automatisch vanuit het Eziwan-platform als CSV-bestand te exporteren, samen met de kalenderperiode en de stationcode, kunnen de RPQS-tabellen direct worden ingevuld zonder dat er handmatig gegevens hoeven te worden overgetypt.

Voor meetstations die onder toezicht van de ARS (Agence Régionale de Santé) staan, kunnen de kwaliteitsgegevens (restchloor, troebelheid, pH) worden geëxporteerd in een formaat met tijdstempel dat voldoet aan de traceerbaarheidseisen.

Veelgestelde vragen​

Moeten alle besturingsautomaten worden vervangen bij de overstap van 2G GPRS naar 4G LTE? Nee. De veldbesturingsautomaten (Schneider TM3, Wago, Siemens, enz.) behouden hun seriële RS-485 Modbus RTU-protocollen. Alleen de communicatiemodem/router wordt vervangen — de LTE-gateway wordt aangesloten op de bestaande RS-485-bus. Er zijn geen aanpassingen aan het PLC-programma nodig.

Hoeveel 4G LTE-data verbruikt een standaardpompstation? Voor een pompstation dat elke 30 seconden 20 Modbus-registers via MQTT verstuurt, ligt het verbruik tussen de 30 en 80 MB per maand, inclusief VPN. M2M-IoT-simkaarten met abonnementen van 100–500 MB/maand zijn doorgaans voldoende. Voor een vloot van 300 stations bedragen de simkaartkosten doorgaans 8 tot 15 € per locatie per maand, alles inbegrepen.

Hoe om te gaan met de rapportagevereisten van DDASS/ARS met 4G-monitoring? Via het Eziwan-platform kunnen kwaliteitsgegevens (restchloor, troebelheid, pH) automatisch worden geëxporteerd in CSV- of PDF-formaat met tijdstempel, zodat deze direct bruikbaar zijn voor DDARS/ARS-rapportages. Waarschuwingen bij het overschrijden van drempelwaarden worden met een nauwkeurige tijdstempel geregistreerd, wat de wettelijk verplichte rapportages vergemakkelijkt.

Is Dual SIM echt nuttig in landelijke gebieden met slechte dekking? Juist daar is het het nuttigst. In landelijke gebieden wordt uw gebied vaak door slechts één BTS-antenne gedekt — als die uitvalt (door blikseminslag, een technische storing of onderhoud), verliest u het netwerk. Met twee providers en twee afzonderlijke antennenetwerken is de kans op een gelijktijdige storing op beide netwerken zeer klein (< 0,1% per jaar).

Welke connectiviteit moet worden voorzien voor een station in een gebied zonder enig netwerkbereik? Naast LTE-dekking zijn er alternatieven: VHF/UHF-radio (voor eigen netwerken van waterbedrijven), LEO-satellieten (Starlink, Iridium, Eutelsat OneWeb) of LoRaWAN als de gemeente over een LoRa-concentrator binnen bereik beschikt. Eziwan kan worden geïntegreerd in satelliet-backhauloplossingen voor echt afgelegen locaties.

Meer informatie​

Conclusie​

300 water- en afvalwaterinstallaties beheren met twee technici in de wachtdienst en zonder onnodige verplaatsingen — dat is vandaag de dag mogelijk dankzij 4G LTE, Dual SIM met automatische failover en cloudgebaseerde monitoringtools.

Het rendement op de investering is snel zichtbaar: minder oproepdiensten, minder reizen, eenvoudigere naleving van de regelgeving en vooral realtime inzicht in de status van uw netwerk, iets wat u met GPRS niet had.

Bespreek uw water- en rioleringsproject → · Bekijk de SCADA-monitoringdemo →

Aanvullende bronnen​