4G-fjärrövervakning av obemannade platser: arkitektur och checklista

Pumpstationer, reservoarer och maskiner hos kunder har ofta ström men inget fast nätverk. Då är en mobil uppkoppling det praktiska sättet att få ut data och fram larm. Den här artikeln går igenom 4G-fjärrövervakning av en obemannad plats lager för lager: vad som körs på plats, hur anslutningen byggs upp, hur du hanterar strömförsörjning, larm och avbrott i förbindelsen, och vilka ICP DAS-enheter som passar.

En arkitektur för 4G-fjärrövervakning i tre lager

• På plats: I/O-moduler, mätare och sensorer, samt en edge-styrenhet som samlar in värdena, kör lokal logik och sköter kommunikationen.
• Förbindelse: ett 4G-modem eller en 4G-router, inbyggd i styrenheten eller installerad separat, med SIM-kort och antenn.
• Centralt: programvara som lagrar och visar data och distribuerar larm, till exempel SCADA, en MQTT-broker med databas eller IoTstar.

Låt styrbesluten ligga kvar på plats. Att stoppa en pump vid torrkörning eller starta en fläkt vid hög temperatur ska inte vara beroende av mobilnätet. Den mobila förbindelsen är till för rapportering, övervakning och åtkomst vid underhåll.

Bygg anslutningen inifrån och ut

De flesta mobilabonnemang ger SIM-kortet en privat IP-adress bakom operatörens NAT. En central server kan inte öppna en anslutning till platsen, så platsen måste ansluta utåt. Tre mönster är vanliga:

• Skicka data från platsen. Styrenheten publicerar till en MQTT-broker eller skickar data till en server. Det fungerar med vanliga SIM-kort. Använd MQTT över TLS (port 8883) där enheten stöder det.
• VPN-tunnel. Routern eller styrenheten på platsen sätter upp en tunnel till en central VPN-server, och de centrala systemen når platsen genom den. Det behövs när SCADA pollar Modbus TCP eller när tekniker behöver webbgränssnittet för underhåll.
• Privat APN. Vissa operatörer erbjuder privata nät med fasta adresser. Det binder lösningen till en enda operatör.

Exponera aldrig Modbus TCP eller en enhets webbgränssnitt mot Internet via portvidarebefordran. Modbus TCP saknar autentisering, så vem som helst som når porten kan läsa och skriva värden. Tänk också på datamängden: att polla varje register en gång per sekund förbrukar betydligt mer data än att skicka värden vid förändring eller med ett fast intervall.

Strömförsörjning, antenn och kapsling

Planera för nätavbrott. Om styrenheten och routern matas från ett DC-aggregat med batteribackup kan platsen fortfarande rapportera avbrottet och fortsätta logga. Koppla signalen för nätspänning OK till en digital ingång så att själva avbrottet blir ett larm.

Montera antennen utanför metallskåp och kontrollera signalkvaliteten på den faktiska installationsplatsen. Skåp i direkt solljus blir varma, så jämför drifttemperaturområdet för varje komponent med förhållandena på platsen.

För soldrivna platser har den energisnåla PAC:en G-4510 en inbyggd solladdare för ett 12 V blybatteri, frånkoppling vid låg spänning och en valfri 4G-modemmodul, med en angiven förbrukning i djupviloläge under 10 mA vid 12 VDC. Det är en programmerbar styrenhet med MiniOS7 snarare än en enhet som konfigureras via webbläsaren.

Larm och buffring när förbindelsen ligger nere

Planera för minst två larmvägar. E-post och MQTT kräver en fungerande dataanslutning. SMS är inte beroende av en datasession, vilket gör det till en användbar andra väg för kritiska larm.

Det centrala systemet ska också upptäcka tystnad: om en plats inte har rapporterat inom en viss tid ska ett kommunikationslarm genereras.

Logga mätvärden lokalt med tidsstämplar och skicka loggade data när förbindelsen kommer tillbaka, så att den centrala databasen blir utan luckor. Synkronisera enheternas klockor med SNTP så att tidsstämplar från olika platser går att jämföra.

ICP DAS-enheter för 4G-platser

Enheter med inbyggt 4G för EMEA

WISE-5231M-4GE och WISE-2841M-4GE är edge-styrenheter med ett 4G-modem specificerat för frekvensbanden i EMEA (LTE FDD B1, B3, B5, B7, B8 och B20, samt 3G WCDMA). De kör regler av typen IF-THEN-ELSE, loggar data till ett inbyggt microSD-kort på 32 GB, publicerar via MQTT med SSL och skickar larm via e-post och SMS. Båda läser I/O-moduler via RS-485 och Modbus TCP, matas med 12 till 48 VDC och arbetar från -25 till +75 °C. WISE-2841M-4GE har dessutom VPN, HTTPS, SFTP/FTPS och SNMP v3.

PMC-5231M-4GE är en datakoncentrator för elmätare med samma EMEA-band. Den läser elmätare från ICP DAS med Modbus, loggar till microSD och skickar automatiskt tillbaka loggfiler när nätverksanslutningen återställs.

GRP-540M-4GE är en gateway från Ethernet, seriellt och CAN till 4G med router- och portmappningsfunktioner och LTE-banden B1, B3, B5, B7, B8 och B20.

Ethernet-enheter bakom en industriell 4G-router

Alla ICP DAS-enheter med Ethernet kan också installeras bakom en vanlig industriell 4G-router. Kommunikationsservrar i UA-serien, som UA-5231M, samlar in Modbus-data, erbjuder OPC UA och MQTT, har en inbyggd OpenVPN-klient och återställer data i fjärrdatabasen efter en period offline. I/O-moduler i serien ET-2200, som ET-2217, publicerar direkt till en MQTT-broker.

Central programvara och tillbehör

IoTstar körs på en Windows-server eller en virtuell maskin i ett publikt moln. Det ger fjärrunderhåll och firmwareuppdateringar för styrenheterna WISE, PMC och PMD, importerar realtidsdata och historiska data till MS SQL, MySQL eller Oracle och erbjuder dashboards med en lista över larmhändelser. Externa antenner som ANT-421-05, en 4G LTE-antenn med SMA-kontakt, kompletterar installationen.

Mobilvarianter och frekvensband skiljer sig mellan regioner, och flera av ICP DAS mobilmodeller säljs bara på vissa marknader. Kontrollera tillgängligheten i ditt land med säljavdelningen innan du låser konstruktionen.

Checklista före installation

• Signalkvalitet och operatörstäckning på installationsplatsen
• SIM-typ (publik IP, privat IP eller privat APN) och förväntad datamängd
• Anslutningsmönster: skicka till en broker eller server, eller VPN för pollning och underhåll
• Logik som måste fortsätta köras lokalt när förbindelsen ligger nere
• Larmvägar och ett larm för kommunikationsbortfall i det centrala systemet
• Lokal loggning och återsändning efter återanslutning
• Strömförsörjning, batteribackup och en ingång för nätavbrott
• Temperaturområde i skåpet och antennens placering

Skicka en beskrivning av dina platser, signaler och ditt centrala system, så föreslår vårt tekniska säljteam en lämplig lösning.