Введение
Промышленное оборудование зачастую устанавливается в местах, где отсутствует проводная сеть. На насосных станциях, в удаленных шкафах, на объектах мониторинга состояния окружающей среды и на производственных объектах часто установлены ПЛК, измерительные приборы или датчики, которые обмениваются данными через интерфейсы RS232 или RS485. Однако этим полевым устройствам по-прежнему необходим надёжный способ обмена данными с удалёнными серверами. Прокладка оптоволоконных кабелей или сетей Ethernet до каждого объекта обходится дорого, а порой и вовсе невозможна.
Терминал передачи данных 4G, обычно называемый 4G DTU (Data Transfer Unit), обеспечивает этим полевым устройствам беспроводной канал связи с серверами, системами SCADA или облачными платформами. Он передает данные с устройств по сетям LTE. Во многих промышленных проектах в области Интернета вещей (IoT) DTU выступает в качестве базового уровня связи между полевыми устройствами и удаленными системами.
Что такое терминал передачи данных 4G?
DTU 4G — это промышленное устройство связи, которое обеспечивает передачу данных между последовательными устройствами и удаленными серверами, системами SCADA или облачными платформами через сети LTE. Это не маршрутизатор, не ПЛК и не пограничный компьютер. Его основная задача — обеспечить надежный канал передачи данных из последовательного интерфейса в IP.
По сравнению с устройствами периферийных вычислений традиционный DTU ориентирован в первую очередь на надёжную передачу данных, а не на локальную обработку или выполнение приложений. Некоторые модели обладают ограниченными возможностями ввода-вывода или обработки протоколов, однако их основной функцией по-прежнему остаётся обеспечение связи.
Как работает 4G-модем?
DTU 4G обеспечивает двунаправленный канал передачи данных между последовательными устройствами и удаленными системами. Основная цепочка выглядит следующим образом:
Промышленное устройство → RS485/RS232 → 4G DTU → Сеть 4G LTE → Сервер/облачная платформа
Процесс коммуникации, как правило, состоит из четырёх этапов:
-
Последовательное устройство отправляет данные. Устройство передает данные в DTU через интерфейс RS232 или RS485.
-
DTU осуществляет подготовку данных. В зависимости от настроенного режима связи последовательные данные перед передачей по IP-сети подвергаются преобразованию протокола или инкапсуляции.
-
DTU передает данные через сотовую сеть. Данные передаются по сети 4G LTE на настроенный удаленный сервер или конечный узел платформы.
-
Сервер обрабатывает данные. Платформа анализирует, сохраняет и отображает данные. В приложениях, требующих двунаправленной связи, удаленные команды также могут передаваться обратно по тому же каналу на последовательное устройство.
Основные функции DTU 4G
Большинство DTU 4G обладают следующими возможностями, в зависимости от модели и области применения:
Прозрачная передача. DTU передаёт исходный поток данных без анализа содержимого протокола прикладного уровня. Существующие последовательные протоколы не требуют модификации.
Поддержка последовательного интерфейса. Данные модели оснащены интерфейсами RS485 или RS232 и обычно используются с протоколом Modbus RTU и другими протоколами последовательной связи.
Поддержка сетевых протоколов. DTU обычно обмениваются данными с серверами по протоколам TCP или UDP, а некоторые модели также поддерживают протоколы HTTP или MQTT.
Удаленная настройка. Такие параметры, как адрес сервера, номер порта, скорость передачи данных и интервал проверки работоспособности, можно обновлять удаленно, без необходимости выезда на объект. Некоторые модели также поддерживают удаленное обновление прошивки.
Надежность каналов связи и восстановление данных. Пакеты «Heartbeat», пакеты регистрации и функция автоматического восстановления соединения помогают поддерживать стабильную связь. Некоторые модели поддерживают локальное кэширование данных, что позволяет снизить потери данных при сбоях в работе сети.
Где используются DTU 4G?
Благодаря сочетанию низкой стоимости, простоты развертывания и надёжной беспроводной передачи данных устройства 4G DTU подходят для широкого спектра промышленных сценариев:
Мониторинг промышленного оборудования. Устройства DTU обеспечивают подключение промышленных устройств с последовательным интерфейсом, таких как контроллеры, измерительные приборы и средства мониторинга, к удаленным серверам или системам SCADA, что позволяет осуществлять удаленный мониторинг состояния и доступ к данным.
Мониторинг энергопотребления. В сферах распределения электроэнергии, возобновляемых источников энергии и управления энергопотреблением зданий устройства DTU используются для передачи данных с интеллектуальных счетчиков, инверторов и анализаторов качества электроэнергии. Производственные предприятия могут использовать устройства DTU для передачи данных с распределенных счетчиков и устройств мониторинга на удаленные платформы, что способствует анализу и управлению энергопотреблением за счет удаленного сбора данных.
Мониторинг воды. На водоочистных станциях, насосных станциях и гидрологических наблюдательных пунктах используются устройства DTU для передачи данных с датчиков уровня, расходомеров и датчиков качества воды. Возможность беспроводной передачи данных особенно ценна на удаленных объектах, не требующих постоянного присутствия персонала.
Мониторинг состояния окружающей среды. Станции мониторинга качества воздуха, системы контроля выбросов и датчики шума используют устройства DTU для передачи данных на платформы мониторинга окружающей среды в режиме реального времени. Широкий охват сетей 4G обеспечивает подключение даже в удаленных точках мониторинга.
Удаленные системы Интернета вещей. От инфраструктуры зарядки электромобилей до управления сельскохозяйственными теплицами, от логистики «холодовой цепи» до инфраструктуры «умных городов» — устройства DTU обеспечивают базовый уровень беспроводной связи, необходимый для работы удаленных приложений Интернета вещей (IoT).
4G DTU и промышленный шлюз
В архитектурах промышленного Интернета вещей (IoT) устройство 4G DTU часто сравнивают с промышленным шлюзом. Оба устройства обеспечивают подключение промышленного оборудования к сетям, но выполняют разные функции.
| Размер | 4G DTU | Промышленный портал |
|---|---|---|
| Главная роль | Передача данных | Интеграция и обработка данных |
| Поддержка протоколов | Связь «последовательный порт — IP» | Интеграция нескольких протоколов |
| Локальная логика | Ограниченный | Поддерживает локальную обработку |
| Производительность обработки | Легкий | Повышенная вычислительная мощность |
| Типичные области применения | Дистанционный мониторинг и передача данных | Интеграция нескольких устройств и периферийные приложения |
Ключевое отличие заключается в том, что DTU выступает в качестве канала связи, тогда как шлюз предназначен для более широкой системной интеграции, включая преобразование протоколов, локальную обработку данных и управление устройствами. Промышленные шлюзы обычно выбирают в тех случаях, когда приложениям требуются дополнительные возможности, такие как преобразование протоколов, локальная обработка данных или интеграция на уровне приложений. Если основным требованием является надёжная последовательная передача данных по сети без сложной обработки данных или прикладной логики, то DTU зачастую является более подходящим выбором.
Для приложений, требующих более сложной обработки данных и программируемых функций, см. 4G DTU и программируемые DTU/RTU: как выбрать подходящее промышленное устройство связи.
Заключение
Терминал передачи данных 4G является базовым устройством в сфере промышленной беспроводной связи. Он позволяет последовательным устройствам обмениваться данными с удаленными системами через сети 4G. Независимо от того, используются ли терминалы передачи данных 4G для мониторинга оборудования, управления энергопотреблением, контроля за состоянием водных ресурсов или сбора данных об окружающей среде, они представляют собой практичное решение для удаленных промышленных приложений. По мере дальнейшего развития промышленного Интернета вещей терминалы передачи данных 4G остаются важным решением для обеспечения связи в распределенных промышленных приложениях.
