泓格遠端水流監測：精準落實水資源管理
透過泓格 M-7000 系列類比輸入模組可以蒐集水壓計數據，而 tM 系列數位輸入模組能接收超音波流量計的訊號。水壓、水流量以及自來水表數據會藉由 ZT 系列 ZigBee 無線轉換器透過無線方式傳輸，最後經由各區域的 MDC 系列 Modbus 資料集中器透過乙太網路回傳至中控室的 AVEVA Edge 圖控軟體，協助管理人員精準掌握廠區用水量，以落實水資源管理。
水費上漲壓力下的企業突圍戰
隨著氣候變遷與供應成本上升，多個國家政府紛紛調漲水費，像是台灣經濟部水利署於 2023 年 2 月首度針對枯水期間每月用水量超過 9000 度的用水大戶開徵耗水費，超額部分每度徵收 3 元，企業也因此必須積極針對水資源管理採取相應的措施。
此案例中的客戶為高耗水的面板製造商，主要生產薄膜電晶體液晶顯示器、液晶面板模組及觸控模組。廠區原先仰賴人力蒐集水表與流量計數據，然而，水表和流量計分散於廠區各處，人力巡檢不僅耗時且無法即時更新，還存在抄寫錯誤的風險。因此，客戶希望建置一套自動化抄表系統，且以不更動原有設備為前提，用最精簡的人力和時間達到即時與精確的數據監控。
泓格自動化水資源監測：即時掌握廠區用水
此案例中，泓格將現場分為三個區域，並依各區域的需求規劃架構。
區域一和區域三的自來水表會有累計的自來水使用度數，另水表本身已具備 Modbus 通訊功能，所以不需要額外加裝 I/O 模組，僅需用 ZT-2550 與 ZT-2551 ZigBee 無線 RS-485/RS-232 轉換器將資料進行一段 ZigBee 無線傳輸，再透過 Modbus RTU 通訊協定傳至 MDC-711 Modbus 資料集中器。
區域二則是大口徑的自來水管，除了自來水表之外，還有壓力表及超音波流量計，M-7017Z-G 類比輸入模組負責蒐集水壓計數據，tM-P8 數位輸入模組兼具計數器（Counter） 功能，可以接收超音波流量計的脈衝輸出訊號，並藉由 ZT-2550 與 ZT-2551 ZigBee 無線 RS-485/RS-232 轉換器讓資料進行一段 ZigBee 無線傳輸，接著以 Modbus RTU 通訊協定傳至 MDC-711 Modbus 資料集中器。最後，全數資料會透過 Modbus TCP 通訊協定送回中控室的 AVEVA Edge 圖控軟體。
其架構圖如下:
水壓數據擷取
在此案例中，M-7017Z-G 類比輸入模組負責接收水壓計輸出的 4-20mA 數據，並透過 Modbus RTU 通訊協定傳至 ZT-2551 ZigBee 無線 RS-485/RS-232 轉換器。
M-7017Z-G 類比輸入模組提供十個差分和二十個單端類比輸入通道供使用者選擇，每個類比輸入通道的輸入範圍皆為獨立且可個別設定。使用者可依需求選擇電壓或電流輸入，且採樣率可調整為快速或正常模式。M-7017Z-G 類比輸入模組在 110 VDC/VAC 下提供 240 Vrms 的過電壓保護和 50mA 的過電流保護，並提供 4 kV 靜電保護以及 3000 VDC 內部模組隔離，同時支援 Modbus RTU 和 DCON 協定。
超音波流量計數據擷取
此案例中，tM-P8 數位輸入模組作為計數器，負責蒐集分散於頂樓和地下室的超音波流量計之脈衝訊號，並透過 Modbus RTU 通訊協定將資訊傳至 ZT-2551 ZigBee 無線 RS-485/RS-232 轉換器。
tM-P8 數位輸入模組提供八個數位輸入通道，每個通道皆可做為計數器，且具有光電耦合隔離功能，可避免通道間的干擾。tM-P8 數位輸入模組提供 4 kV 靜電保護與 3750 VDC 的內部模組隔離，並支援 DCON、Modbus RTU 和 Modbus ASCII 通訊協定。
ZigBee 無線回傳
此案例中，ZT-2551 ZigBee 無線 RS-485/RS-232 轉換器 (從站) 與 ZT-2550 ZigBee 無線 RS-485/RS-232 轉換器 (主站) 將數據透過 ZigBee 進行無線傳輸，以節省佈線成本，並透過 Modbus RTU 將數據回傳至各區域的 MDC-711 Modbus 資料集中器。
ZT-2551 及 ZT-2550 模組是基於 IEEE802.15.4 標準的 ZigBee 轉換器，可將 RS-232 與 RS-485 通訊介面轉為 ZigBee 無線網絡。泓格 ZigBee 系列產品的直線可視傳輸距離為 700 公尺，傳輸頻率範圍在 2.405 GHz 和 2.48 GHz 之間，提供 16 個通道和 16384 個個人區域ID (PAN IDs)。 ZT-2000 系列不僅是一款長距離無線轉換器，還可以作為 ZigBee 協調器或路由器，達到擴大傳輸範圍及提升無線訊號品質的目的。在 ZigBee 網絡中，一個協調器 (主站) 能支援 255 個 ZigBee 路由器 (從站)。
資料集中器
MDC-700 系列 Modbus 資料集中器支援 Ethernet、RS-232 及 RS-485 通訊介面，可將使用 Modbus RTU 通訊協定的設備升級成使用 Modbus TCP 協定做通訊，並將從端設備讀回的資料合併成連續位址的格式，以利主控端一次讀回多個從端設備的資料，藉此取代傳統輪詢方式，節省資料來回讀取的時間。MDC-700 系列最多可連接 8 台 Modbus TCP 主機、設定 250 條 Modbus RTU 命令，以及收集和管理 DI/DO/AI/AO 各 9600 筆資料。
遠端監控與統一管理
此案例中，AVEVA Edge 圖控軟體可即時顯示和紀錄水壓和水流量的趨勢圖，並可以輸出 CSV、PDF、Excel 等報表，達到更全面的水資源管理。
AVEVA Edge是一款全方位、整合開發的圖控軟體，提供基本組件讓使用者製作強大的 SCADA 和 HMI 應用程式，並支援所有的 Windows 執行平臺，包括 Windows Embedded Compact、Windows Embedded Standard、Windows 8.1/10/11 和 Windows Server Editions (Server 2012/2016/2019)。AVEVA Edge執行時，除了支援本機端的操作，還支援遠端網頁的監控，使用上相當便利。
泓格產品為此案例帶來的效益
- 泓格的遠端 I/O 模組支援各種通訊協定和 I/O 訊號，包括電流、電壓、應變、溫度等類比與數位訊號的輸入輸出。模組具備雙看門狗功能，Module Watchdog 可在模組異常時自動重設 CPU，並搭配數位輸出和類比輸出模組提供的可編程開機輸出值 (Power On Value)；Host Watchdog 則監控模組與主機間的通訊，異常出現時輸出預設的安全值 (Safe Value)，藉此提升系統的可靠性與穩定性。
- M-7017Z-G 類比輸入模組具有 4 ~ 20 mA 輸入通道的斷線檢查功能，當 I/O 模組與現場感測器的連線發生異常時，主機端可以即時發出必要的警告及啟動相關防護機制。
- ZigBee 具有使用簡單、抗干擾力強、成本低、安全性高等特點，泓格研發的 ZigBee 系列產品，如: 訊號轉換器、中繼器與橋接器、協定分析儀、Modbus 資料集中器及 I/O 模組與感測器可應用於多種環境，像是工業控制、環境數據採集、停車場車位定位、樓宇自動化及智能家居等領域。
- MDC-700 提供內建網頁伺服器，使用者不需要額外安裝任何軟體，也不需編寫程式，只要透過網頁瀏覽器就能檢視與操作 MDC-700 的組態設定，隨時從遠端進行監測與維護，確保每個 Modbus RTU 命令的連線正常，並可依據所連接設備的特性設定不同的 Timeout 時間，確保連線的可靠性。
- AVEVA Edge 的圖表資料分析頁面可提供水流量及水壓的預警分析，依業主提出的邊界條件，於數值超過邊界條件時發送警報，提醒維修人員前往查修或進行設備的更換。
泓格汙水監測系統：物聯網技術有效管理廠區汙水
汙水監控亦是廠區水資源管理中相當重要的一環，透過有效的汙水監控系統，管理人員能夠即時追蹤工廠的汙水排放情況，確保其符合環保法規規範，避免因泄漏或汙染事件對周遭環境造成負面影響，並可進一步建置廢水回收系統，以提高水資源利用率，減少企業用水成本。
泓格科技於一間活塞桿製造廠中建置汙水監測系統，透過多個 WISE 系列邊緣運算控制器蒐集各廠區不同樓層的水質儀、差壓計、流量計等感測器之數據，接著由乙太網路回傳至中控室的 AVEVA Edge 圖控軟體，清楚顯示各樓層製程水質狀態、管段壓差和流量數據。緊急狀況發生時，無須等待中控端發出指令，現場端的 WISE 系列邊緣運算控制器可透過 IF-THEN-ELSE 邏輯引擎在第一時間發送 Email/ Telegram/ WeChat 警報提醒相關人員。
WISE 系列邊緣運算控制器可被廣泛的應用於各種工業現場的邊緣邏輯控制與監測，其內建的 IF-THEN-ELSE 邏輯引擎可以穩定且高效地執行自動化邏輯，並提供數學運算、排程和電子郵件及Telegram/WeChat 警報消息發送功能。WISE 系列邊緣運算控制器操作簡易，使用者無須撰寫任何程式碼，只要於人機介面點選設定即可完成工作邏輯的編輯。此外，其內建的資料記錄器 (Data Logger) 具有資料補遺機制，在通訊中斷期間，所有數據皆會暫存在模組內的 SD 記憶卡中；當通訊恢復正常後，WISE 系列則會提取記憶卡的資料，將斷線期間未上傳的資料重新上傳並儲存到資料庫中，以確保歷史數據的完整性。
結語
隨著全球 ESG 浪潮的擴散，企業除了要求合作廠商提出符合 ISO 50001:2018 能源管理系統標準的證明，以展現其節能減碳的成效之外，ISO 46001 水資源效率管理系統標準也越加受到重視，以因應耗水費的徵收。
更多水資源管理相關案例，請參考: https://youtu.be/pydHGp0co1I?si=kAmOVgRzSlxsbfSP
相關產品
ICP DAS View All
ICP DAS was established in 1993 and strongly focuses on innovation and the enhancement of industrial automation technology. ICP DAS continuously endeavors to develop a comprehensive selection of products ranging from remote I/O controllers, distributed I/O modules, I/O data acquisition boards, programmable automation controllers, industrial communication modules, web-related products, motion control systems, SCADA/HMI software to automation solutions for applications critical to energy management, motion automation, smart factories, intelligent buildings, and smart cities. Our ambition is to provide a wide range of high-quality products and versatile applications, together with prompt and efficient services, that can be implemented to assist in the continued success of our clients worldwide.