4G-fjernovervåking av ubemannede anlegg: arkitektur og sjekkliste

Pumpestasjoner, høydebasseng og maskiner hos kunder har ofte strøm, men ikke kablet nettverk. Da er en mobilforbindelse den praktiske måten å få ut data og fram alarmer på. Denne artikkelen gjennomgår 4G-fjernovervåking av et ubemannet anlegg lag for lag: hva som kjører lokalt, hvordan forbindelsen bygges opp, hvordan du håndterer strøm, alarmer og brudd i forbindelsen, og hvilke ICP DAS-enheter som passer.

En arkitektur for 4G-fjernovervåking i tre lag

• Lokalt: I/O-moduler, målere og sensorer, pluss en edge-kontroller som samler inn verdiene, kjører lokal logikk og tar seg av kommunikasjonen.
• Forbindelse: et 4G-modem eller en 4G-ruter, innebygd i kontrolleren eller montert separat, med SIM-kort og antenne.
• Sentralt: programvare som lagrer og viser dataene og distribuerer alarmer, for eksempel SCADA, en MQTT-broker med database, eller IoTstar.

Hold styringsbeslutningene lokalt på anlegget. Å stoppe en pumpe ved tørrkjøring eller starte en vifte ved høy temperatur skal ikke være avhengig av mobilnettet. Mobilforbindelsen er for rapportering, overvåking og tilgang for vedlikehold.

Bygg forbindelsen fra anlegget og utover

De fleste mobilabonnementer gir SIM-kortet en privat IP-adresse bak operatørens NAT. En sentral server kan ikke åpne en forbindelse til anlegget, så anlegget må koble seg ut. Tre mønstre er vanlige:

• Send data fra anlegget. Kontrolleren publiserer til en MQTT-broker eller sender data til en server. Dette fungerer med vanlige SIM-kort. Bruk MQTT over TLS (port 8883) der enheten støtter det.
• VPN-tunnel. Ruteren eller kontrolleren på anlegget setter opp en tunnel til en sentral VPN-server, og sentrale systemer når anlegget gjennom den. Dette trengs når SCADA poller Modbus TCP eller når teknikere trenger webgrensesnittet for vedlikehold.
• Privat APN. Noen operatører tilbyr private nett med faste adresser. Dette binder løsningen til én operatør.

Ikke eksponer Modbus TCP eller en enhets webgrensesnitt mot Internett via portvideresending. Modbus TCP har ingen autentisering, så alle som når porten kan lese og skrive verdier. Tenk også på datamengden: å polle alle registre én gang i sekundet bruker langt mer data enn å sende verdier ved endring eller med fast intervall.

Strøm, antenne og kabinett

Planlegg for strømbrudd. Hvis kontrolleren og ruteren går på en DC-forsyning med batteribackup, kan anlegget fortsatt melde fra om bruddet og fortsette loggingen. Koble nettspenning-OK-signalet til en digital inngang, slik at selve strømbruddet blir en alarm.

Monter antennen utenfor metallskap og kontroller signalkvaliteten på det faktiske monteringsstedet. Skap i direkte sollys blir varme, så sammenlign driftstemperaturområdet for alle komponenter med forholdene på stedet.

For solcelledrevne anlegg har den strømsparende PAC-en G-4510 innebygd solcellelader for et 12 V blybatteri, lavspenningsutkobling og en valgfri 4G-modemmodul, med oppgitt forbruk i dyp hvilemodus under 10 mA ved 12 VDC. Det er en programmerbar MiniOS7-kontroller, ikke en enhet som konfigureres i nettleseren.

Alarmer og bufring når forbindelsen er nede

Planlegg minst to alarmveier. E-post og MQTT krever en fungerende dataforbindelse. SMS er ikke avhengig av en dataøkt, og er derfor en nyttig reservevei for kritiske alarmer.

Det sentrale systemet bør også oppdage stillhet: Hvis et anlegg ikke har rapportert innen en angitt tid, skal det gis en kommunikasjonsalarm.

Logg målinger lokalt med tidsstempel og send de loggede dataene når forbindelsen er tilbake, slik at den sentrale databasen ikke får hull. Synkroniser enhetsklokkene med SNTP, slik at tidsstempler fra ulike anlegg kan sammenlignes.

ICP DAS-enheter for 4G-anlegg

Enheter med innebygd 4G for EMEA

WISE-5231M-4GE og WISE-2841M-4GE er edge-kontrollere med 4G-modem spesifisert for EMEA-frekvensbånd (LTE FDD B1, B3, B5, B7, B8 og B20, samt 3G WCDMA). De kjører IF-THEN-ELSE-regler, logger data til et innebygd 32 GB microSD-kort, publiserer over MQTT med SSL og sender alarmer på e-post og SMS. Begge leser I/O-moduler via RS-485 og Modbus TCP, tar 12 til 48 VDC og fungerer fra -25 til +75 °C. WISE-2841M-4GE har i tillegg VPN, HTTPS, SFTP/FTPS og SNMP v3.

PMC-5231M-4GE er en datakonsentrator for strømmålere med de samme EMEA-båndene. Den leser ICP DAS Modbus-strømmålere, logger til microSD og sender loggfilene automatisk tilbake når nettverksforbindelsen er gjenopprettet.

GRP-540M-4GE er en gateway fra Ethernet, seriell og CAN til 4G med ruter- og portmappingsfunksjoner og LTE-båndene B1, B3, B5, B7, B8 og B20.

Ethernet-enheter bak en industriell 4G-ruter

Alle ICP DAS-enheter med Ethernet kan også installeres bak en vanlig industriell 4G-ruter. Kommunikasjonsservere i UA-serien, som UA-5231M, samler inn Modbus-data, tilbyr OPC UA og MQTT, har innebygd OpenVPN-klient og gjenoppretter data til en ekstern database etter en periode uten forbindelse. I/O-moduler i serien ET-2200, som ET-2217, publiserer direkte til en MQTT-broker.

Sentral programvare og tilbehør

IoTstar kjører på en Windows-server eller en virtuell maskin i en offentlig sky. Den gir fjernvedlikehold og fastvareoppdateringer for WISE-, PMC- og PMD-kontrollere, importerer sanntidsdata og historiske data til MS SQL, MySQL eller Oracle, og tilbyr dashbord med alarmhendelsesliste. Eksterne antenner som ANT-421-05, en 4G LTE-antenne med SMA-kontakt, fullfører installasjonen.

Mobilvarianter og frekvensbånd varierer mellom regioner, og flere av ICP DAS' mobilmodeller selges bare i bestemte markeder. Sjekk tilgjengeligheten for ditt land med salgsavdelingen før du ferdigstiller løsningen.

Sjekkliste før installasjon

• Signalkvalitet og operatørdekning på monteringsstedet
• SIM-type (offentlig IP, privat IP eller privat APN) og forventet datamengde
• Forbindelsesmønster: sending til broker eller server, eller VPN for polling og vedlikehold
• Logikk som må fortsette å kjøre lokalt når forbindelsen er nede
• Alarmveier og alarm for kommunikasjonsbrudd i det sentrale systemet
• Lokal logging og ettersending etter gjenoppkobling
• Strømforsyning, batteribackup og inngang for strømbrudd
• Temperaturområde i skapet og antenneplassering

Send oss en beskrivelse av anleggene, signalene og det sentrale systemet, så foreslår vårt tekniske salgsteam et passende oppsett.