Monitoraggio remoto 4G di siti non presidiati: guida e checklist

Stazioni di pompaggio, serbatoi e macchine presso i siti dei clienti spesso dispongono di alimentazione ma non di una rete cablata. Un collegamento cellulare è quindi il modo pratico per trasferire dati e far arrivare gli allarmi. Questo articolo descrive il monitoraggio remoto 4G di un sito non presidiato strato per strato: cosa gira in sito, come costruire la connessione, come gestire alimentazione, allarmi e perdite di connessione, e quali dispositivi ICP DAS sono adatti.

Un'architettura di monitoraggio remoto 4G su tre livelli

• In sito: moduli I/O, misuratori e sensori, oltre a un edge controller che raccoglie i valori, esegue la logica locale e gestisce la comunicazione.
• Collegamento: un modem o router 4G, integrato nel controller o installato separatamente, con scheda SIM e antenna.
• Centrale: software che memorizza e visualizza i dati e distribuisce gli allarmi, come SCADA, un broker MQTT con database o IoTstar.

Mantieni le decisioni di controllo in sito. Arrestare una pompa in caso di funzionamento a secco o avviare una ventola in caso di temperatura elevata non deve dipendere dalla rete mobile. Il collegamento cellulare serve per la segnalazione, la supervisione e l'accesso per la manutenzione.

Costruire la connessione partendo dal sito

La maggior parte degli abbonamenti mobili assegna alla SIM un indirizzo IP privato dietro il NAT dell'operatore. Un server centrale non può aprire una connessione verso il sito, quindi è il sito a doversi connettere verso l'esterno. Sono comuni tre schemi:

• Invio dei dati dal sito. Il controller pubblica su un broker MQTT o invia dati a un server. Funziona con schede SIM standard. Usa MQTT su TLS (porta 8883) dove il dispositivo lo supporta.
• Tunnel VPN. Il router o il controller del sito costruisce un tunnel verso un server VPN centrale, e i sistemi centrali raggiungono il sito attraverso di esso. Serve quando SCADA interroga Modbus TCP o quando gli ingegneri hanno bisogno dell'interfaccia web per la manutenzione.
• APN privato. Alcuni operatori offrono reti private con indirizzi fissi. Questa soluzione vincola il progetto a un unico operatore.

Non esporre Modbus TCP né l'interfaccia web di un dispositivo a Internet tramite port forwarding. Modbus TCP non prevede autenticazione, quindi chiunque raggiunga la porta può leggere e scrivere valori. Considera anche il volume dei dati: interrogare ogni registro una volta al secondo consuma molti più dati rispetto all'invio dei valori alla variazione o a intervalli fissi.

Alimentazione, antenna e contenitore

Prevedi la mancanza di rete elettrica. Se il controller e il router funzionano con un'alimentazione in corrente continua con batteria tampone, il sito può comunque segnalare il guasto e continuare a registrare. Collega il segnale di presenza rete a un ingresso digitale, così che l'interruzione stessa diventi un allarme.

Monta l'antenna all'esterno dei quadri metallici e verifica la qualità del segnale nel punto di installazione effettivo. I quadri esposti al sole diretto si scaldano, quindi confronta l'intervallo di temperatura di esercizio di ogni componente con le condizioni del sito.

Per i siti alimentati a energia solare, il PAC G-4510 a basso consumo dispone di un caricatore solare integrato per una batteria al piombo da 12 V, di uno scollegamento per bassa tensione e di un modulo modem 4G opzionale, con un consumo dichiarato in deep sleep inferiore a 10 mA a 12 VDC. È un controller MiniOS7 programmabile e non un dispositivo configurabile tramite browser.

Allarmi e buffering in caso di collegamento assente

Prevedi almeno due percorsi di allarme. E-mail e MQTT richiedono una connessione dati funzionante. L'SMS non dipende da una sessione dati, il che lo rende un secondo percorso utile per gli allarmi critici.

Il sistema centrale deve anche rilevare il silenzio: se un sito non ha inviato dati entro un tempo stabilito, deve generare un allarme di comunicazione.

Registra localmente le misure con marcatura temporale e invia i dati registrati al ripristino della connessione, così che il database centrale non presenti lacune. Sincronizza gli orologi dei dispositivi con SNTP in modo che le marcature temporali di siti diversi siano confrontabili.

Dispositivi ICP DAS per siti 4G

Dispositivi con 4G integrato per EMEA

WISE-5231M-4GE e WISE-2841M-4GE sono edge controller con modem 4G specificato per le bande di frequenza EMEA (LTE FDD B1, B3, B5, B7, B8 e B20, più 3G WCDMA). Eseguono regole IF-THEN-ELSE, registrano i dati su una scheda microSD integrata da 32 GB, pubblicano via MQTT con SSL e inviano allarmi via e-mail e SMS. Entrambi leggono moduli I/O RS-485 e Modbus TCP, accettano da 12 a 48 VDC e funzionano da -25 a +75 °C. WISE-2841M-4GE aggiunge VPN, HTTPS, SFTP/FTPS e SNMP v3.

PMC-5231M-4GE è un concentratore per misuratori di potenza con le stesse bande EMEA. Legge i misuratori di potenza Modbus ICP DAS, registra su microSD e invia automaticamente indietro i file di log al ripristino della connessione di rete.

GRP-540M-4GE è un gateway da Ethernet, seriale e CAN a 4G con funzioni di router e port mapping e con le bande LTE B1, B3, B5, B7, B8 e B20.

Dispositivi Ethernet dietro un router 4G industriale

Qualsiasi dispositivo ICP DAS collegato via Ethernet può anche essere installato dietro un router 4G industriale standard. I server di comunicazione della serie UA, come UA-5231M, raccolgono dati Modbus, forniscono OPC UA e MQTT, includono un client OpenVPN e recuperano i dati del database remoto dopo un periodo offline. I moduli I/O della serie ET-2200, come ET-2217, pubblicano direttamente su un broker MQTT.

Software centrale e accessori

IoTstar gira su un server Windows o su una macchina virtuale in un cloud pubblico. Offre manutenzione remota e aggiornamenti firmware per i controller WISE, PMC e PMD, importa dati in tempo reale e storici in MS SQL, MySQL od Oracle, e offre dashboard con un elenco degli eventi di allarme. Antenne esterne come ANT-421-05, un'antenna 4G LTE con connettore SMA, completano l'installazione.

Le varianti cellulari e le bande di frequenza variano da regione a regione, e diversi modelli cellulari ICP DAS sono venduti solo in mercati specifici. Verifica la disponibilità per il tuo paese con il reparto vendite prima di definire il progetto.

Checklist prima dell'installazione

• Qualità del segnale e copertura dell'operatore nel punto di installazione
• Tipo di SIM (IP pubblico, IP privato o APN privato) e volume di dati previsto
• Schema di connessione: invio verso un broker o un server, oppure VPN per interrogazione e manutenzione
• Logica che deve continuare a funzionare localmente quando il collegamento è assente
• Percorsi di allarme e allarme di perdita di comunicazione presso il sistema centrale
• Registrazione locale e reinvio dopo la riconnessione
• Alimentazione, batteria tampone e ingresso di mancanza rete
• Intervallo di temperatura del quadro e posizione dell'antenna

Inviaci una descrizione dei tuoi siti, dei segnali e del sistema centrale, e il nostro team di vendite tecniche proporrà una configurazione adeguata.