Rozhovor: Praktické zkušenosti s provozem tří různých typů statických vodoměrů s technologií NB-IoT

Tento newsletter přináší:

• Praktické zkušenosti s provozem tří různých typů statických vodoměrů s technologií NB-IoT — exkluzivní rozhovor s Martinem Hornychem (cca 15 min. čtení).
• Přehled technologií a konkrétních typů vodoměrů — první díl miniseriálu o mechanických vodoměrech s odečtovou hlavou a dálkovou komunikací přes NB-IoT (cca 5 min. čtení).

1. Rozhovor: Praktické zkušenosti s provozem tří různých typů statických vodoměrů s technologií NB-IoT

Co vedlo společnost Voda Červený Kostelec k zahájení testování různých typů vodoměrů se zabudovaným komunikačním modulem využívajícím technologii NB-IoT?

Společnost Voda Červený Kostelec provozuje vlastní wM-Bus/LoRa síť pro dálkový sběr dat z vodoměrů, která pokrývá přibližně 98–99 % námi provozovaných vodoměrů. Hlavním předmětem naší činnosti je ale zásobování odběratelů pitnou vodou a její následné odkanalizování. Péče o telekomunikační infrastrukturu, kterou jsme vybudovali, je tedy činnost poněkud vzdálená našemu hlavnímu zaměření.

U řešení využívajícího technologii LowPower 5G – NB-IoT, se o telekomunikační infrastrukturu starají mobilní operátoři, u nichž je to jejich základní podnikání. My pak máme jistotu, že se o tuto klíčovou část řešení budou starat profesionálové a my ji budeme jen využívat. Tímto směrem se tedy díváme. Plynule by mělo dojít v následujících přibližně deseti letech k nahrazení staré dosluhující telekomunikační technologie vodoměry s komunikací NB-IoT.

Záměrem je vyzkoušet větší počet výrobců vodoměrů. Zatím jsou však na trhu dostupné vodoměry od výrobců Axioma, Maddalena a Sagemcom. Další výrobci budou uvádět na trh tyto vodoměry v průběhu letošního nebo příštího roku. Poté bychom i tyto vodoměry zařadili do našeho testovacího projektu.

V plánu bylo i testování vodoměrů firmy Kamstrup, v tuto chvíli je však použití jejich vodoměrů spojeno s používáním dalších softwarových služeb. Touto cestou jsme však nemohli ani nechtěli jít.

Jak jste se na testování připravovali?

Před vlastní instalací NB-IoT vodoměrů od zmiňovaných výrobců (Axioma 40 ks, Maddalena 20 ks, Sagemcom 18 ks) jsme provedli testování síly signálu referenčními zařízeními pro jednoduché ověření úrovně signálu a stupně výkonu, který je nutný pro komunikaci. Technologie NB-IoT na rozdíl od technologií pracujících na veřejné frekvenci 868 MHz umožňuje navyšovat výkon, a tedy i schopnost komunikovat i v případě špatného signálu.

A jakou dostupnost signálu jste naměřili?

V tuto chvíli bylo provedeno měření na 632 místech, což představuje cca 21 % odběrných míst. Bez signálu Vodafonu bylo 12,5 % odběrných míst, bez signálu T-Mobile 11,6 %. Více méně se jedná o totožný výsledek u jednotlivých operátorů, ovlivněný umístěním stanic operátora v dané lokalitě. Úplně bez signálu bylo 6,2 % odběrných míst.

Nicméně zkušenosti z osazení prvních 76 vodoměrů tří výrobců (Axioma 40 ks, Maddalena 19 ks, Sagemcom 17 ks) vykazují výrazně vyšší výtěžnost. Byly použity SIM karty Vodafonu. Vodoměry byly osazeny i na 7 místech, kde jsme signál Vodafonu nezměřili. 5 vodoměrů přesto komunikuje, dva nekomunikovaly – oba se podařilo vyřešit osazením externí indukční antény. V tuto chvíli je tedy propojení do odečtové sítě 76 vodoměrů 100%.

A jakých výsledků tedy vodoměry, respektive jejich komunikace dosáhly?

Komunikace není bezchybná, ale převážná většina vodoměrů komunikuje denně. Pro fakturační potřeby je komunikace spolehlivá, pro analytické výpočty ztrát vody na síti se zdá, že bude dostatečná. Ve vývoji analytiky jsme pokročili, ale v tuto chvíli nám chybí výpočetní výkon – vlivem dosud nedodaných pamětí do serveru.

Jsou v pokrytí signálem rozdíly mezi jednotlivými operátory?

Zdá se, že operátoři mají v naší lokalitě vybudované pokrytí obdobné kvality. Pokud výrobce vodoměrů a poskytovatel SIM karet umožňuje přechod od operátora k operátorovi, půjde při výběru operátora pouze o cenu za poskytnuté služby.

Má smysl používat služeb integrátorů konektivity a napojení na ERP systémy vodáren?

U integrátorů – od SIM karet, přes služby konektivity až po napojení na ERP systémy – zde bude hrát roli zkušenost s telekomunikačními službami, ochota a podmínky integrace dat v jakémkoliv systému přebírání dat při implementaci do vodárenského informačního systému.

Pro integraci různých vodoměrů jsme využili společnost M2M Communication Holding (M2MC) a jejich více než 10leté zkušenosti byly opravdu znát. Zejména při hledání problémů a komplikací v nastavení jednotlivých výrobců nebo propojení na informační systém DataInfo. Nakonec byly všechny komplikace vyřešeny.

Měříte také vybíjení baterie a tedy její výdrž?

Vodoměry vysílají ve třech vysílacích úrovních značených ECL 0 až ECL 2 (0 nejmenší, 2 největší výkon). Životnost baterií je podle většiny výrobců testována na největší vysílací výkon. Pokud tedy výrobce uvádí životnost baterie 16 let, měla by 16 let vydržet za předpokladu dodržení dalších podmínek (většinou jedenkrát denně 24hodinových náměrů).

Přesto jsme si udělali průřez, v jakém vysílacím výkonu naše vodoměry fungují. Data jsou od 57 vodoměrů, k jejichž údajům máme v současné chvíli přístup na platformě miotiq poskytovatele SIM karet M2MC. 54 % vodoměrů funguje v režimu ECL 0, 32 % v ECL 1 a 14 % v ECL 2. Údaje o stavu baterií se po 3 měsících provozu ještě hodnotit nedají.

Jak byste srovnal první výsledky testování vodoměrů s NB-IoT s odečty přes wMbus?

Lze konstatovat, že odečty přes NB-IoT jsou minimálně rovnocennou alternativou k odečtům přes wMbus. Obojí má své výhody a nevýhody. wMbus umožňuje odečet pochůzkou, pokud se nepodaří napojení na pevnou síť. Při budování pevné sítě je třeba budovat a udržovat odečtovou infrastrukturu ve výškách, ale data jsou pak dostupná se zpožděním pouze 1–2 hodiny.

Při použití komunikace NB-IoT není potřeba budovat odečtovou infrastrukturu — tu poskytuje telefonní operátor za úplatu. Odečty jsou k dispozici s jednodenním zpožděním (s výjimkou vybraných info kódů/alarmů). V případě nedostupnosti signálu je nutný fyzický odečet pracovníkem na odběrném místě. Vodoměry Maddalena však umožňují automatické přepnutí do wMbus pro pochůzkový odečet, bez nutnosti vstupovat do objektů zákazníků.

Jsou mezi jednotlivými vodoměry nějaké rozdíly?

Přestože všechny vysílají na NB-IoT, firmware jednotlivých výrobců se velmi liší ve struktuře odesílaných dat, jejich rozsahu i ve správě nastavení vodoměrů. Všichni výrobci pracují s alternativou 1× denně 24hodinových záznamů — to se zdá být optimální pro fakturaci i diagnostiku sítě. Někteří mají externí indukční antény, jiní je připravují.

Někteří výrobci umožňují měnit operátora, IP adresu příjemce dat, jiní zatím ne — buď fyzickým nastavením na místě, nebo na dálku přes zpětnou komunikaci NB-IoT. Vodoměry Maddalena jsou dostupné i ve variantě se záložním wMbusem. Axioma tuto možnost připravuje, o Sagemcomu zatím nevíme. Všechny tyto rozdíly je třeba zvážit podle požadavků vodárny v kombinaci s cenou.

Jak tedy testovací provoz hodnotíte?

Po prvních zkušenostech s vodoměry s NB-IoT víme, že má cenu se jimi zabývat, a pro rok 2027 počítáme s rozšířením jejich počtu v síti. Konkrétní rozsah bude záviset na zkušenostech získaných do cca září 2026. Určitě se v následujících letech (5) pokusíme vybudovat kompletní odečtovou síť v lokalitě Horní Rybníky a Zábrodí, abychom věděli, co obnáší takové vybudování s 98–100% pokrytím lokality.

Výhledově nás pak čeká rozhodnutí, zda přejít od odečtové sítě postavené na wMbus vodoměrech k odečtové síti NB-IoT vodoměrů, zůstat u stávající sítě, nebo obě sítě vhodně zkombinovat.

2. Přehled technologií a konkrétních typů vodoměrů

Mechanické vodoměry s odečtovou hlavou a dálkovou komunikací NB-IoT

Náš seriál začneme prvním typem řešení dálkových odečtů, které bylo nasazováno jako první. Je to logické — vodárny mají ve svých sítích velký počet mechanických vodoměrů. Tím, že je na většinu z nich možné nasadit odečtovou hlavu s napojením na NB-IoT komunikaci, lze dálkový odečet z těchto vodoměrů elegantně vyřešit.

Klady:

• Odečtové hlavy lze použít i na vodoměry velkých dimenzí.
• Komunikační část lze umístit v šachtě pod poklop a zvýšit tak doručitelnost zpráv.
• Komunikační modul s baterií lze vyměnit nezávisle na vodoměru — u provozních (podružných/technologických) vodoměrů lze nastavit odečty v intervalu od 10 minut.

Zápory:

• U odečtové hlavy je nutné nastavit tzv. offset, tj. stav vodoměru v čase její instalace.
• Časem může dojít k tomu, že se údaje na vodoměru a údaje uložené v databázi začnou lišit.
• Mechanické vodoměry neposkytují provozní data a alarmy, které poskytují vodoměry se zabudovanou komunikací.

Tento typ odečtu je možné pořídit jak od výrobců mechanických vodoměrů (Sensus, Honeywell…), tak od nezávislých výrobců (SolidusTech, Codea…).

Pro vodárny je to možnost, jak s relativně malými náklady nasadit dálkové odečty i u „starých" mechanických vodoměrů. Na rozdíl od řešení se sítěmi typu Flexnet lze osadit i jednotlivá odběrná místa téměř v jakékoli lokalitě (není nutné plánovat osazování většího počtu vodoměrů v lokalitě pokryté základnovou stanicí).

Veškerá ostatní infrastruktura je u tohoto typu řešení stejná jako u vodoměrů se zabudovaným NB-IoT komunikačním modulem. Obě řešení se mohou vhodně doplňovat.

Jaké otázky řeší vodárenské společnosti v souvislosti s odečty?

• Bude TO fungovat?
• Co TO bude stát?
• Kdo se o TO bude starat?

Co se dočtete příště?

• Úvod miniseriálu — Vodárenské provozní a fakturační systémy a dálkový sběr dat.
• Pokračování miniseriálu — wMbus vodoměry.