PARTE 3 - Monitorização remota de barragens de rejeitos Série de perguntas e respostas: Instalação e operações de sensores mundiais

Na terceira parte da nossa série de perguntas e respostas baseada no webinar da Worldsensing sobre monitorização remota IoT de barragens de rejeitos, agora disponível a pedido, Vincent Le Borgne e Juan Pérez Arcas respondem às suas perguntas sobre a instalação e as operações da Worldsensing.

Utilizando um cartão SIM [módulo de identificação de subscritor] com o gateway, pode empurrar automaticamente os dados para um sítio FTP [File Transfer Protocol] num intervalo pré-definido, como por exemplo cada hora?

Juan Pérez, engenheiro geotécnico, especialista em monitorização sem fios e proprietário do sistema líder de monitorização baseada na IoT, Worldsensing: 

Sim. O gateway tem um modem interno e é possível utilizar um cartão SIM para conectividade. Com a arquitectura de gateway único, o servidor está pronto para empurrar dados via FTP. Não há intervalo pré-definido: os dados são automaticamente empurrados para um cliente FTP após a leitura ou a cada 15 minutos.

Como se transmitem dados no subsolo em minas profundas? Qual é o limite de profundidade dos sistemas de instrumentação em locais de mineração subterrânea? Utilizam fibra ou têm um modo de transmissão sem fios para transmitir os dados para fora ou para estações de base de superfície? 

Juan Pérez: 

Os nós Worldsensing são robustos e foram testados em temperaturas que variam entre -40ºC e +80ºC, pelo que podem resistir a ambientes adversos, como as minas subterrâneas. Estamos abertos a projectos para testar os limites de profundidade do nosso sistema de monitorização e para compreender como as condições ambientais podem afetar a qualidade da rede em minas subterrâneas profundas. O nó do medidor de distância a laser da Worldsensing pode ser particularmente útil para a monitorização da convergência. 

Os nós Worldsensing também podem ler extensómetros de furos de sondagem multiponto, células de pressão e outros sensores frequentemente utilizados para monitorização subterrânea. O Worldsensing pode ser utilizado como uma solução de última milha no interior de galerias profundas. Os nós enviam dados sem fios para gateways subterrâneos que estão ligados a pontos de fibra ótica utilizados para o controlo de máquinas e câmaras, de modo a transmitir os dados para a superfície.

Os registadores de dados existentes podem ser integrados neste sistema?

Juan Pérez: 

Ainda não. Embora seja possível ligar dispositivos LoRaWAN de outros fabricantes, não é possível integrar registadores de dados que utilizem tecnologias de comunicação como RSTAR da RST Instruments ou GeoNet da Geokon. A Worldsensing está a trabalhar com parceiros para validar e integrar dispositivos LoRaWAN que possam oferecer novas aplicações para além da nossa solução, por exemplo, para localizar trabalhadores e pequenas máquinas.

Ao utilizar múltiplos gateways para reduzir a perda de dados, o seu software é capaz de combinar dados de múltiplos nós?

Juan Pérez: 

Se estiver a utilizar redes multi-portas, sim. O servidor de rede de rádio combina mensagens de rádio de múltiplos nós, o que evita a duplicidade ou conflito de dados. Se estiver a utilizar um único gateway é possível minimizar a perda de dados instalando um sistema de alimentação ininterrupta ou uma bateria de reserva. 

Precisa de utilizar repetidores quando uma instalação de armazenamento de rejeitos se encontra na parte de trás das lixeiras e o escritório está do outro lado? 

Juan Pérez: 

Não. Na configuração que descreveu, recomendamos que o portal seja instalado numa posição mais elevada do que as lixeiras e posicionado com linha de visão para a barragem de rejeitos. O gateway tem um modem celular interno e uma porta Ethernet para que possa ser ligado à rede da mina. É importante posicionar o gateway como a antena do sistema. Se as torres de comunicação para comunicações de rádio celular e voz já estiverem implantadas na sua mina, estes são locais ideais para o gateway porque têm uma fonte de alimentação e conectividade.

As arrays de forma são compatíveis com a sua estação de registo? 

Juan Pérez: 

Atualmente, as matrizes de formas não são compatíveis com o Worldsensing. Já estamos a trabalhar nesta integração, pelo que espero podermos partilhar boas notícias em breve.

Os nós sem fios permitem-lhe ligar no máximo seis sensores. Existe um nó que permita mais sensores, considerando barragens, tais como projectos de enrocamento de superfície de betão, que têm muita instrumentação?

Juan Pérez: 

É verdade que atualmente não dispomos de nós com mais canais. Temos um nó de fio vibratório de cinco canais e um nó analógico de quatro canais. Para além disso, o nosso nó digital pode ler cadeias de até 30 sensores digitais, ou até 50 utilizando alimentação externa.Informe-nos sobre as suas necessidades de monitorização para barragens de enrocamento com face de betão e tenho a certeza de que encontrar emos uma solução.

O LoRa pode ser utilizado numa estrutura de betão ou é demasiado sensível a barreiras?

Juan Pérez: 

É possível atravessar alguns obstáculos com LoRa. Por exemplo, alguns nós Worldsensing estão instalados no piso -7 de um edifício em Paris e o gateway está instalado ao nível do solo, recebendo as mensagens de rádio. No entanto, se houver uma massa espessa de concreto, como em uma barragem de concreto maciço, ou rocha, como em minas subterrâneas, o wireless só deve ser usado em galerias.

Os nós podem actuar como relés quando os nós remotos não podem ver directamente a porta de entrada, como numa rede em malha?

Juan Pérez: 

Não, a Worldsensing não utiliza uma rede em malha. Usamos redes em estrela. A sensibilidade do rádio significa que um nó nem sempre precisa ver o gateway e pode superar alguns obstáculos. Dito isso, sempre recomendamos instalar o gateway em um ponto alto para melhorar o alcance, especialmente quando os nós não têm linha de visão.

Os gateways também podem ser ligados a instrumentos ou são apenas para transmissão de dados?

Juan Pérez: 

Não, não é possível ligar instrumentos a gateways. As gateways são utilizadas apenas para a transmissão de dados. Na realidade, um gateway é a antena da rede sem fios. É por isso que deve ser implantada num ponto alto, como uma torre de comunicação. As gateways estão tipicamente localizadas longe de qualquer sensor geotécnico ou estrutural.

Os registadores de dados de nós armazenam múltiplas leituras a bordo e depois transmitem-nas ou transmitem leituras únicas?

Juan Pérez: 

Devido ao baixo consumo de energia da transmissão, os nós digitais ou registadores de dados dos nós transmitem cada leitura após a medição, fornecendo dados em tempo quase real.

Qual é o intervalo máximo em que podem ser recolhidos dados utilizando um kit de monitorização Worldsensing?

Juan Pérez: 

Atualmente, a taxa de aquisição mais elevada possível quando se utiliza o Worldsensing é uma amostra a cada 30 segundos e a mais baixa é uma amostra a cada 24 horas.

O que pode ser instalado no nó para aumentar o alcance do rádio?

Vincent Le Borgne, gestor de I&D em minas: 

Utilizámos uma antena omnidirecional regular resistente que transmite uniformemente em todas as direcções. As antenas normais com alcances de 15 quilómetros são normalmente mais do que suficientes para a maioria das nossas aplicações, mas em teoria seria possível utilizar uma antena direcional. Uma antena Yagi é o tipo mais comum. Não é algo que tenhamos de utilizar frequentemente.

Pode comentar os requisitos de manutenção e resolução de problemas, especialmente durante a escalada inicial em locais remotos de minas? Qual é a manutenção necessária? Pode ser feita com funcionários internos qualificados?

Juan Pérez: 

A manutenção é mínima e depende da localização do nó. Após uma breve introdução e formação básica, cada empregado é capaz de manter os nós e o portal e gerir os dados através de uma aplicação móvel. Uma inspecção visual mensal é uma boa prática, particularmente em áreas com actividade. Além disso, recomendamos a inspecção do nó e dos cabos sensores após a detecção de leituras anómalas ou em falta. Para minimizar as rondas de manutenção manual, também recomendamos que invista em software que possa mostrar o estado da rede e disparar alarmes em caso de inactividade. 

Finalmente, outro requisito de manutenção importante é o das baterias. Embora as baterias possam durar até 10 anos, é boa prática programar alterações com base nas estimativas da vida útil da bateria e na frequência de aquisição de dados. 

Pode mencionar algumas opções de avaliação da fiabilidade da instrumentação durante o funcionamento, quando se trabalha à distância?

Vincent Le Borgne: 

Os nós em si são fiáveis e não colocaram problemas. A próxima plataforma multigateway abordará também possíveis problemas de conectividade ou perda de dados, permitindo gateways redundantes nos projectos.

Juan Pérez: 

O sistema Worldsensing fornece informações detalhadas sobre a fiabilidade da rede sem fios. Todas as mensagens de rádio incluem um número de sequência, pelo que é possível identificar a quantidade de mensagens recebidas e perdidas no total e em cada um dos cinco dias anteriores. Além disso, estão disponíveis informações relacionadas com a intensidade do sinal. 

Por outro lado, e em relação à fiabilidade da medição do sensor, os nós Worldsensing incluem verificações internas para transmitir leituras verificadas quando tal é possível.