Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

Mobilní sítě 3G v systémech pro monitorování na dálku

Bezdrátové přenosy dat na dálku nebyly pro některé typy úloh sběru dat, jako je např. monitorování vlastností prostředí, vždy vhod­ným řešením. Důvody komplikací jejich vy­užití pro automatický dohled na dálku byly pomalá odezva, malá šířka přenosového pás­ma, složitost integrace do systémů SCADA a omezená a nákladná údržba.
 
Vzhledem k pokroku datových přeno­sů prostřednictvím sítí mobilních operátorů jsou nyní bezdrátové komunikace využitelné i pro potřeby monitorování na dálku. Využití mobilních komunikačních sítí výrazně snižu­je dodatečné náklady na infrastrukturu. Kro­mě možnosti monitorovat mnohem větší ob­last je připojení méně citlivé na vnější vlivy, jako jsou např. počasí nebo fyzické překážky.
 
Nejrozšířenější metodou přenosu dat po mobilních sítích na světě je stále GPRS, pod­porovaná 85 % sítí. Tyto mobilní sítě, označo­vané jako 2G, umožňují dosáhnout přenosové rychlosti maximálně 115 kb/s s průměrnou da­tovou propustností 30 až 40 kb/s, což je i dnes pro úlohy monitorování prostředí na dálku do­stačující. Ačkoliv je ještě třeba vyřešit některé problémy, výhody GPRS nutí mnoho systémo­vých integrátorů přijmout je jako komunikační rozhraní pro jejich systémy.
 
Pro to, aby byla uspokojena poptávka po větších rychlostech a přenosových kapaci­tách, přecházejí mobilní sítě na rychlejší ver­ze. Austrálie byla první zemí na světě, která docela nedávno kompletně aktualizovala své mobilní sítě z GPRS na 3G HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access), čímž potvr­dila celosvětový trend. Přechod z GPRS na HSDPA ovlivní i využití mobilních sítí v prů­myslových monitorovacích systémech. S ros­toucí efektivitou paketových přenosů a po­čtem uživatelů datových služeb klesají pro­vozní náklady na službu HSDPA a její cena rovněž výrazně klesá. Snižují se také měsíční paušální poplatky u karet SIM.
 
Spojení GPRS má latenci až 700 ms. V průměru se doba odezvy pohybuje mezi 700 ms a 1,5 s, v nejhorších případech se blíží až ke třem sekundám. Většina systémů mo­nitorování na dálku pracuje stále na principu sběru dat dotazováním. Dlouhá doba odezvy znamená opožděné doručení informace, čímž je monitorování v reálném čase téměř nemož­né. Jsou-li přístup ke vzdáleným zařízením a jejich konfigurace příliš pomalé, je využití bezdrátových sítí neefektivní.
 
Tomuto problému lze snadno předejít technikou aktivního zasílání informací, kte­rá díky výrazně kratší latenci v sítích HSDPA umožňuje dosáhnout doby odezvy přibližně 100 ms. Dálkový přístup k datům je tak vý­razně rychlejší a je také možné snadněji spra­vovat vzdálená zařízení.
 
Nejvýraznější výhodou HSDPA oproti GPRS je větší šířka pásma, dovolující pře­nášet nejen několik digitálních signálů, ale i velké objemy digitálních a analogových dat. Například systém monitorování prostředí lze doplnit o aktuální snímky v reálném čase poří­zené IP kamerou. Díky krátkým dobám laten­ce sítě a širokopásmovým přenosům je možné pro mobilní dohled využít tzv. chytré telefony, které lze jednoduše transformovat na vzdále­nou operátorskou stanici. V oblasti průmyslové automatizace nyní převažují sítě, v nichž za­řízení předávají data do dohledového aplikač­ního programu prostřednictvím internetového protokolu. Internetový protokol běžně použí­vaný v informačních systémech usnadňuje vy­tvoření monitorovacího systému spravovaného z přenosných mobilních zařízení.
 
Společnost Moxa, průkopník komunikač­ních systémů M2M založených na mobilních telefonních sítích, uvedla na trh jako první na světě měřicí a řídicí jednotku využívající HSDPA. Jednotka ioLogik W5340-HSDPA (obr. 1) je navržena tak, aby odolávala i ná­ročným provozním podmínkám a teplotám v rozsahu –20 až +70 °C.
 
ioLogik W5340-HSDPA používá zasílá­ní zpráv řízené událostmi, stejně jako starší model Moxa ioLogik W5340. Tato forma ak­tivní komunikace efektivně optimalizuje vy­užívanou šířku pásma a těží z výhod rychlé odezvy HSDPA pro monitorování v reálném čase. Technologická data a alarmy jsou aktiv­ně doručovány ze vzdálených lokalit.
 
Podpora oblíbených metod a protokolů pro zasílání alarmů, jako jsou trap SNMP, SMTP, TCP a UDP, je standardní součástí zařízení. ioLogik W5340-HSDPA může ak­tivně aktualizovat I/O proměnné v patentova­ném serveru Moxa Active OPC Server, který může být díky podpoře OPC napojen na běž­ně používané systémy SCADA.
 
Kromě OPC serveru nabízí Moxa i bez­platný klientský software DA-Center, který v reálném čase sbírá aktuální data z aktivního OPC serveru. Vstupně-výstupní proměnné jsou v OPC serveru zařízením ioLogik prostřednic­tvím sítě 3G aktivně aktualizovány a potom okamžitě ukládány do databáze pomocí soft­waru DA-Center, takže vývojář aplikačního programu se může zaměřit jen na vývoj ser­veru ASP pro vzdálený webový přístup k da­tům. Uživatelé nebo administrátoři systému pak mohou využít chytré 3G mobilní telefo­ny pro přístup k datům ze všech koutů světa.
 
Přestože GPRS je dnes nejrozšířenější me­todou pro univerzální mobilní přenos dat a do­stačuje pro mnoho systémů určených k moni­torování životního prostředí, využití HSDPA radikálně mění způsob vzdáleného přístupu k informacím. To vede ke změně myšlení tech­niků při tvorbě systémů ke sledování vzdále­ných zařízení a objektů. Výhody, mezi které patří velká šířka pásma, rychlá odezva, nízké náklady na pořízení a údržbu, jsou význam­né při rozhodování o využití vysokého výkonu HSDPA v úlohách monitorování na dálku.
 
Dodavatelem aktivních vstupně-výstupních jednotek Moxa a dalších zařízení pro průmys­lovou komunikaci je ELVAC IPC, s. r. o. Po­drobnější informace je možné získat na inter­netových stránkách www.moxa.cz.
(ELVAC IPC, s. r. o.)
 
Obr. 1. Aktivní I/O Server Moxa ioLogik W5340-HSDPA