Surveillance 4G de sites non surveillés : architecture et checklist

Les stations de pompage, les réservoirs et les machines chez les clients disposent souvent d'une alimentation électrique mais pas de réseau filaire. Une liaison cellulaire est alors le moyen pratique de remonter les données et les alarmes. Cet article décrit la surveillance à distance 4G d'un site non surveillé couche par couche : ce qui fonctionne sur site, comment établir la connexion, comment gérer l'alimentation, les alarmes et les coupures de liaison, et quels appareils ICP DAS conviennent.

Une architecture de surveillance 4G en trois couches

• Sur site : modules d'E/S, compteurs et capteurs, ainsi qu'un contrôleur Edge qui collecte les valeurs, exécute la logique locale et gère la communication.
• Liaison : un modem ou routeur 4G, intégré au contrôleur ou installé séparément, avec une carte SIM et une antenne.
• Centre : logiciel qui stocke et affiche les données et diffuse les alarmes, tel qu'un SCADA, un broker MQTT avec base de données, ou IoTstar.

Gardez les décisions de commande sur site. L'arrêt d'une pompe en cas de marche à sec ou le démarrage d'un ventilateur en cas de température élevée ne doivent pas dépendre du réseau mobile. La liaison cellulaire sert au reporting, à la supervision et à l'accès de maintenance.

Établir la connexion depuis le site

La plupart des abonnements mobiles attribuent à la carte SIM une adresse IP privée derrière le NAT de l'opérateur. Un serveur central ne peut donc pas ouvrir une connexion vers le site : c'est le site qui doit se connecter vers l'extérieur. Trois schémas sont courants :

• Pousser les données depuis le site. Le contrôleur publie vers un broker MQTT ou envoie les données à un serveur. Cela fonctionne avec des cartes SIM standard. Utilisez MQTT sur TLS (port 8883) lorsque l'appareil le permet.
• Tunnel VPN. Le routeur ou le contrôleur du site établit un tunnel vers un serveur VPN central, et les systèmes centraux atteignent le site à travers ce tunnel. Cela est nécessaire lorsque le SCADA interroge en Modbus TCP ou lorsque les techniciens ont besoin de l'interface web pour la maintenance.
• APN privé. Certains opérateurs proposent des réseaux privés à adresses fixes. La solution est alors liée à un seul opérateur.

N'exposez pas Modbus TCP ni l'interface web d'un appareil à Internet par redirection de ports. Modbus TCP ne comporte aucune authentification : quiconque atteint le port peut lire et écrire des valeurs. Tenez aussi compte du volume de données : interroger chaque registre chaque seconde consomme beaucoup plus de données que l'envoi des valeurs lors d'un changement ou à intervalle fixe.

Alimentation, antenne et coffret

Prévoyez la coupure du secteur. Si le contrôleur et le routeur fonctionnent sur une alimentation en courant continu avec batterie tampon, le site peut tout de même signaler la panne et continuer à enregistrer. Raccordez le signal « secteur présent » à une entrée numérique afin que la coupure elle-même devienne une alarme.

Montez l'antenne à l'extérieur des armoires métalliques et vérifiez la qualité du signal au point d'installation réel. Les armoires exposées au soleil chauffent : comparez la plage de température de fonctionnement de chaque composant aux conditions du site.

Pour les sites alimentés par panneau solaire, le PAC G-4510 à faible consommation intègre un chargeur solaire pour batterie plomb-acide 12 V, une coupure basse tension et un module modem 4G en option, avec une consommation déclarée en veille profonde inférieure à 10 mA sous 12 VDC. Il s'agit d'un contrôleur MiniOS7 programmable et non d'un appareil configuré par navigateur.

Alarmes et mise en mémoire tampon en cas de coupure

Prévoyez au moins deux voies d'alarme. L'e-mail et MQTT nécessitent une connexion de données opérationnelle. Le SMS ne dépend pas d'une session de données, ce qui en fait une seconde voie utile pour les alarmes critiques.

Le système central doit aussi détecter le silence : si un site n'a pas transmis de données dans un délai défini, déclenchez une alarme de communication.

Enregistrez localement les mesures avec horodatage et envoyez les données journalisées au rétablissement de la connexion, afin que la base centrale ne présente aucune lacune. Synchronisez les horloges des appareils par SNTP pour que les horodatages de différents sites soient comparables.

Appareils ICP DAS pour sites 4G

Appareils à 4G intégrée pour l'EMEA

Les WISE-5231M-4GE et WISE-2841M-4GE sont des contrôleurs Edge dotés d'un modem 4G prévu pour les bandes de fréquences EMEA (LTE FDD B1, B3, B5, B7, B8 et B20, ainsi que la 3G WCDMA). Ils exécutent des règles SI-ALORS-SINON, journalisent les données sur une carte microSD intégrée de 32 Go, publient en MQTT avec SSL et envoient des alarmes par e-mail et SMS. Tous deux lisent des modules d'E/S RS-485 et Modbus TCP, acceptent une alimentation de 12 à 48 VDC et fonctionnent entre -25 et +75 °C. Le WISE-2841M-4GE ajoute le VPN, HTTPS, SFTP/FTPS et SNMP v3.

Le PMC-5231M-4GE est un concentrateur de compteurs d'énergie aux mêmes bandes EMEA. Il lit les compteurs d'énergie Modbus ICP DAS, journalise sur microSD et renvoie automatiquement les fichiers de journalisation au rétablissement du réseau.

Le GRP-540M-4GE est une passerelle Ethernet, série et CAN vers 4G, avec fonctions de routeur et de mappage de ports et les bandes LTE B1, B3, B5, B7, B8 et B20.

Appareils Ethernet derrière un routeur 4G industriel

Tout appareil ICP DAS raccordé en Ethernet peut également être installé derrière un routeur 4G industriel standard. Les serveurs de communication de la série UA, tels que l'UA-5231M, collectent les données Modbus, fournissent OPC UA et MQTT, intègrent un client OpenVPN et récupèrent les données de la base distante après une période hors ligne. Les modules d'E/S ET-2200, tels que l'ET-2217, publient directement vers un broker MQTT.

Logiciel central et accessoires

IoTstar fonctionne sur un serveur Windows ou une machine virtuelle dans un cloud public. Il assure la maintenance à distance et les mises à jour du firmware des contrôleurs WISE, PMC et PMD, importe les données temps réel et historiques dans MS SQL, MySQL ou Oracle, et propose des tableaux de bord avec une liste d'événements d'alarme. Des antennes externes, telles que l'ANT-421-05, une antenne 4G LTE à connecteur SMA, complètent l'installation.

Les variantes cellulaires et les bandes de fréquences diffèrent selon la région, et plusieurs modèles cellulaires ICP DAS ne sont vendus que sur certains marchés. Vérifiez la disponibilité pour votre pays auprès des ventes avant de finaliser la conception.

Checklist avant installation

• Qualité du signal et couverture de l'opérateur au point d'installation
• Type de carte SIM (IP publique, IP privée ou APN privé) et volume de données attendu
• Schéma de connexion : envoi vers un broker ou un serveur, ou VPN pour l'interrogation et la maintenance
• Logique qui doit continuer à fonctionner localement lorsque la liaison est coupée
• Voies d'alarme et alarme de perte de communication au niveau du système central
• Journalisation locale et renvoi après reconnexion
• Alimentation, batterie tampon et entrée de détection de coupure secteur
• Plage de température de l'armoire et position de l'antenne

Envoyez-nous une description de vos sites, de vos signaux et de votre système central, et notre équipe commerciale technique vous proposera une configuration adaptée.