http://ipc2u.ru/articles/obzory-produktov/monitoring-2014/
06:53 04.12.2016
Наборы
Избранное
Избранное
Избранные товары
Цена по запросу
Регистрация / Авторизация
Авторизация
Логин:
Пароль:


Забыли пароль? Регистрация
Забыли пароль?
E-mail:
Для восстановления пароля введите e-mail, указанный при регистрации. На ваш e-mail будет выслано письмо с дальнейшими инструкциями.
Промышленная автоматизация

+7 (495) 232-02-07, sales@ipc2u.ru
Корзина
Цена по запросу
Скидка -
Всего:

Удаленный мониторинг в режиме реального времени через сотовую сеть

Обзор

Для разветвленных инфраструктур, расположенных в отдаленных, изолированных местах, использование неуправляемых систем мониторинга было долгое время ограничено предельной дальностью линий связи. Традиционно, радиосвязь использовалась лишь как часть комплексного решения, и несмотря на то, что она доказала свою рентабельность, существенными недостатками были ограничения, связанные с возможной скоростью передачи данных, длительностью времени передачи и повышенной вероятностью потери данных при расширении области передачи.

Появление новейших технологий сотовой связи позволило системным интеграторам найти выход из перечисленных ограничений, предоставляя новые возможности для использования удаленного мониторинга. Для проведения мониторинга и управления коммуникациями через сотовую связь инженеры могут построить удаленно управляемую платформу, которая проста и практична в применении, минимизирует посещение объекта для настройки и обслуживания. Данная платформа может надежно передавать в режиме реального времени информацию как от приложений с высокой пропускной способностью, например с видеонаблюдения, так и критические сигналы тревоги с низкой пропускной способностью.

Задачи и решения

В этой статье мы рассмотрим технические проблемы касающиеся удаленного сбора данных, обратим внимание на приложения, которые связанны с мониторингом и управлением информацией с чрезвычайно удалённых трубопроводов, насосов и периферийного оборудования. Сначала рассмотрим, что должно быть в системах сотовой связи для удаленного мониторинга, а так же предельные возможности и функциональность, необходимые для осуществления данного решения.

Рассмотрим следующие темы:

- Почему сотовая связь?
- Динамический или статический IP
- Активная передача данных:
- оптимизация пропускной способности
- предотвращение задержек работы
- оптимизация уровней сбора данных
- снижение затрат на обслуживание
- Гарантированная целостность данных

Почему сотовая связь?

При использовании радиосвязи для управления трубопроводами системные администраторы обычно настраивают блоки удаленных терминалов (RTU – Remote Terminal Unit) так, чтобы регистрирование данных происходило в локальных устройствах хранения, а затем уже отправлялись обслуживающему персоналу для сбора данных. Поскольку данные не передаются в реальном времени, реализация приложений с высокой пропускной способностью, например видео наблюдение, сопровождается трудностями управления ресурсами, которые часто непреодолимы, в то время как дорогостоящие ресурсы должны быть распределены для сбора и анализа данных с удаленных объектов. Как следствие, в настоящее время разработчики обращаются к сотовой связи для более гибкой и эффективной информационной платформы.

Превосходство сотовой сети заключается в том, что она может использовать IP сети, а так как подавляющее большинство полевых устройств сейчас с поддержкой протокола IP, то возможно передавать любые данные через каналы сотовой связи. Но недостаточно использовать только IP средства связи, так как пропускная способность и время задержки также важные составляющие. Так как сотовая связь передает данные через большее расстояние, чем традиционные радио средства связи и средства связи сверхвысокочастотного диапазона, то значительно уменьшается необходимое количество узлов ретрансляции по сравнению с радио системами и системами сверхвысокочастотного излучения. Кроме того, расширенная пропускная способность и улучшенная устойчивость к помехам у сотовых сетей, а также использование информационной инфраструктуры, которая уже установлена у сотовых провайдеров, что позволяет уменьшить количество необходимых точек ретрансляции, позволяет системным операторам сократить расходы на инфраструктуру сети.

После недавнего перехода с GPRS на HSPA сетевые технологии сразу показали значительное улучшение пропускной способности и уменьшение времени задержки в сети. Максимальная исходящая пропуская способность для сотовой сети может достигать приблизительно 5,76 Мбит/сек, входящая пропускная способность может достигать 14,4 Мбит/сек. Также была значительно уменьшена задержка в сотовой сети, при этом в некоторых сетях время задержки достигало всего 100 миллисекунд. По сути дела на сегодняшний день, во всех отношениях производительность сотовой сети превышает почти все другие доступные технологии связи дальнего действия.

Динамический или статический IP для удаленного сбора данных

Для того чтобы установить двунаправленную связь (центральный объект может напрямую запрашивать регистраторы данных и наоборот), лучше всего, если модемам сотовой сети на удаленных объектах и серверу системы SCADA будут назначены внешние IP адреса. Однако, пока стоимость статического IP адреса для устройств сотовой сети больше, чем для частного, динамического IP адреса, эта установка сразу приведет к увеличению стоимости проекта.

Тем не менее, использование специально созданного программного обеспечения OPC дает возможность настроить удаленные устройства на автоматическую регистрацию самих себя в управляющей SCADA системе, которая использует фиксированный IP адрес. В этом случае SCADA сможет получать и регистрировать IP адреса удаленных устройств, а также соответственно возможность передавать или обновлять запись тегов. Такое взаимодействие является простым и экономически выгодным способом управления удаленных устройств через сотовую сеть. Дополнительное использование регистрации данных с помощью OPC сервера дает возможность использовать динамическое DNS регистрирование, где удаленное устройство преобразует свой динамический или частный IP адрес в DNS имя хоста (т.е. URL). В этом случае главному программному обеспечению необходима только база данных URL для связи с удаленным устройством HSPA.

Активная передача данных оптимизирует использование полосы пропускания и помогает ликвидировать простой сети

Когда пользователь решает использовать сотовые сети, самым важным и очевидным вопросом является: «Сколько это будет стоить?». В традиционной ориентированной на автоматизацию среде операторы используют устройства PLC для получения данных и в этом случае пропускная способность не является проблемой, т.к. PLC является обычно частью локальной, проводной инфраструктуры. Для удаленных приложений, работающих через сотовую связь, пропускная способность имеет определенную стоимость и это является большой проблемой. Поэтому опросные архитектуры системы плохо подходят для сотовой сети.

Активная push-связь устраняет необходимость опроса сервером, что значительно снижает нагрузку на сеть и позволяет сократить расходы, связанные с развертыванием системы сотовой связи. Без опроса сервера удаленные устройства активно отправляют данные центральному серверу по своей инициативе. Таким образом, данные передаются один раз от датчиков или систем предупреждения на объекте; изменение данных отправляется в базу данных управляющей системы, где оператор затем может просматривать отчеты.

При использовании активной передачи данных центральному серверу или SCADA не требуется постоянно делать опрос полевых устройств: вместо этого они просто ждут входящие данные. Активная передача данных не только уменьшает использование полосы пропускания, но и делает возможным передавать предупреждения об опасности в реальном времени. Наряду с активной передачей данных также важным является возможность динамически регулировать интервалы связи, чтобы задержка сети вмещалась в заданные рамки, и предотвращать всевозможные задержки в сети.

Задержка связи в сотовой сети может легко стать дорогостоящей проблемой. Полевые устройства, соединенные через Ethernet или последовательный интерфейс, используют удаленный опрос для получения данных. Устройство, у которого устанавливается значение задержки сети обеспечивающее скорости LAN-связи, столкнется с проблемой задержки при развертывании сотовой сети. Повторяющиеся задержки связи могут вывести из строя систему, а также будет взиматься дополнительная плата за пропускную способность с каждой попыткой переподключения. Активная «push» архитектура, которая создает информацию о данных, решает эту проблему, так как замена постоянного опроса данных активной передачей данных позволяет системе фактически исключить возможность задержки связи.

Активные передачи данных оптимизируют уровни передачи данных и снижают затраты на обслуживание

Традиционные системы опроса часто требуют несколько уровней сбора данных. Многоуровневая архитектура предназначена для распределения нагрузки системы и сокращения цикла опроса. Однако, многоуровневые системы трудны в управлении и сложны в построении и обслуживании. В больших системах проблема, которая происходит в промежуточном узле, может отнять много времени для её определения и устранения. Кроме того, большие многоуровневые системы часто непродуманно собраны вместе различными системными интеграторами, каждый из которых использует свое оборудование и различные протоколы. Протокол унификации в одиночку может создать достаточно проблем, чтобы парализовать всю систему.

Развитие в сотовой сети систем сбора данных и предупреждения, которые используют технологию активной передачи данных, сделало возможным ликвидировать почти все промежуточные уровни сбора данных. Так как сотовые сети основаны на IP адресах, они, по существу, не имеют ограничения по дальности по сравнению с традиционными радио и сверхвысокочастотными средствами связи, и необходимое количество узлов ретрансляции снижено. Кроме того, как правило, использование существующей информационно-коммуникационной инфраструктуры провайдеров существенно снижает стоимость внедрения. Более того, так как пропускная способность сотовой сети значительно шире, чем у радиочастот, и менее восприимчива к внешним помехам, то необходимое для сбора данных количество точек ретрансляции уменьшается.

Действенное, эффективное программирование для улучшенного удаленного мониторинга

Для комплексного подхода не предоставляется ничего более гибкого, чем эффективная платформа программирования. Платформа программирования используется для приложений, требующих высочайшего универсального уровня в программировании, таких как пользовательские протоколы, комплексные вычисления и запись данных. Программируемые сотовые RTU контроллеры, которые поддерживают языки программирования C/C++ или стандарт IEC 61131-3 (которые включают в себя ряд инструментов Linux), могут быть эффективно настроены для быстрого решения многообразных требований пользователя. Среда программирования помогает пользователям сэкономить время на установку и настройку, снижая накладные расходы на программирование в таких ключевых областях, как контроллеры ввода/вывода, средства предупреждения и управление сетевой связью, в которую входит сотовая связь и SMS, а также на совместимость с существующими системами SCADA/DB. По сравнению с другими платформами программирования, Linux и IEC-61131-3 совместимы с сотовыми устройствами RTU, предоставляя максимальную гибкость кодирования, а оптимизированная с помощью предоставляемого программного обеспечения установка контроллеров ввода/вывода и сигналов тревоги становится проще и быстрее чем когда-либо до этого.

Эффективная загрузка базы данных для обеспечения целостности информации

Возможность установить сбор данных в реальном времени в удаленной среде, которая имеет ненадежную инфраструктуру связи, очень важна, так как операторам необходима информация в реальном времени для принятия решений, которые влияют на распределение ресурсов и доставку. Обычно операторы используют регистраторы данных для хранения информации о событиях (для PLC сетей, например, база данных это полный набор данных полученный опросом за определенный период времени), с возможностью её получения при просмотре базы данных. Это очень неэффективный способ управления удаленными объектами, тем более что это может привести к дублированию полученных данных и созданию многоуровневых сетей, в которых надо будет разбираться операторам.

Использование сотовой связи предоставляет операторам прямой, в режиме реального времени доступ ко всем удаленным данным. По этой причине оптимизация базы данных также важная часть эффективности системы сбора данных. Оптимизация систем управления базами данных под OPC решения не только упрощает сбор данных в режиме реального времени, но также автоматизирует преобразование статистических данных в различные форматы и воспринимаемые человеком формы, работая связующим звеном между областью информации и сохраненными базами данных или электронными таблицами. Так как активные сотовые клиенты преобразуют и загружают журнал регистрации данных в центральную базу, оптимизированная система управления базами данных, собирающая информацию, может автоматически собирать теги с отдельных удаленных терминалов и других устройств ввода/вывода в массив данных или электронные таблицы, давая возможность пользователям извлекать данные не только в сыром виде, но и в форме подготовленных отчетов. В итоге, с «push» связью, активными тегами и подходящей оптимизацией баз данных, удаленные терминалы должны при сбое в сети автоматически передавать данные, которые были получены при ее отключении.

Сотовые технологии делают возможным использование современных систем удаленного мониторинга

Системы удаленного мониторинга изменились с появлением сотовых сетей. Проще говоря, благодаря сотовым IP технологиям системы удаленного мониторинга обладают большими возможностями, чем когда либо прежде, снижают сложность системы за счет устранения уровней сбора данных, а это в свою очередь ведет к снижению затрат на управление и обслуживание. Используя сотовые удаленные терминалы следующего поколения от фирмы Моха с поддержкой языков программирования C/C++ и IEC 61131-3, с учетом программного обеспечения для разработки приложений, программного обеспечения базы данных DA-Center и активного OPC сервера, возможно быстро и эффективно развернуть удаленные, недорогие решения по сбору данных в режиме реального времени с высокой защитой целостности данных.

Wayne Chen

Специалист по маркетингу Moxa Inc.

Статьи по теме

Как встроить NPort в ваше устройство и добавить поддержку Ethernet
10.11.2016
В данной статье рассказывается о бескорпусных NPort, которые предназначены для интеграции
в различные устройства. Теперь вы сможете добавить поддержку не только Ethernet или Wi-Fi, но и пользоваться всеми функциями NPort.
Как правильно выбрать NPort
08.11.2016
В статье рассмотрены все серии NPort и даны рекомендации по выбору правильной модели под решаемую задачу
Промышленный Интернет вещей
16.09.2016
Промышленный интернет вещей (IIoT) – новый шаг в развитии промышленной автоматизации. Узнайте больше о решениях, предлагаемых компанией IPC2U в сфере IIoT.
Функциональные возможности и режимы работы модемов OnCell G2111/G2151I
10.06.2016
Обзор сотовых GSM/GPRS модемов МОХА серии OnCell G2100.
Промышленные панельные компьютеры (Industrial Panel PC)
29.04.2015

В настоящее время панельные компьютеры получили широкое применение в различных отраслях промышленной автоматизации, транспортной сфере, медицине, морских грузоперевозках, нефтяной и газовой промышленности, а также сферы обслуживания (киоски в ресторанах и отелях)

http://ipc2u.ru/articles/obzory-produktov/monitoring-2014/
06:53 04.12.2016