4G-monitoring van onbemande locaties: architectuur en checklist

Pompstations, reservoirs en machines bij klanten hebben vaak wel stroom maar geen bekabeld netwerk. Een mobiele verbinding is dan de praktische manier om data en alarmen door te geven. Dit artikel beschrijft 4G-monitoring van een onbemande locatie laag voor laag: wat er ter plaatse draait, hoe u de verbinding opbouwt, hoe u voeding, alarmen en wegvallende verbindingen afhandelt, en welke ICP DAS-apparaten passen.

Een 4G-monitoringarchitectuur in drie lagen

• Ter plaatse: I/O-modules, meters en sensoren, plus een edge-controller die de waarden verzamelt, lokale logica uitvoert en de communicatie afhandelt.
• Verbinding: een 4G-modem of -router, ingebouwd in de controller of apart geïnstalleerd, met een simkaart en een antenne.
• Centraal: software die de data opslaat en weergeeft en alarmen verdeelt, zoals SCADA, een MQTT-broker met database of IoTstar.

Houd regelbeslissingen ter plaatse. Een pomp stoppen bij droogloop of een ventilator starten bij hoge temperatuur mag niet afhangen van het mobiele netwerk. De mobiele verbinding is bedoeld voor rapportage, toezicht en onderhoudstoegang.

Bouw de verbinding op vanaf de locatie naar buiten

De meeste mobiele abonnementen geven de simkaart een privé-IP-adres achter de NAT van de operator. Een centrale server kan dan geen verbinding naar de locatie openen, dus moet de locatie zelf naar buiten verbinden. Drie patronen komen veel voor:

• Data pushen vanaf de locatie. De controller publiceert naar een MQTT-broker of stuurt data naar een server. Dit werkt met standaard simkaarten. Gebruik MQTT over TLS (poort 8883) waar het apparaat dat ondersteunt.
• VPN-tunnel. De router of controller ter plaatse bouwt een tunnel naar een centrale VPN-server, en centrale systemen bereiken de locatie via die tunnel. Dit is nodig wanneer SCADA Modbus TCP pollt of wanneer engineers de webinterface voor onderhoud nodig hebben.
• Privé-APN. Sommige operators bieden privénetwerken met vaste adressen. Dit koppelt de oplossing aan één operator.

Stel Modbus TCP of een webinterface van een apparaat niet via portforwarding bloot aan internet. Modbus TCP kent geen authenticatie, dus wie de poort bereikt, kan waarden lezen en schrijven. Let ook op het datavolume: elk register één keer per seconde pollen kost veel meer data dan waarden alleen bij wijziging of op een vast interval verzenden.

Voeding, antenne en behuizing

Houd rekening met netstroomuitval. Als de controller en router werken op een gelijkspanningsvoeding met accubuffer, kan de locatie de uitval nog melden en blijft ze loggen. Sluit het signaal 'netspanning OK' aan op een digitale ingang, zodat de uitval zelf een alarm wordt.

Monteer de antenne buiten metalen kasten en controleer de signaalkwaliteit op het daadwerkelijke montagepunt. Kasten in de volle zon worden heet, dus vergelijk het bedrijfstemperatuurbereik van elk onderdeel met de omstandigheden op de locatie.

Voor zonne-energielocaties heeft de G-4510 energiezuinige PAC een ingebouwde zonnelader voor een 12 V loodaccu, laagspanningsafschakeling en een optionele 4G-modemmodule, met een opgegeven diepslaapverbruik onder 10 mA bij 12 VDC. Het is een programmeerbare MiniOS7-controller en geen apparaat dat via de browser wordt ingesteld.

Alarmen en bufferen wanneer de verbinding weg is

Plan minstens twee alarmroutes. E-mail en MQTT vereisen een werkende dataverbinding. sms is niet afhankelijk van een datasessie, waardoor het een bruikbaar tweede pad is voor kritieke alarmen.

Het centrale systeem moet ook stilte detecteren: als een locatie binnen een ingestelde tijd niets heeft gerapporteerd, geeft het een communicatiealarm.

Log metingen lokaal met tijdstempels en stuur de gelogde data door zodra de verbinding terugkeert, zodat de centrale database geen gaten heeft. Synchroniseer de klokken van de apparaten met SNTP, zodat tijdstempels van verschillende locaties vergeleken kunnen worden.

ICP DAS-apparaten voor 4G-locaties

Apparaten met ingebouwde 4G voor EMEA

WISE-5231M-4GE en WISE-2841M-4GE zijn edge-controllers met een 4G-modem voor de EMEA-frequentiebanden (LTE FDD B1, B3, B5, B7, B8 en B20, plus 3G WCDMA). Ze draaien IF-THEN-ELSE-regels, loggen data naar een ingebouwde microSD-kaart van 32 GB, publiceren via MQTT met SSL en versturen alarmen per e-mail en sms. Beide lezen RS-485- en Modbus TCP-I/O-modules, accepteren 12 tot 48 VDC en werken van -25 tot +75 °C. WISE-2841M-4GE voegt VPN, HTTPS, SFTP/FTPS en SNMP v3 toe.

PMC-5231M-4GE is een concentrator voor vermogensmeters met dezelfde EMEA-banden. Hij leest ICP DAS Modbus-vermogensmeters, logt naar microSD en stuurt logbestanden automatisch terug zodra de netwerkverbinding is hersteld.

GRP-540M-4GE is een gateway van Ethernet, RS-485 en CAN naar 4G met router- en poortmappingfuncties en de LTE-banden B1, B3, B5, B7, B8 en B20.

Ethernet-apparaten achter een industriële 4G-router

Elk via Ethernet aangesloten ICP DAS-apparaat kan ook achter een standaard industriële 4G-router worden geïnstalleerd. Communicatieservers uit de UA-serie, zoals UA-5231M, verzamelen Modbus-data, bieden OPC UA en MQTT, bevatten een OpenVPN-client en herstellen data uit de externe database na een offline periode. ET-2200 I/O-modules, zoals ET-2217, publiceren rechtstreeks naar een MQTT-broker.

Centrale software en accessoires

IoTstar draait op een Windows-server of een virtuele machine in een publieke cloud. Het biedt externe onderhoud en firmware-updates voor WISE-, PMC- en PMD-controllers, importeert realtime- en historische data in MS SQL, MySQL of Oracle, en biedt dashboards met een lijst met alarmgebeurtenissen. Externe antennes zoals ANT-421-05, een 4G LTE-antenne met SMA-connector, maken de installatie compleet.

Mobiele varianten en frequentiebanden verschillen per regio, en verschillende ICP DAS-mobiele modellen worden alleen in bepaalde markten verkocht. Controleer de beschikbaarheid voor uw land bij sales voordat u het ontwerp afrondt.

Checklist vóór de installatie

• Signaalkwaliteit en dekking van de operator op het montagepunt
• Simtype (publiek IP, privé-IP of privé-APN) en het verwachte datavolume
• Verbindingspatroon: pushen naar een broker of server, of VPN voor polling en onderhoud
• Logica die lokaal moet blijven draaien wanneer de verbinding weg is
• Alarmroutes en een communicatieverliesalarm in het centrale systeem
• Lokale logging en terugsturen na herverbinding
• Voeding, accubuffer en een ingang voor netspanningsuitval
• Temperatuurbereik van de kast en positie van de antenne

Stuur ons een beschrijving van uw locaties, signalen en centrale systeem, dan stelt ons technisch salesteam een geschikte opstelling voor.