4G-fjernovervågning af ubemandede anlæg: arkitektur og tjekliste

Pumpestationer, højdebeholdere og maskiner hos kunder har ofte strøm, men intet kablet netværk. Her er en mobilforbindelse den praktiske måde at få data ud og alarmer igennem. Denne artikel gennemgår 4G-fjernovervågning af et ubemandet anlæg lag for lag: hvad der kører lokalt, hvordan forbindelsen opbygges, hvordan strøm, alarmer og afbrudte forbindelser håndteres, og hvilke ICP DAS-enheder der passer.

En arkitektur for 4G-fjernovervågning i tre lag

• Lokalt: I/O-moduler, målere og sensorer samt en edge-controller, der indsamler værdierne, kører lokal logik og står for kommunikationen.
• Forbindelse: et 4G-modem eller en 4G-router, indbygget i controlleren eller monteret separat, med SIM-kort og antenne.
• Centralt: software, der gemmer og viser data og fordeler alarmer, f.eks. SCADA, en MQTT-broker med database eller IoTstar.

Lad styringsbeslutningerne blive på anlægget. At stoppe en pumpe ved tørløb eller starte en ventilator ved høj temperatur må ikke afhænge af mobilnettet. Mobilforbindelsen er til rapportering, overvågning og vedligeholdelsesadgang.

Opbyg forbindelsen fra anlægget og udad

De fleste mobilabonnementer giver SIM-kortet en privat IP-adresse bag operatørens NAT. En central server kan ikke åbne en forbindelse til anlægget, så anlægget skal selv forbinde udad. Tre mønstre er almindelige:

• Push data fra anlægget. Controlleren publicerer til en MQTT-broker eller sender data til en server. Det fungerer med almindelige SIM-kort. Brug MQTT over TLS (port 8883), hvor enheden understøtter det.
• VPN-tunnel. Routeren eller controlleren på anlægget opretter en tunnel til en central VPN-server, og de centrale systemer når anlægget gennem den. Det er nødvendigt, når SCADA poller Modbus TCP, eller når teknikere skal bruge webinterfacet til vedligeholdelse.
• Privat APN. Nogle operatører tilbyder private netværk med faste adresser. Det binder løsningen til én operatør.

Gør ikke Modbus TCP eller en enheds webinterface tilgængeligt fra internettet via port forwarding. Modbus TCP har ingen autentificering, så alle, der kan nå porten, kan læse og skrive værdier. Tænk også på datamængden: at polle alle registre én gang i sekundet bruger langt mere data end at sende værdier ved ændring eller med et fast interval.

Strøm, antenne og kabinet

Planlæg for netudfald. Hvis controller og router forsynes fra en DC-forsyning med batteribackup, kan anlægget stadig melde udfaldet og fortsætte logningen. Forbind netspændings-OK-signalet til en digital indgang, så selve udfaldet bliver en alarm.

Monter antennen uden for metalkabinetter, og kontrollér signalkvaliteten på det faktiske monteringssted. Kabinetter i direkte sol bliver varme, så sammenlign driftstemperaturområdet for alle komponenter med forholdene på stedet.

Til solcelleforsynede anlæg har den strømbesparende PAC G-4510 en indbygget solcelleoplader til et 12 V blybatteri, frakobling ved lav spænding og et valgfrit 4G-modemmodul med et opgivet forbrug i deep sleep på under 10 mA ved 12 VDC. Det er en programmerbar controller med MiniOS7 og ikke en enhed, der konfigureres via browser.

Alarmer og buffering, når forbindelsen er nede

Planlæg mindst to alarmveje. E-mail og MQTT kræver en fungerende dataforbindelse. SMS afhænger ikke af en datasession, hvilket gør det til en nyttig sekundær vej for kritiske alarmer.

Det centrale system bør også opdage stilhed: Hvis et anlæg ikke har rapporteret inden for en fastsat tid, skal der udløses en kommunikationsalarm.

Log målinger lokalt med tidsstempel, og send de loggede data, når forbindelsen vender tilbage, så der ikke opstår huller i den centrale database. Synkronisér enhedernes ure med SNTP, så tidsstempler fra forskellige anlæg kan sammenlignes.

ICP DAS-enheder til 4G-anlæg

Enheder med indbygget 4G til EMEA

WISE-5231M-4GE og WISE-2841M-4GE er edge-controllere med et 4G-modem specificeret til EMEA-frekvensbånd (LTE FDD B1, B3, B5, B7, B8 og B20 samt 3G WCDMA). De kører IF-THEN-ELSE-regler, logger data på et indbygget 32 GB microSD-kort, publicerer via MQTT med SSL og sender alarmer via e-mail og SMS. Begge læser I/O-moduler via RS-485 og Modbus TCP, forsynes med 12 til 48 VDC og fungerer fra -25 til +75 °C. WISE-2841M-4GE har desuden VPN, HTTPS, SFTP/FTPS og SNMP v3.

PMC-5231M-4GE er en datakoncentrator til elmålere med de samme EMEA-bånd. Den læser Modbus-elmålere fra ICP DAS, logger på microSD og sender automatisk logfiler tilbage, når netværksforbindelsen er genoprettet.

GRP-540M-4GE er en gateway fra Ethernet, seriel og CAN til 4G med router- og port mapping-funktioner og LTE-båndene B1, B3, B5, B7, B8 og B20.

Ethernet-enheder bag en industriel 4G-router

Alle Ethernet-tilsluttede ICP DAS-enheder kan også installeres bag en almindelig industriel 4G-router. Kommunikationsservere i UA-serien som UA-5231M indsamler Modbus-data, stiller OPC UA og MQTT til rådighed, har en OpenVPN-klient og genopretter data i en fjern database efter en offline-periode. ET-2200 I/O-moduler som ET-2217 publicerer direkte til en MQTT-broker.

Central software og tilbehør

IoTstar kører på en Windows-server eller en virtuel maskine i en offentlig cloud. Den giver fjernvedligeholdelse og firmwareopdatering af controllere af typerne WISE, PMC og PMD, importerer realtids- og historiske data til MS SQL, MySQL eller Oracle og tilbyder dashboards med en liste over alarmhændelser. Eksterne antenner som ANT-421-05, en 4G LTE-antenne med SMA-stik, fuldender installationen.

Mobilvarianter og frekvensbånd varierer fra region til region, og flere af ICP DAS' mobilmodeller sælges kun på bestemte markeder. Tjek tilgængeligheden i dit land med salgsafdelingen, før du lægger dig fast på designet.

Tjekliste før installation

• Signalkvalitet og operatørdækning på monteringsstedet
• SIM-type (offentlig IP, privat IP eller privat APN) og forventet datamængde
• Forbindelsesmønster: push til en broker eller server eller VPN til polling og vedligeholdelse
• Logik, der skal fortsætte lokalt, når forbindelsen er nede
• Alarmveje og en alarm for kommunikationstab i det centrale system
• Lokal logning og eftersendelse efter genetableret forbindelse
• Strømforsyning, batteribackup og en indgang for netudfald
• Kabinettets temperaturområde og antennens placering

Send os en beskrivelse af dine anlæg, signaler og dit centrale system, så foreslår vores tekniske salgsteam en passende løsning.