Zdalny monitoring obiektów bez obsługi przez 4G: architektura i lista

Stacje pompowe, zbiorniki i maszyny u klientów często mają zasilanie, ale nie mają przewodowej sieci. Łącze komórkowe jest wtedy praktycznym sposobem na wysłanie danych i alarmów. Ten artykuł opisuje zdalny monitoring obiektu bez obsługi przez 4G warstwa po warstwie: co działa na obiekcie, jak zbudować połączenie, jak obsłużyć zasilanie, alarmy i utratę łączności oraz które urządzenia ICP DAS się do tego nadają.

Architektura zdalnego monitoringu 4G w trzech warstwach

• Na obiekcie: moduły I/O, liczniki i czujniki oraz sterownik brzegowy, który zbiera wartości, wykonuje lokalną logikę i obsługuje komunikację.
• Łącze: modem lub router 4G, wbudowany w sterownik albo zainstalowany osobno, z kartą SIM i anteną.
• Centrala: oprogramowanie, które przechowuje i wyświetla dane oraz rozsyła alarmy, np. SCADA, broker MQTT z bazą danych lub IoTstar.

Decyzje sterujące pozostaw na obiekcie. Zatrzymanie pompy przy pracy na sucho lub włączenie wentylatora przy wysokiej temperaturze nie powinno zależeć od sieci komórkowej. Łącze komórkowe służy do raportowania, nadzoru i dostępu serwisowego.

Budowa połączenia od strony obiektu

Większość abonamentów mobilnych przydziela karcie SIM prywatny adres IP za translacją NAT operatora. Serwer centralny nie może więc nawiązać połączenia z obiektem, dlatego to obiekt musi łączyć się na zewnątrz. Najczęściej spotyka się trzy schematy:

• Wysyłanie danych z obiektu. Sterownik publikuje dane do brokera MQTT lub wysyła je na serwer. Działa to ze standardowymi kartami SIM. Tam, gdzie urządzenie to obsługuje, używaj MQTT przez TLS (port 8883).
• Tunel VPN. Router lub sterownik obiektu buduje tunel do centralnego serwera VPN, a systemy centralne docierają do obiektu przez ten tunel. Jest to potrzebne, gdy SCADA odpytuje Modbus TCP albo serwisanci potrzebują interfejsu WWW urządzenia.
• Prywatny APN. Niektórzy operatorzy oferują sieci prywatne ze stałymi adresami. Rozwiązanie wiąże się wtedy z jednym operatorem.

Nie wystawiaj Modbus TCP ani interfejsu WWW urządzenia do Internetu przez przekierowanie portów. Modbus TCP nie ma uwierzytelniania, więc każdy, kto dotrze do portu, może odczytywać i zapisywać wartości. Uwzględnij też objętość danych: odpytywanie każdego rejestru co sekundę zużywa znacznie więcej transferu niż wysyłanie wartości przy zmianie lub w stałym interwale.

Zasilanie, antena i obudowa

Zaplanuj awarię sieci energetycznej. Jeśli sterownik i router zasilane są napięciem stałym z buforem akumulatorowym, obiekt nadal może zgłosić awarię i prowadzić rejestrację. Podłącz sygnał obecności zasilania sieciowego do wejścia cyfrowego, aby sama awaria stała się alarmem.

Montuj antenę poza metalowymi szafami i sprawdź jakość sygnału w rzeczywistym miejscu instalacji. Szafy w pełnym słońcu się nagrzewają, dlatego porównaj zakres temperatur pracy każdego komponentu z warunkami na obiekcie.

Dla obiektów zasilanych energią słoneczną sterownik PAC oszczędzający energię G-4510 ma wbudowaną ładowarkę solarną do akumulatora ołowiowo-kwasowego 12 V, odłączanie przy niskim napięciu i opcjonalny moduł modemu 4G, a deklarowany pobór prądu w głębokim uśpieniu wynosi poniżej 10 mA przy 12 VDC. Jest to programowalny sterownik MiniOS7, a nie urządzenie konfigurowane przez przeglądarkę.

Alarmy i buforowanie przy braku łączności

Zaplanuj co najmniej dwie ścieżki alarmowe. E-mail i MQTT wymagają działającego połączenia danych. SMS nie zależy od sesji danych, co czyni go użyteczną drugą ścieżką dla alarmów krytycznych.

System centralny powinien także wykrywać ciszę: jeśli obiekt nie zgłosił się w określonym czasie, wygeneruj alarm łączności.

Zapisuj pomiary lokalnie ze znacznikami czasu i wyślij zarejestrowane dane po powrocie łączności, aby baza centralna nie miała luk. Synchronizuj zegary urządzeń przez SNTP, aby znaczniki czasu z różnych obiektów można było porównywać.

Urządzenia ICP DAS do obiektów 4G

Urządzenia z wbudowanym 4G na rynek EMEA

WISE-5231M-4GE i WISE-2841M-4GE to sterowniki brzegowe z modemem 4G, przeznaczonym dla pasm częstotliwości EMEA (LTE FDD B1, B3, B5, B7, B8 i B20 oraz 3G WCDMA). Wykonują reguły IF-THEN-ELSE, rejestrują dane na wbudowanej karcie microSD 32 GB, publikują przez MQTT z SSL i wysyłają alarmy e-mailem oraz SMS. Oba odczytują moduły I/O RS-485 i Modbus TCP, przyjmują 12 do 48 VDC i pracują w zakresie od -25 do +75 °C. WISE-2841M-4GE dodatkowo obsługuje VPN, HTTPS, SFTP/FTPS i SNMP v3.

PMC-5231M-4GE to koncentrator mierników mocy z tymi samymi pasmami EMEA. Odczytuje mierniki mocy ICP DAS z Modbus, zapisuje dane na microSD i automatycznie wysyła pliki z dziennika po przywróceniu łączności sieciowej.

GRP-540M-4GE to bramka Ethernet, szeregowa i CAN do 4G z funkcjami routera i mapowania portów oraz pasmami LTE B1, B3, B5, B7, B8 i B20.

Urządzenia Ethernet za przemysłowym routerem 4G

Każde urządzenie ICP DAS z łącznością Ethernet można też zainstalować za standardowym przemysłowym routerem 4G. Serwery komunikacyjne serii UA, np. UA-5231M, zbierają dane Modbus, udostępniają OPC UA i MQTT, zawierają klienta OpenVPN i po okresie offline odzyskują zdalne dane z bazy. Moduły I/O serii ET-2200, np. ET-2217, publikują dane bezpośrednio do brokera MQTT.

Oprogramowanie centralne i akcesoria

IoTstar działa na serwerze Windows lub maszynie wirtualnej w chmurze publicznej. Zapewnia zdalny serwis i aktualizacje firmware sterowników WISE, PMC i PMD, importuje dane czasu rzeczywistego i historyczne do MS SQL, MySQL lub Oracle oraz udostępnia pulpity z listą zdarzeń alarmowych. Instalację uzupełniają zewnętrzne anteny, np. ANT-421-05, antena 4G LTE ze złączem SMA.

Warianty komórkowe i pasma częstotliwości różnią się w zależności od regionu, a kilka modeli komórkowych ICP DAS jest sprzedawanych tylko na określonych rynkach. Przed sfinalizowaniem projektu sprawdź dostępność w swoim kraju u działu sprzedaży.

Lista kontrolna przed instalacją

• Jakość sygnału i zasięg operatora w miejscu instalacji
• Typ karty SIM (publiczny IP, prywatny IP lub prywatny APN) oraz spodziewana objętość danych
• Schemat połączenia: wysyłanie do brokera lub serwera albo VPN do odpytywania i serwisu
• Logika, która musi działać lokalnie przy braku łączności
• Ścieżki alarmowe oraz alarm utraty łączności w systemie centralnym
• Lokalna rejestracja danych i ponowne wysłanie po ponownym połączeniu
• Zasilanie, bufor akumulatorowy i wejście sygnalizujące awarię sieci
• Zakres temperatur szafy i położenie anteny

Prześlij nam opis swoich obiektów, sygnałów i systemu centralnego, a nasz dział techniczno-handlowy zaproponuje odpowiedni układ.