Progettazione e produzione di strumentazione elettronica - Sonde, Data Loggers, Reti di sensori Wireless (WSN) Il carrello è vuoto

Sistemi di Monitoraggio

WEOLO™ è un sistema modulare per la registrazione di misure (temperatura, umidità, energia termica, irraggiamento, energia elettrica, etc.) acquisite dalle sonde in rete WSN (Wireless Sensors Network). È possibile estendere la copertura del segnale con l’uso di router (ripetitori), fino a un totale di 50 dispositivi tra sonde e router. L’utilizzo di sonde wireless fornisce al sistema grande flessibilità e semplicità di installazione con un ridotto impatto sulle infrastrutture esistenti.

I campi di applicazione privilegiati da WEOLO™, nell’attuale fase di sviluppo della soluzione, sono orientati al monitoraggio:

• energetico attraverso la gestione di apparati dotati di sensori in grado di trasmettere informazioni relative al consumo energetico ed ai parametri micro-climatici;
• museale con l’uso di sonde per il rilevamento della temperatura ambiente e superficiale, umidità relativa ed illuminamento per misure orientate alla conservazione di beni artistici;
• strutturale scegliendo le sonde dotate di uscita per potenziometri lineari, il DSG può controllare lo stato evolutivo di crepe e lesioni;
• data center integrando i dati delle server farm con i rilevamenti delle sonde WEOLO è possibile ottimizzare la gestione dei sistemi di climatizzazione.

Il cuore del sistema è il DSG (Data Storage Gateway) che consente l’accesso ai dati attraverso connessioni: LAN, WiFi e GSM/GPRS/UMTS.
Il DSG riceve e registra le misure acquisite dalle sonde, notificando superamenti di soglia o anomalie della WSN, con una eMail o un SMS a eventuali reperibili di turno. La visualizzazione dei dati e la gestione della configurazione avviene tramite un’interfaccia web based, le misure acquisite sono consultabili in forma grafica e tabellare, nonché esportabili in formato .csv (compatibile con Microsoft Excel™). L’accesso ai dati e alla configurazione del WSN e del sistema è regolato tramite profili utente con differenti privilegi. I log file interni permettono inoltre la tracciabilità delle operazioni utente.

Rispetto ai datalogger tradizionali:

• Non è necessario collegare ogni singolo data logger al computer per eseguire l’operazione di download dei dati.
• Non è necessario installare altro hardware esterno (es un PC, un router, ...).
• I dati sono disponibili da remoto in tempo reale tramite browser web, senza l’installazione di alcun software sul computer dell’operatore.
• Consente di impostare due soglie per ogni canale di misura il cui superamento può essere notificato via SMS e eMail.

Punti di forza

In particolare il sistema presenta i seguenti punti di forza (in rapporto alle diverse soluzioni concorrenti):

1. Accessibilità – i dati acquisiti risiedono sul DSG e sono sempre accessibili da qualunque computer in rete dotato di browser web, contemporaneamente.
2. Integrabilità – su richiesta è disponibile un modulo per l’esportazione delle misure acquisite verso piattaforme di data mining e business intelligence.
3. EFFICACIA – il sistema, se configurato, segnala situazioni di allarme via eMail e/o SMS secondo turni di reperibilità definibili dall’amministratore. Gli allarmi si possono verificare in seguito a superamenti di soglie, irraggiungibilità delle sonde, …
4. Flessibilità – l’utilizzo di sonde wireless fornisce al sistema grande flessibilità e semplicità d’installazione con un ridotto impatto sulle infrastrutture esistenti.
5. Estensione – le sonde garantiscono una trasmissione in outdoor fino 300 metri con la possibilità di estendere la copertura del segnale attraverso l’uso di router (ripetitori), raggiungendo la distanza di circa 1,5km.
6. Semplicità – il controllo e la configurazione di sonde e router sono realizzati da remoto tramite interfaccia web, non è richiesta alcuna installazione software sui client, ottimizzando la gestione e manutenzione dell'intera rete. La topologia di rete è adattativa, i router riconfigurano automaticamente l’instradamento nel caso di perdita di campo.
7. RIDUZIONE TCO – le sonde e i router del WSN sono alimentati a batteria, l’autonomia del sensore è stimata in 5 anni (con un intervallo di misura di 10 minuti).
8. Scalabilità – è possibile inserire nuove sonde e router, al momento fino a 50 sonde per ogni DSG, richiedendo eventuali upgrade della licenza software. È possibile connettere molteplici DSG ad un centro servizi per una visione centralizzata dei sistemi.
9. PERSONALIZZAZIONI SONDE – premesso che le sonde sono di fabbricazione e tecnologia italiana, è possibile fornire personalizzazioni secondo esigenze specifiche del cliente anche per piccoli volumi, ad esempio:
   • Sonde di temperatura per i più svariati tipi di elementi sensibili diversi da quelli a catalogo e con vari campi di temperatura di misura.
   • Sonde per grandezze fisiche diverse da quelle a catalogo.
   • Sonde con autonomia estesa fino anche a 5 anni.
   • Sonde speciali per regolazione, a bassa costante di tempo.
   • Sonde multiple: alla stessa sonda sono collegati diversi sensori anche di diverso tipo.

Servizi

Oltre alla vendita degli apparati sono offerti dei servizi personalizzabili quali ad esempio:

• Formazione del personale per le installazioni/configurazioni complesse o frequenti
• Sopralluoghi e disegno della rete in funzione delle caratteristiche fisiche del sito da installare
• Progettazione del sistema di monitoraggio mediante la definizione dei punti di misura e della loro dislocazione.
• Installazione apparati
• Configurazione sonde/router e DSG
• Tuning del sistema
• Telegestione degli allarmi e del sistema nel suo complesso
• Redazione della documentazione operativa per il monitoraggio comprensiva delle planimetrie con la dislocazione fisica degli apparati.
• Help desk telefonico e via email.
• Acceso dei DSG al Centro Servizio che offre servizi di: backup, visualizzazione, reportistica dei dati di molteplici sistemi Weolo con accessi multi utente profilati dal cliente.
• Sviluppo di moduli ad hoc per il DSG e per il centro servizi per l’analisi delle misure.

Architettura

• Sonde
• Router
• Gruppi di sensori (ad esempio: pinacoteca, laboratorio)
• DSG (Data Storage Gateway)

1. Sonde - Acquisiscono la misura, valutano eventuali soglie, e la inviano al DSG. Ciascuna sonda ha una portata radio di circa 300 metri outdoor e circa 40-70 metri indoor. Se si interrompe la comunicazione tra la sonda ed il DSG, continua l’acquisizione delle misure che saranno memorizzate nella memoria locale (fino a 8.000 misure, corrispondenti a circa un anno di misurazioni con una frequenza di misura di 1 ora), e trasmesse al DSG non appena si ristabilisce il collegamento.
2. Router - I router hanno la funzione di ripetitori e instradamento dei segnali, la portata radio di un router è analoga a quella di una sonda.
3. Gruppi di sensori – Le sonde possono essere organizzate in gruppo per facilitarne la gestione in modo che un insieme faccia riferimento ad una unità logica di tipo organizzativo o geografico (ad esempio “laboratorio”).
4. DSG (Data Storage Gateway) – Il DSG archivia le misure e gli allarmi provenienti dalle sonde. È accessibile tramite interfaccia web, previo collegamento: ad una rete LAN (Ethernet), ad una rete WI-FI (con modulo opzionale) o con chiamata GSM. La web application che risiede sul DSG consente la configurazione della rete WSN (sonde e router) e la visualizzazione dei dati memorizzati con la possibilità di esportare gli stessi su file nel formato CSV (Comma Separated Value). La memoria del DSG è in grado di memorizzare fino a 200.000 misure per ogni sensore.

I browser supportati sono: Internet Explorer e Firefox. La visualizzazione in formato grafico delle misure richiede l’installazione del plugin Adobe Flash Player sul browser.

Soluzioni WEOLO™

WEOLO™ DATA ACQUISITION – LA GESTIONE DEI DATI WEOLO™

La piattaforma tecnologica utilizzata per il sistema WEOLO™ è basata su prodotti open-source di pubblico dominio e come tali personalizzabili e verificabili in termini di efficienza e sicurezza

Il cuore centrale del sistema WEOLO™ è costituito dal Data Storage Gateway (DSG): si tratta di un PC-embedded il cui sistema operativo è Linux-based. Esso è in grado di scambiare dati utilizzando:

1. il protocollo proprietario WINE (868 MHz) ed in opzione il protocollo ZigBee (2,4 GHz) verso la rete di sensori WSN
2. i protocolli Ethernet, Wi-fi (802.11), GSM/Gprs con TCP/IP verso reti esterne.

I dati sono acquisibili da remoto in tempo reale tramite browser web, senza installare alcun software aggiuntivo sul PC dell’operatore. L’utente può accedere all’interfaccia grafica previa autenticazione con username e password. Il sistema consente di profilare tre tipologie di utenza: amministratore del sistema, amministratore dell’applicazione WEOLO™, utente in sola lettura. Ogni operazione eseguita viene tracciata su tabelle del sistema ed un insieme di report ne permette la consultazione.

Per maggior sicurezza nell’accesso ai dati, i sensori possono essere suddivisi in gruppi, che consentono di associare determinati utenti ai sensori o gruppi di essi. Questa associazione consente di limitare il campo di visualizzazione degli utenti di un gruppo.

I dati raccolti dalla rete di sensori e i parametri impostabili da interfaccia utente sono tutti registrati su un RDBMS basato sulla software library SQLite v.3. Ciò comporta una serie di vantaggi quali:

1. semplicità ed efficienza
2. disponibilità di un unico punto di raccolta dei dati senza la necessità di configurare un server dedicato
3. portabilità ed esportazione dei dati stessi data dal modello relazionale
4. semplice integrazione del DataBase di ogni DSG verso un unico Centro Servizi
5. verificabilità dei dati
6. possibilità di analizzare i dati stessi con cruscotti decisionali.

I dati raccolti sono esportabili in formato testuale CSV (comma-separated values) ed eventualmente compressi in un archivio compatibile con WinZIP, in modo da garantirne la piena compatibilità sia con i tradizionali strumenti di Office Automation (Microsoft Excel) sia verso i loader applicativi al fine di caricarli su sistemi informativi già presenti presso il Cliente finale.
I metodi per recuperare i file CSV sono due:

1. download manuale: può essere fatto dall’interfaccia web o dal software di gestione specificando i sensori di cui si vogliono scaricare i dati e l’intervallo temporale di interesse.
2. upload automatico, opportunamente configurabile, richiede che il sistema sia connesso in rete e che possa raggiungere il server di destinazione, con una pianificazione giornaliera, settimanale o mensile, che può essere impostata automaticamente sul DSG o a richiesta da sistema esterno. Il server di upload può essere del tipo FTP, SFTP, SCP o SMTP (con l’invio dei file allegati ad una email).

I dati raccolti all’interno del DataBase relazionale non riguardano solo le misure (temperatura, umidità, deformazione, CO, CO2, ecc…..) raccolte dai sensori, ma anche informazioni relative ad allarmi, notifiche, archivi, reperibili, diagnostica WSN e azioni di configurazione operate dagli utenti per garantirne la tracciabilità.

Per quanto concerne le misure rilevate dai sensori sono archiviate dal DSG in intervalli prestabiliti e personalizzabili singolarmente per ogni sensore.
Dall’interfaccia web le misure possono essere visualizzate in formato grafico e/o tabellare. La selezione dei dati da visualizzare avviene su base temporale, scegliendo la data e l’ora d’inizio e fine, e scegliendo fino ad un massimo di 5 sensori per grandezza.

Il sistema si occupa di verificare in continuo le eventuali soglie di misura precedentemente impostate al loro superamento, il proprio stato di funzionamento e la condizione della rete WSN generando degli allarmi (es. via email o SMS) opportunamente personalizzabili. Gli allarmi sono memorizzati dal sistema e visualizzabili in formato tabellare dall’interfaccia web, con la possibilità di fare ricerche in base all’ora ed alla data.

Il sistema memorizza la data e l’ora in cui si è verificato l’allarme con un messaggio esplicativo della causa che lo ha generato. Nel caso di superamenti di soglie viene indicato il sensore di riferimento, il suo gruppo, il valore misurato e quello di soglia.

Gli allarmi generati possono essere notificati via eMail o SMS in base ai turni di reperibilità definiti per gli utenti del sistema.

Il sistema WEOLO™ è in grado di interoperare con altri server aziendali e in particolare con sistemi SCADA (“Supervisory Control And Data Acquisition”), in generale con quei sistemi che aderiscono a standard aperti per quanto riguarda l’esposizione di interfacce verso il mondo esterno.
In dettaglio, il sistema WEOLO™ può scambiare dati attraverso:

1. un XSD (XML Schema Definition) dettagliando il protocollo applicativo di input (richiesta informazioni con invio parametri) ed output (risultato della query e invio dei dati). In tal caso si installa sul DSG un Web Service in grado di accettare richieste di servizi quali, ad esempio, query nel Database per lettura dati in un determinato intervallo temporale. L’estrema flessibilità ed adattabilità dei formati XML permette di integrare a livello applicativo il DSG con ogni tipo di sistema (anche di vendor diversi e contemporaneamente) che possa comunicare sulla base degli standard definiti per le architetture Web Service e SOA;
2. il protocollo MODBUS over Ethernet TCP/IP, ove il DSG è il Modbus Slave, anche utilizzando un OPC (Ole for Process Control) server in ambiente SCADA Microsoft;
3. scripting shell automatici e trasporto tramite protocollo SCP verso server remoti (es. ogni 12 ore)

Il sistema WEOLO™ è dotato di un proprio Centro Servizi, anch’esso basato su Linux e con i più diffusi ed affermati RDBMS, da ORACLE a MySQL, che permette di accentrare in un unico punto di raccolta più DSG afferenti a più siti diversi, offrendo così funzioni di elaborazione dei dati aggregati, al fine di generare report complessi, statistiche, grafici e tabelle comparative, grazie all’utilizzo di modelli dati multidimensionali in grado di consentire la visualizzazione delle informazione attraverso più dimensioni di analisi.