SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Беспроводной опрос счетчиков и контроллеров в городской застройке или на больших расстояниях через промышленные модемы PROMODEM GSM

Российская компания ООО «Аналитик-ТС», уже более 20 лет выпускающая промышленные модемы под торговой маркой AnCom® и PROMODEM®, предлагает широкую линейку модемов, логгеров и контроллеров для беспроводной автоматизации. В статье приведен обзор промышленных модемов PROMODEM GSM для организации удаленного беспроводного опроса географически распределенных контроллеров, счетчиков, модулей ввода/вывода, а также любых Modbus-устройств через интернет, доступ в который предоставляют сотовые операторы.

ООО «Аналитик-ТС», г. Москва

Analitic.gif

скачать pdf >>

Выбор технологии для беспроводного опроса контроллеров и счетчиков в городской застройке или на больших расстояниях. Спойлер: это GPRS (2G)

Если ваши устройства – контроллеры или счетчики электроэнергии – расположены на компактных территориях (промзона, порт, кусты нефтегазовой и насосной автоматики, коттеджные поселки и т. п.), то для беспроводного доступа к ним используйте радиомодемы PROMODEM ZigBee или WiFi. Эти модемы также идеально подходят для опроса устройств внутри здания: завода, склада, офисного или торгового центров.

В настоящей же статье описаны решения для беспроводного опроса контроллеров или счетчиков, удаленных друг от друга и от диспетчерского центра на километры либо расположенных в условиях плотной городской застройки. Эти решения базируются на промышленных модемах PROMODEM GSM, обеспечивающих опрос удаленных устройств через GPRS-интернет, доступ в который предоставляют операторы сотовой связи.

Мы рекомендуем применять для опроса устройств, распределенных по плотной городской застройке либо удаленных от диспетчерского центра на большие расстояния, именно GSM-модемы, использующие готовую сетевую инфраструктуру сотовых операторов. Разумеется, при использовании услуг сотового оператора возникает статья расходов, связанная с оплатой трафика. Однако наличие специализированных недорогих тарифов для промышленного интернета вещей у всех операторов сотовой связи оптимизирует эти затраты.

Объединение устройств в персональные радиосети, архитектура которых подразумевает наличие персональных базовых станций, вроде бы исключает плату за трафик, но приводит к дополнительным издержкам, связанным с установкой, обслуживанием и ремонтом этих базовых станций, находящихся на балансе заказчика. Причем покупка и дальнейшая эксплуатация базовых станций персональной радиосети зачастую выходит более затратной, чем оплата услуг сотовой связи при использовании инфраструктуры GSM-сети.

Также нет особого смысла пытаться построить опрос контроллеров или счетчиков с интерфейсом RS‑485 / RS‑232 через новые сети NB-IoT, во‑первых, из-за неравномерности внедрения этой технологии у разных операторов, а во‑вторых (и это главное), особенности технологии NB-IoT не подходят для беспрерывного высокоскоростного опроса контроллера или счетчика через постоянный канал связи. Технология NB-IoT скорее рассчитана на редкую передачу показаний с датчиков или расходомеров на объектах с отсутствующим питанием. NB-IoT идеально подходит для автономных устройств сбора и передачи информации о давлении, расходе или температуре. В нашей номенклатуре устройств беспроводной автоматизации такие устройства есть и называются NB-IoT-логгеры PROMODEM. О них речь пойдет в следующем номере журнала.


Подключение на объекте контроллеров и счетчиков с интерфейсом RS‑485 / RS‑232 к модемам PROMODEM GSM для беспроводного опроса через сотовый интернет

Промышленное исполнение и инструменты диагностики позволяют просто и оперативно ввести модемы PROMODEM GSM в эксплуатацию на объекте (табл. 1).

Таблица 1. Промышленное исполнение модемов PROMODEM GSM

Tab_1.png

Подключение вашего контроллера или счетчика к модему осуществляется через комплектные винтовые клеммники. К модему с двойным интерфейсом RS-485+RS-232 можно подключить сразу два разных устройства (например, счетчик электроэнергии и тепловычислитель) для их одновременного независимого опроса из диспетчерского центра. При этом к интерфейсу модема RS-485 можно подключить до 32 однотипных устройств.

Встроенный внутрь модема блок питания (БП) ~220 В не только удобен (не требуется внешний БП), но и исключает вероятность вывода модема из строя при невнимательном монтаже (на вход =12 В модемов без встроенного БП часто не думая подают ~220 В).

Также есть варианты модемов PROMODEM GSM со встроенным источником бесперебойного питания (ИБП) на 45 минут автономной работы (рис. 1). При пропадании и восстановлении первичного питания модем отправляет аварийные СМС на мобильные телефоны сотрудников, а также выдает информационный/управляющий сигнал для автоматики на объекте.

Ris_1.jpg

Рис. 1. Промышленный модем PROMODEM GSM с двумя независимыми портами RS‑485 + RS‑232 и встроенным ИБП на 45 минут автономной работы, температура эксплуатации – от –40 до +60 °C, крепление на DIN-рейку

К дискретному входу модема PROMODEM GSM можно подключить датчик сигнализации, например датчик открытия шкафа автоматики для оперативного СМС-информирования диспетчера и сотрудников служб эксплуатации (до 4 номеров телефонов) о проникновении на объект.
Выбор внешней антенны определяется особенностями монтажа (табл. 2):
при размещении модема в металлическом шкафу требуется выносная антенна с плоским дном для установки на крышку шкафа;
в подвальных помещениях с низким уровнем сигнала рекомендуется выносить антенну наружу и крепить на кронштейне к внешней стене здания.

Таблица 2. Антенны GSM-диапазона для различных типов монтажа модемов PROMODEM GSM (увеличить изображение)

Tab_2_small.png

Оперативная диагностика этапов соединения модема с диспетчерским центром осуществляется на объекте по информативной светодиодной индикации. Подробную же диагностику этапов соединения модема можно вывести в текстовом виде через RS-порт модема на компьютер или ноутбук. Это позволит понять, по какой причине модем не соединяется с диспетчерским центром:
- заблокирована сим-карта;
- низкий уровень GSM-сигнала на объекте (требуется перенос антенны);
- закончились деньги на счете;
- не настроены TCP-порты на сервере.


Автоматическое установление соединения модема PROMODEM GSM с диспетчерским центром, механизмы резервирования и контроль канала связи

Модем PROMODEM GSM автоматически подключается к IP-адресу диспетчерского центра, не требуя для этого внешнего управления AT-командами со стороны подключенного счетчика или контроллера. Процесс подключения стартует сразу после подачи питания на модем с установленной сим-картой.

При возникновении сложностей на различных этапах подключения модем автоматически задействует встроенные механизмы резервирования (рис. 2):
- модем все равно выйдет в интернет, переключившись на вторую сим-карту резервного оператора, если не получается зарегистрироваться в сети сотового оператора основной сим-карты;
- модем все равно подключится к диспетчерскому центру по IP-адресу резервного интернет-провайдера, если случилась авария у основного (обрыв кабеля или проблемы со счетом);
- при восстановлении основного канала (сим-карта или IP-адрес) модем автоматически переключится на него обратно.

Ris_2_small.jpg

Рис. 2. Автоматический переход на резервного GSM-оператора или на IP-адрес резервного интернет-провайдера для гарантированного подключения модема к серверу (увеличить изображение)

Чтобы избежать перенастройки модема из-за возможной смены интернет-провайдера диспетчерского центра, можно прописать в настройках модема доменное имя вместо IP-адреса (рис. 3).

Ris_3.jpg

Рис. 3. Пример настройки подключения модема к диспетчерскому центру: статический публичный IP-адрес основного интернет-провайдера и доменное имя в качестве резервного подключения (можно также указать IP-адрес)

После установки соединения модем PROMODEM GSM постоянно контролирует целостность канала связи и при обнаружении обрыва автоматически переподключается к диспетчерскому центру, обеспечивая постоянный доступ к счетчику или контроллеру со стороны вашей программы опроса. При возникновении нештатных ситуаций модем автоматически перезагружается благодаря независимым сторожевым таймерам, защищающим его от зависаний.

Для подключения модема к диспетчерскому центру достаточно любой сим-карты с возможностью выхода в интернет. Тем не менее мы рекомендуем использовать специализированные тарифы для промышленных модемов:
- такие тарифы имеются у всех сотовых операторов и называются, как правило, «М2М», «Интернет вещей» или «Телематика»;
- тарификация в них осуществляется с округлением до 1 КБ, что позволяет не переплачивать за небольшие по объему сессии, характерные для опроса в системах диспетчеризации (АСКУЭ) и управления технологическими процессами (АСУ ТП). Округление интернет-сессий в обычных пользовательских тарифах может достигать 1024 кБ в большую сторону (передали 1 кБ, а заплатили, как за 1 МБ).

Для более надежного резервирования на уровне оператора сотовой связи мы можем доукомплектовать модемы PROMODEM GSM универсальными мультисим-картами:
- мультисим-карта автоматически выбирает сотового оператора с наилучшим уровнем сигнала: МТС, «Билайн», «МегаФон», Tele2;
- переключается на другого оператора при ухудшении радиообстановки;
- переключение производится в рамках единого тарифного плана «М2М» и не влияет на стоимость трафика;
- бесплатный роуминг внутри России.

Использование мультисим-карт особенно актуально и удобно для проектов с географически разнесенными или подвижными объектами.


Опрос подключенных к модемам PROMODEM GSM счетчиков и контроллеров вашей диспетчерской программой через бесплатный TCP-мост GSMService

Как правило, диспетчерские программы опроса являются TCP-клиентами, то есть в настройках подключения к удаленному счетчику или контроллеру в них требуется указать IP-адрес и TCP-порт устройства (программа-«клиент» подключается к устройству, а не наоборот). Модемы также в большинстве случаев настраиваются в режим «клиент», то есть подключаются к заданному IP-адресу и TCP-порту диспетчерского центра. Такой режим для модемов является наиболее популярным, надежным и позволяет использовать в модемах недорогие сим-карты с обычным динамическим IP-адресом (для режима модема «сервер» требуется подключение на сим-карте опции «статический IP-адрес» с отдельной абонентской платой).

Получается, надо состыковать между собой подключение двух TCP-клиентов: модема и диспетчерской программы, а это невозможно сделать напрямую. «Клиент» всегда должен подключаться к IP-адресу и TCP-порту какого-то «сервера», который в свою очередь «слушает» этот TCP-порт. Для наших модемов PROMODEM GSM мы предоставляем бесплатный программный TCP-мост – службу данных PROMODEM GSMService, которая в режиме двухстороннего «сервера» обеспечивает стыковку подключений модемов‑«клиентов» со стороны объектов и программы-«клиента» со стороны диспетчерского компьютера (табл. 3).

Таблица 3. Возможности бесплатной службы данных PROMODEM GSMService

Tab_3.png

Служба данных PROMODEM GSMService устанавливается на диспетчерский компьютер и является службой Windows, что позволяет ей запускаться автоматически при старте операционной системы и работать в фоновом режиме. При этом все модемы системы подключаются на единый TCP-порт службы данных PROMODEM GSMService, то есть в роутере диспетчерской вам требуется открыть только один внешний порт для приема модемных подключений (рис. 4). Это значительно упрощает жизнь системному администратору: ему не приходится настраивать пробросы маршрутов для десятков или сотен внешних TCP-портов роутера предприятия на ваш диспетчерский компьютер. К тому же множество открытых в интернете TCP-портов – не самая здоровая с точки зрения сетевой безопасности ситуация. Служба данных PROMODEM GSMService также осуществляет контроль внешних подключений на уровне ID-модемов: все посторонние немодемные попытки подключения к открытому внешнему порту отбиваются.

Ris_4_small.jpg

Рис. 4. Модемы PROMODEM GSM в режиме «клиент» автоматически подключаются к единому TCP-порту диспетчерского центра. Подключенные к модемам счетчики и контроллеры постоянно доступны для опроса диспетчерской программой по отдельным TCP-портам службы данных PROMODEM GSMService (увеличить изображение)

Каждый подключенный к модему PROMODEM GSM счетчик или контроллер представлен в службе данных PROMODEM GSMService отдельным локальным TCP-портом (например, 10001, 10002 и т. д.). Именно через эти TCP-порты ваша диспетчерская программа будет одновременно опрашивать удаленные счетчики или контроллеры.

При невозможности установки службы данных PROMODEM GSM­Service по техническим причинам (UNIX-сервер) или из-за политики отдела безопасности компании от нее можно отказаться с незначительной потерей функциональности системы.

При редком опросе удаленных объектов диспетчерской программой, например, при ежемесячном считывании архивов со счетчиков электроэнергии, можно организовывать временные каналы связи с приборами учета только в момент опроса. При этом модемы настраиваются в режим «сервер» со статическими IP-адресами сим-карт:
- с глобальной статикой – в диспетчерском центре достаточно доступа в сеть интернет;
- с локальной статикой – в диспетчерском центре необходимо заказать у сотового оператора VPN-туннель, проброшенный от вашего предприятия до выделенного пула сим-карт.

Большую часть времени модемы в режиме «сервер» ожидают подключения со стороны диспетчерской программы и не расходуют трафик. Стоимость статических IP-адресов сим-карт компенсируется за счет отсутствия потребления трафика в режиме ожидания подключений.


Опрос одного устройства (парка устройств) из двух диспетчерских центров

С помощью всего одного модема PROMODEM GSM на объекте можно открыть доступ к подключенному устройству сразу из двух независимых организаций (рис. 5):
- например, обеспечить опрос одних и тех же электросчетчиков из двух разных диспетчерских центров: из офиса правления ТСЖ и энергосбытовой компании;
- в каждом диспетчерском центре своя служба данных PROMODEM GSMService и своя диспетчерская программа опроса;
- модем PROMODEM GSM подключается одновременно к двум разным IP-адресам обоих диспетчерских центров, позволяя опросить прибор учета двумя разными программами;
- это могут быть как географически разнесенные независимые диспетчерские центры, так и просто две разные программы опроса на одном сервере, которым требуется постоянный доступ к парку ваших устройств.

Ris_5_small.jpg

Рис. 5. Опрос устройства или парка устройств из двух независимых диспетчерских центров с помощью установки всего одного модема PROMODEM GSM на каждом объекте (увеличить изображение)

Таким образом, для решения задачи опроса устройства из двух независимых диспетчерских центров достаточно подключить к нему всего один модем вместо двух.


Программа настройки и мониторинга подключений PROMODEM GSMConfig

Для удобства, оперативности и минимизации ошибок пусконаладки модемов PROMODEM GSM используется программа настройки GSMConfig (рис. 6, табл. 4), которая осуществляет взаимоувязанную настройку: одновременно и модемов, и службы данных PROMODEM GSMService. Процедура настройки подробно описана в руководстве по эксплуатации, а также представлена в виде видеоинструкции на канале YouTube.

Ris_6.png

Рис. 6. Программа GSMConfig для локальной и удаленной взаимоувязанной настройки модемов PROMODEM GSM и службы данных PROMODEM GSMService


Таблица 4. Возможности программы настройки и мониторинга PROMODEM GSMConfig

Tab_4.png

Локальная настройка модемов производится через технологический USB-порт. Также доступна удаленная настройка модемов через интернет-подключение.

В программе GSMConfig формируется удобная таблица соответствия (рис. 7):
- уникального ID модема;
- адреса объекта;
- номеров телефонов основной и резервной сим-карт;
- а также TCP-порта службы данных, который требуется указать в диспетчерской программе для опроса соответствующего счетчика или контроллера, подключенного к RS-порту этого модема. Так, для опроса счетчика электроэнергии, подключенного к модему на ул. Свободы, 19, требуется подключиться диспетчерской программой АСКУЭ к TCP-порту № 5001 службы данных PROMODEM GSMService;
- дополнительно доступна фильтрация по адресу объекта (например, показать все модемы на ул. Свободы) или по ID (для поиска модема по серийному номеру).

Ris_7.png

Рис. 7. Вкладка «Таблица соответствия» программы GSMConfig: список модемов, TCP-портов для опроса удаленных устройств, а также индикация и статистика подключений модемов к службе данных PROMODEM GSMService

Также в таблице соответствия отображается индикация TCP-подключений:
- модемов к службе данных – в ячейках «Имя модема»;
- диспетчерской программы к службе данных – в ячейках «RS1» и «RS2»;
- программа позволяет выводить список всех модемов системы, а также только подключенных или только неподключенных.

Программа GSMConfig ведет сбор статистики:
- подсчет числа переподключений и времени без связи для каждого модема;
- отображение статистики за текущий день и предыдущие три дня;
- суммарной статистики за все время работы программы GSMConfig;
- ведение файла логов статистики и подключений.

Количество переподключений показывает, сколько раз модем отключался от службы данных, и позволяет оценить качество радиообстановки на объекте. Параметр «Время без связи» дает возможность выявить модемы, которые подолгу не могут подключиться к диспетчерскому центру. Наиболее проблемные модемы подсвечиваются дополнительно.

Программу GSMConfig можно запускать лишь эпизодически – для настройки модемов и службы данных, а также для мониторинга подключений и сбора статистики с проблемных объектов или при пусконаладке.


Бесплатный DEMO KIT: модемы PROMODEM GSM в опытную эксплуатацию

Все модемы линейки PROMODEM можно бесплатно взять на тестирование или в опытную эксплуатацию. Мы также поможем вам настроить модем для опроса счетчика или контроллера вашей диспетчерской программой. Для оперативного развертывания тестового стенда мы предлагаем готовый plug-and-play-комплект DEMO KIT PROMODEM (рис. 8):
- любая модель модема PROMODEM GSM;
- USB-кабель для настройки и конвертер USB-RS для вывода диагностики;
- кабель питания и антенна;
- универсальная мультисим-карта с бесплатным тестовым пакетом на интернет и СМС.

Ris_8.png

Рис. 8. Бесплатный plug-and-play-комплект DEMO KIT PROMODEM для тестирования или опытной эксплуатации модема PROMODEM GSM

Опубликовано_в журнале ИСУП № 5(89)_2020

А. Д. Яманов, к. т. н., заместитель
руководителя группы проектов,
ООО «Аналитик-ТС»: PROMODEM®,
AnCom®, г. Москва,
тел.: +7 (495) 775‑60‑08,
e‑mail: support@promodem.ru
сайт: promodem.ru