Telecontrol a vzdálený přístup pro dálkové monitorování průmyslových aplikací

Typografie
  • Nejmenší Malé Střední Velké Největší
  • Default Helvetica Segoe Georgia Times

Vzdálený přístup k závodům, strojům a mobilním aplikacím z jakéhokoliv místa na světě nabývá stále více na významu.

Možnost připojit se odkudkoli se stává klíčovou konkurenční výhodou jak v průmyslu, tak i v oblastech s ním souvisejících. Není to ale jen vzdálená správa, která je potřebná. Zejména vysoce distribuované systémy vyžadují telemetrické přístupy k naplnění jejich poslání. Automatizace se také čím dál častěji potkává s požadavky z oblasti IT a čím dál častěji se mluví o tom, že požadovanou komunikací je MQTT – tedy cloudový přístup.

Která technologie je tedy lepší a jak se správně rozhodnout?

Telecontrol představuje spolehlivé a lety prověřené řešení pro vzdálené ovládání, monitoring a sběr dat z široce distribuovaných procesních stanic do jednoho nebo několika centrálních systémů na velínech.
Typický příklad nasazení telecontrol je v oblasti přepravy a uchování plynu, kapalin nebo ropy a při ovládání čerpadel a ventilů podél rozvodů a dálkovodů. Využívá se také v oblasti zpracování čisté i odpadní vody, pro správu kanalizačních stok nebo jako včasné hlášení před zvýšenou hladinou při povodních. S telecontrol aplikacemi se rovněž setkáme v oblasti správy energií, centrálního vytápění, ochrany životního prostředí nebo řízení a monitorování dopravy.

Přenos dat s původní časovou značkou

Mezi hlavní výhody telecontrol řešení patří zejména úspora času, snadná instalace a nízké provozní náklady. Nelze podceňovat ani přenos kompletních dat stejně jako zabezpečení jejich přenosu. Samotný přenos procesních dat se v závislosti na požadavcích realizuje buď cyklicky nebo nevyžádaně na základě definovaných událostí.
Vzdálené RTU (Remote Terminal Unit) stanice mohou uchovávat procesní data pro případ výpadku komunikace. Data z tohoto bufferu jsou následně automaticky přenesena do centra řízení ve správném pořadí a s původní časovou značkou.
Pro okamžitou odezvu obsluhy a údržby vzdálených RTU stanic lze konfigurovat příslušná alarmová hlášení formou textových zpráv (SMS) nebo e-mailů.

Telecontrol 2024 1

Sítě mobilních operátorů

Moderní systémy umožní použití internetu i vysokorychlostních sítí mobilních operátorů. Postupným vývojem, jak na straně operátorů, tak i výrobců systémů, lze využít zvyšující datovou rychlost 4G/5G sítí.
Stále je však řada objektů umístěna v dosahu pouze základního EDGE/GPRS signálu a přenosové protokoly tak musí být této situaci přizpůsobené. Pro to jsou lety prověřené telecontrol řešení velmi dobře navržené, neboť umí objem dat výrazně omezit tím, že na místo cyklické volí jen událostmi řízené komunikace.
Pro ty nejmenší stanice je často požadováno, aby stanice žily dlouho i bez stabilního lokálního napájení, a tedy mnohdy s výhodou podpory NB-IOT/LTE-M resp. 5G LPWAN datových přenosů.

Portfolio produktů pro vzdálené řízení

Portfolio telecontrol společnosti Siemens zahrnuje řešení pro centrální systém velínu i pro procesní stanice nazývané vzdálená RTU (Remote Terminal Unit). Ke své komunikaci pak využívají různá přenosová média od veřejných až po privátní sítě. V závislosti na rozsahu a účelu použití jsou k dispozici různá řešení pro centrální systém vzdáleného řízení. Pro menší systémy je bezesporu vhodným řešením systém Telecontrol Basic. Zde jsou data vyčítána pomocí telemetrických protokolů a dále do vizualizace předávána pomocí OPC UA rozhraní. Systém modulární RTU stanice Simatic S7-1200 lze dovybavit o komunikační procesor CP1243-7 s přímo integrovaným LTE rozhraním. Tam, kde je vhodné využít stávající ethernetovou síť nebo externí router např. SCALANCE M, lze použít ethernetový komunikační procesor CP1243-1. Obdobně pro Simatic PLC ve formátu vzdálených periferií Simatic ET200SP CPU je možné využít CP1542SP-1 IRC. Pro menší objekty lze s úspěchem sáhnout po kompaktní stanici RTU3000C, která nabízí odlišné možnosti konfigurace této datalogger a telemetrické stanice v jednom. Celá parametrizace se realizuje přes webserver modulu podobně jako například u síťových prvků. Nezapomeňme také na možnost provozovat tyto jednotky i v místech bez lokálního napájecího zdroje nebo v kombinaci se solárním řešením a záložními bateriemi modulu.
Telecontrol Basic je velmi dobře připraven pro menší z RTU stanic, a to až po Simatic ET200SP CPU, tedy nejmenší z S7-1500 v provedení vzdálených vstupů a výstupů. Jedna ze zásadních výhod je zahajování komunikace vždy od vzdálených RTU stanic a stejně tak zesílení šifrování díky možnosti využití Telecontrol Basic řešení v kombinaci se SINEMA Remote Connect.
Telecontrol Basic je tak cenově nejúspornějším řešením při požadavku na centrální dispečink a je dále inovován podle požadavků našich zákazníků. Umožní přenášet bufferovaná data i s původní časovou značkou, pokud toto podpoří kvalitní OPC UA klient typicky ve formě SCADA systémů jako je WinCC V8.0 nebo WinCC OA.
Řada centrálních dispečinků dnes využívá mezinárodní protokoly DNP3 a IEC 60870-5-104. Základní myšlenkou těchto mezinárodních standardů je velká flexibilita provozovatele z pohledu výběru dodavatele daného RTU zařízení. Provozovatel de facto jen kontroluje tzv. list interoperability, kde u vybraného koncového zařízení hledá požadované funkce a datové proměnné. Velkou výhodou Siemens nabídky je, že již navržené RTU stanice s modulárním Simatic S7-1200 s LTE CP1243-7 nebo CP1243-1, Simatic ET200SP CPU s CP1542SP-1 IRC a také S7-1500 s TIM 1531 IRC mohou být připojeny k telecontrol Master stanicím podle standardů IEC 60870-5-104 anebo DNP3.
Typ telemetrického protokolu se volí přímo v prostředí TIA portál, jednoduše volbou příslušných datových bodů. Na straně RTU stanice je pro Telecontrol Basic i mezinárodní protokoly prakticky identická cena a v řadě případů takto lze migrovat i stávající RTU stanice, pokud takový požadavek nově vznikne. Tím lze dosáhnout významné úspory oproti řadě jednoúčelových řešení konkurenčních dodavatelů.
Kromě protokolů na bázi ethernetu, v případě ET200SP CPU a S7-1500 lze pomocí TIM 1531 IRC také dosáhnout připojení pomocí sériových protokolů IEC 60870-5-101 a DNP serial. I tyto jsou českými provozovateli centrálních velínů nadále požadovány.
V závislosti na verzi firmwaru modulů a také verzi TIA portal inženýrského softwaru je pak možné realizovat i spojení pomocí zabezpečené verze TLS spojení pro DNP3 i IEC-104 protokol. Stejně tak je pro IEC 60870-5-104 zajištěna podpora bezpečné autentifikace. Aktuálně je uvedené vylepšení dosažitelné pro větší modulární stanice na bázi ET200SP CPU a také S7-1500 s jejich telecontrol moduly. Navíc od TIA portal V19 bude tato konfigurační možnost dostupná i pro S7-1200.
Ostatní typy stanic je vždy doporučitelné provozovat v ochranném VPN tunelu. Ostatně přesně tak to většina provozovatelů centrálních dispečinků požaduje.
Zcela nová možnost spojená s TIA portal V19 je možnost provozu těchto mezinárodních protokolů přes dvojici TIM1531 a dosažení tak redundantního propojení redundantních systémů S7-1500R/H například do centrálního řízení SIMATIC PCS7.

Telecontrol 2024 2

Kompaktní stanice RTU3000C

Specialitou je pak použití vzdálených RTU stanic i v oblastech bez možnosti připojení k běžné napájecí síti. Typicky v oblasti čisté i odpadní vody, environmentální ochrany krajiny nebo hlášení stavu průtoku nebo hladiny vodních toků. K tomuto účelu společnost Siemens nabízí kompaktní stanici RTU3000C – datalogger a telemetrickou stanici, která kromě logování dat a standardních telecontrol protokolů umožní modul přepnout do režimu stanice kompatibilní s MQTT cloud prostředím.
Energeticky vysoce úsporné jednotky mohou být napájeny ze zdroje 12-24 V DC nebo až z 2x3x2 vysoce výkonných průmyslových baterií nebo i v kombinaci s externí nabíjecí baterií se solárním článkem. Různé možnosti napájení lze kombinovat podle potřeby. Jednotky RTU3000C je možné provozovat v režimu spánku, aktualizace a komunikace. Příkon v režimu spánku činí méně než 2 mW, což umožní provoz na baterie až po několik let. Samotný modul má krytí IP20 a díky doplňkovému rozvaděči lze zajistit ochranu krytím až IP68. Takto vybavené RTU lze spolehlivě provozovat i v oblastech ohrožených například povodněmi nebo přímo součástí námořních bojí atp. Samozřejmostí je možnost nasazení v extrémních provozních podmínkách prostředí od -40° do + 70°C. V Čechách je tedy možné je nasadit od Polabí až po Šumavu nebo Krkonoše. Ostatně právě z oblasti Šumavy je právě jedna ze vzorových instalací.
Stanice RTU3000C mají možnost připojit až 4 přístroje na příslušné analogové vstupy. Dále lze využít až 8 digitálních vstupů z nichž až dva mohou být provozovány jako čítače a dále 8 digitálních výstupů. Ačkoliv jde o kompaktní modul, lze jej doplnit o rozšiřující modul pro až 16 HART multidrop resp. Modbus RTU zařízení a dále tím rozšířit možnosti nasazení modulu, která lze takto vyčítat i povelovat.
Nejnovější verze RTU3011C a RTU3051C jsou také vybaveny rozhraním pro možnost využití globálního navigačního systému GNSS. RTU3051C podporuje nejen tradiční EDGE/GPRS přenosy, ale také sítě internetu věcí jako je NB-IOTv2 resp. LTE-M v sítích 5G podle LPWAN standardu. Ten umožní efektivněji pracovat se spotřebou energie v případě připojení modulu k síti. Nejen čeští operátoři navíc avizují, že jejich sítě jsou na tyto požadavky velmi dobře připraveny a sítě jsou široce dostupné na celém území nejen naší republiky.
Velkou výhodou stanice RTU3000C je možnost pouhou záměnou firmwaru volit funkcionalitu provozu jako prostý datalogger nebo stanice vzdáleného odečítání a řízení pro Telecontrol Basic, Sinaut ST7 a mezinárodní protokoly DNP3 a IEC-104. Nově je dostupný i firmware pro oblast MQTT Cloud instalací.
Prakticky zcela od počátku je pak plně podporováno OpenVPN připojení ke stanici RTU3000C. Pokud je použit jako VPN server SINEMA Remote Connect, stanice RTU3000C jej podporují plně včetně automatické obnovy certifikátů a hromadné správy jednotek, tedy včetně možnosti povyšování firmwaru centrálně z jediného místa. Což dále rozšiřuje významně funkcionalitu těchto kompaktních RTU jednotek.
Jak už bylo zmíněno, kromě osvědčených telecontrol protokolů se čím dál častěji setkáváme s požadavky, aby tento typ vzdálených stanic mohl komunikovat do Cloudu. Jednou z možností je použití osvědčených telecontrol principů využívajících efektivně i pomalé a málo prostupné sítě a teprve na úrovni SCADA s dobrou konektivitou řešit připojení do Cloudu pomocí vhodných doplňků. Typicky se takto přistupuje ve WinCC V8.0, které tyto doplňky podporuje.
Pokud jde o stanici s dobrou konektivitou ekvivalentní LAN spojení, je také možné většinu z výše uvedených stanic, nejen RTU3000C, provozovat v režimu MQTT Publisher/Subscriber s připojením do Cloudu na přímo. Lze tak připojit nejen veřejný cloud typu Amazon (AWS), ale konfigurovat lze spojení i na komunitní nebo privátní cloudy díky možnosti volné editace payload formátu. Zejména privátní cloud může být alternativou pro zákazníky z průmyslu.
MQTT možnost komunikace je dostupná pro automat Simatic S7-1500 s komunikačním procesorem CP1545-1 používaný velmi často v oblasti výrobní automatizace. Od TIA portal V19 se tato možnost otevírá také pro stanice S7-1200 typu s vhodným komunikačním procesorem. Vedle bezplatných bloků vyžadujících další programátorské úsilí programátora tak lze i pro tyto stanice využít výhody plně TIA portal konfigurace příslušných proměnných prakticky jen výběrem z bloků PLC a zásadně tak zjednodušit a zrychlit konfiguraci.
Vzhledem k tomu, že připojení výrobních technologií do cloudu je trendem současnosti, lze také doporučit a uvážit využití inteligentní brány SIMATIC CC712/CC716, která dokáže připojit jak stávající stanice typu SIMATIC S7-300/S7-400, tak i stanice TIA portal typu S7-1200/1500 pomocí nejen S7, ale i S7plus s možností přístupu k optimized proměnným PLC.
Do značné míry tak lze říct, že je volbou zákazníka z příslušné oblasti průmyslu, zda zvolí raději osvědčené telecontrol řešení nebo se přikloní ke cloudovým technologiím. Oboje má bezesporu svoje výhody.
Pro silně distribuované systémy ve výše zmíněných oblastech vodního hospodářství nebo distribuce energie a plynu je ale využití osvědčených telecontrol protokolů s TLS vrstvou nebo ve VPN připojení nadále vysoce doporučitelné.
Budoucnost je ale nevyzpytatelná, proto je dobrá zpráva, že s technologiemi Siemens si zákazník může vybrat a v mnoha případech i zcela bez výměny hardwaru nebo s případnou drobnou obměnou komunikačního prostředku.

Telecontrol 2024 3

Garance dostupnosti

Společnost Siemens nabízí produkty s technologií telecontrol již více než dvacet pět let. Je nutno zmínit i desetiletou garanci dostupnosti náhradních dílů i po případném ukončení příslušné produktové řady, která zajišťuje dlouhodobou servisovatelnost i stávajících systémů. Použitím komponent značky Siemens lze efektivně optimalizovat investice do náhradních dílů, a celkově tak ochránit svoji investici v dlouhodobém horizontu.
Pro pomoc se specifikací či s technickým řešením nás můžete kdykoliv kontaktovat.

Siemens, s.r.o.
E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
www.siemens.cz/telecontrol

Bezplatný odběr časopisu

Chcete odebírat časopis ElektroPrůmysl.cz zdarma? Napište Vaše jméno a e-mail, poté klikněte na tlačítko odebírat.

Časopis vychází 1x měsíčně.

Aktuální číslo časopisu

ElektroPrumysl

ElektroPrůmysl.cz, červen 2024

Číslo je zaměřené energetiku, trafostanice, transformátory a identifikační systémy.

Nadcházející webináře | kurzy

Zajímavé odkazy

Training services portal: jedna platforma – mnoho možností Využijte přístup ke školením s mnoha tématy, která jsou přizpůsobena Vašim potřebám. Na portálu najdete nabídku jak bezplatných, tak i placených kurzů, online nebo prezenčně, v češtině i v dalších jazycích.
Inspekční minikamera s bezdrátovým přenosem obrazu První inspekční minikameru na světě, která využívá k přenosu obrazu vestavěný wi-fi hotspot pro pohodlné a bezpečné inspekce i těch nejnepřístupnějších míst.
Nový design vypínačů a zásuvek si elektrikáři hned oblíbili! Zaujal je novými matnými barvami, plochým tvarem a také dobrou cenou. Třešničkou na dortu je ovládání mobilem.
Decentralizovaná automatizace, žádná řídicí skříň Přejděte do praxe, decentralizujte, modularizujte, kombinujte technologie, jednejte efektivněji ve spotřebě energií, omezujte a zjednodušujte složitost a nacházejte chytrá řešení.

Najdete nás na Facebooku