Маршрутизаторы NetModule в АСУ ТП

Автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП) сейчас чаще всего строятся на схемах, использующих GSM-модемы или устройства,  содержащие в себе GSM-модемамы. Более продвинутые решения можно получать используя GSM-маршрутизаторы (роутеры), с помощью которых можно строить зашифрованные каналы передачи информации, создавать безопасные виртуальные частные сети (VPN), одновременно использовать передачу сразу на несколько адресов, легко подключаются к Ethernet-сети. Используют их также для дистанционного контроля и управления технологическим оборудованием, в системах контроля доступа, при анализе состояния оборудования и оперативного обнаружения неисправностей, для резервирования кабельных каналов беспроводными (GPRS/3G/4G) и других.
Одним из ведущих мировых разработчиков и производителей GSM-оборудования для межмашинных (М2М) коммуникаций является компания Netmodule AG. Штаб-квартира компании расположена в городе Берн в Швейцарии, филиалы компании находятся в Швейцарии, Германии и Гонконге. ООО «Евромобайл» - официальный дистрибьютор NetModule AG в России и странах СНГ.
Перечень продукции NetModul AG включает кроме аппаратных и программные продукты такие как Netbox; SDK, PRP-драйвер и др. Все роутеры, производимые компанией, выполнены в металлических корпусах.   Они имеют широкий диапазон входного   напряжения: от 12 до 48 В, 13/15-контактную  клемную колодку. В них применяются  различные интерфейсы (Ethernet, RS-232, USB, DI/DO) и используются прозрачные переключения   между сетями GSM, GPRS,  EDGE,3G (UMTS), HSPA+ и  4G (LTE).
Маршрутизаторы серии NB1600 устойчивы к электромагнитным помехам технических средств, применяемых в промышленных зонах. В линейку беспроводных маршрутизаторов NB1600 входят: NB1600 LTE, NB1600 WLAN, NB1600 WIAP и NB1600 Wireline. Все они соответствуют европейскому стандарту электромагнитной совместимости  EN 61000-6-2:2005 или российскому ГОСТ Р 513.17.6.2-2001.

NetModule NB1600

 Рассмотрим подробнее NB1600 LTE и WIAP. Именно эти устройства наилучшим образом подходят для систем диспетчеризации, так как осуществляют трансляцию информации через сети мобильных операторов.  Маршрутизатор   NB1600 LTE, как видно  из его названия, поддерживает стандарт LTE   (4G-сети), характеризующийся высокими скоростями передачи данных.   Сети LTE 4G только недавно начали разворачивать у нас в стране, но NB1600 LTE работает и в 3G-сетях.. NB1600 WIAP, в отличие   от LTE-модели, способен выполнять  функции Wi-fi-точки доступа или  клиента, и к нему может подключаться до 110 Wi-fi-клиентов сразу. Благодаря функции мульти-SSID   несколько отдельных Wi-Fi-сетей могут работать одновременной.
NB1600 LTE и NB1600 WIAP имеют по одному слоту для сим-карт. Имеются следующие интерфейсы: два   Ethernet, RS-232, USB-интерфейс,  два цифровых входа и два цифровых выхода. Максимальное напряжение на цифровом входе 40 В,   минимальное напряжение уровня   «логическая 1» составляет 7,2 В,   «логический 0» – от 5,6 В. Также   маршрутизаторы поддерживают   DHCP-сервер, DNS proxy, динамический DNS, NAPT, Mobile IP, SNMP, Telnet, SSH, веб-сервер, e-mail, отправку и прием СМС-сообщений. Шифрование каналов    позволяет достигать высокой безопасности передаваемых данных. Создавать сертификаты и ключи безопасности воможно с помощью встроенного ПО.  Маршрутизатор может выступать   в роли OpenVPN/IPSec-клиента и сервера
  Протокол Mobile IP (MIP) используется для бесшовного переключения между различными вариантами WAN-подключений (WWAN- WLAN) при этом переключение происходит автоматически за очень короткий интервал и не воспринимается как прерывание связи. В основе этого принципа лежат два главных  механизма: назначение глобального дополнительного IP-адреса или   использование агента. Домашний   агент решает задачу, создавая  туннель с мобильным узлом, похожий на туннель VPN. Переключение   WAN происходит с оповещением агента об изменении WAN IP-адреса   (так называемый временный адрес   в MIP). В режиме туннелирования   и инкапсуляции агент направляет   сообщения по дополнительному IP-адресу.
  Управление маршрутизаторами   NetModule может осуществляться как при подключении ПК с помощью веб-интерфейса через   последовательный порт, так и удаленно по TCP или посредством отправки   СМС-сообщений на подключение,   переподключение, запрос состояния или перезагрузку. Ниже показан пример выдаваемой роутером NB2700 смс-информации. В нем отображены 3G-подключение, координаты местоположения роутера, виртуальная частная сеть (состояние туннеля), состояние цифровых входов и выходов.

System: NB1600 hostname (00:11:22: AA: BB: CC)
WAN1: WWAN1 is up (10.0.0.1, Mobile1,
UMTS, –83 dBm, LAI 12345)
OVPN: client on tun0 is up (10.0.8.4)
DIO: IN1=off, IN2=off, OUT1=on,  
OUT2=off

NetModule NB2700

   В линейку беспроводных маршрутизаторов NB2700 входят: NB2700 Mobile, NB2700 Mobile& WLAN, NB2700 WLAN. Беспроводные маршрутизаторы NetModule NB2700 Mobile, в  отличие от моделей серии NB1600,  имеют пять Ethernet-портов, а не два, как в предыдущей серии.  Кроме того они оснащены двумя слотами для сим-карт (два   UMTS (3G)-модуля в NB2700-2U-GV и NB2700-2UW-G) и встроенным   GPS-приемником  (кроме NB2700-U,   NB2700-U-V, NB2700-UW), который в соответствии  с GPS-сигналом точного времени синхронизирует интегрируемые компоненты системы с астрономическим временем с точностью 1 мс.   
Маршрутизаторы устойчивы к электромагнитным помехам технических  средств, применяемых в коммерческих и производственных зонах  с малым энергопотреблением (что   соответствует европейскому стандарту EN 61000-6-1:2001 или российскому ГОСТ Р 51317.6.1-2001.
 Отлично подходят для систем диспетчеризации NB2700 Mobile и NB2700Mobile&WLAN, так как эти маршрутизаторы осуществляют   трансляцию данных через сети мобильных операторов. Благодаря   возможности работы с двумя активными сим-картами обеспечивается высокая надежность и гибкость функционирования беспроводного канала, в том числе при пропадании связи на объекте. Не требуется замена сим-карт и перенастройка   маршрутизаторов в случае появления новых базовых станций других операторов вблизи объекта или более выгодных М2М-тарифов. Для   подключения GSM-антенн на корпус вынесено два SMA-разъема «Mobile», а также два SMA-разъема   для Wi-fi-антенн (WLAN-модели)   и один для GPS-антенны у моделей с GPS-приемниками.   

 Netbox SDK

Комплект Netbox  SDK, предоставляемый бесплатно, обеспечивает широкие возможности разработки программного обеспечения в Visual Studio 2010,   необходимы  Microsoft Platform SDK,Perl 5 для компиляции openssl, UnxUtils. nasm (Netwide Assembler).  

 Диспетчеризация оборудования электростанций  

 Программно-технический комплекс электростанции представляет собой структуру аппаратно-совместимых технических средств, иерархически соподчиненных и объединенных локальной вычислительной сетью. В этой сети объединены в единую систему серверы, рабочие станции, контрольные модули и вспомогательное оборудование. Сеть промышленного назначения, базирующаяся на технологии Ethernet,  имеет скорость передачи данных 10/100 Мбит/с. В маршрутизаторе NB1600 один Ethernet-порт используется для WAN-подключения (кабельное интернет-подключение), а другой Ethernet-порт для ЛВС. Через промышленную локальную вычислительную сеть передача информации осуществляется с нижнего уровня АСУ ТП на верхний, который часто представляет  собой распределенную систему с удаленными диспетчерскими пунктами. На рис. 3  показан пример резервирования основного защищенного канала беспроводным защищенным. В этом случае маршрутизатор NB1600 (LTE или WIAP) настроен как OpenVPN-клиент, а на удаленном сервере настроен OpenVNP-сервер с аутентификацией на основе сертификатов безопасности. По одному из каналов информация от NB1600 пересылается на удаленный диспетчерский пункт. OpenVPN- туннель работает стабильно достаточно быстро. Если удаленный сервер не имеет необходимых технических характеристик для настройки OpenVPN-сервера, то можно сконфигурировать IPSec/PPTP-туннель: маршрутизатор – клиент, сервер диспетчерского пункта – сервер). NB1600 имее встроенный брандмауэр firewall для фильтрации входящих запросов и защиты от DOS-атак.  

    Диспетчеризация скважин и КНС

Системы предназначенные для диспетчеризации канализационных насосных станций (КНС), шахт и скважин, расположенных далеко друг от друга, осуществляют:
•    формирование, накопление  в контроллере и передачу считываемой информации диспетчеру;
•    обмен информацией между   диспетчерским пунктом и станциями по беспроводному каналу;
•    передачу аварийной информации в диспетчерский пункт;
•    управление работой насосов;
•    контроль доступа персонала в помещение станции.
   На рис. 4 представлена схема   построения системы диспетчеризации скважин и КНС.   Подключение расходомеров, насосов и прочих агрегатов к NB2700 можно осуществлять через промышленные контроллеры или напрямую при подаче сигналов на цифровые входы или последовательный интерфейс.  Каждый   маршрутизатор NB2700 устанавливает   беспроводное  TCP/IP-соединение   с центральным сервером, сервером   водоснабжения (ВС) и водоотведения (ВО). Информация от маршрутизаторов NB2700 Mobile (техно-   логические параметры, показания датчиков по беспроводным GPRS/3G/4G-каналам поступает на центральный сервер, сервер ВО и ВС для дальнейшей обработки и анализа процессов с помощью программного обеспечения SCADA или аналогичного. Два встроенных 3G(UMTS)-модуля, имеющиеся у  NB2700-2U-GV и NB2700-2UWG, позволяют использовать два беспроводных каналая одновременно или проводить резервирование.  

 PRP-драйвер  

   Parallel Redundancy Protocol (PRP) – протокол параллельной избыточности. PRP-драйвер IEC62439 является самостоятельным  программным продуктом компании NetModul и предназначен для работы с системами автоматизации SCADA, основанными на Ethernet. На рис. 5 показаны две независимые сети  LAN A и LAN B. Информация передается и принимается по двум параллельным каналам. PRP прозрачен для приложений и других механизмов реализации избыточности (RSTP и MPR). Его можно использовать с промышленными протоколами   Ethernet/IP, Modbus/TCP и др. Драйвер разработан под 32- и 64-разрядные ОС Windows, Linux и VxWorks.     

  JOPC-bridge    

JOPC-bridge («мост») также является самостоятельным программным   продуктом компании NetModule, предназначеным для разработки Java-приложений интеграции с базами данных и ERP-системами и визуализации процессов. На рис.6 предоставлены примеры приложений с исходным кодом, готовые  классы и dll.   

    Заключение 

 Автоматизированные системы   управления обеспечивают бесперебойность, надежность и максимальную экономичность  работы системы, поддерживают установленные параметры.
Маршрутизаторы NB1600 LTE (или WIAP) и NB2700 Mobil(Mobile&WLAN) подходят для организации контроля работы элементов системы, не требуя наличия GSM-модема на сервере. По аналогии с примером показанным на рис.4 можно организовать беспроводной канал обмена данными между диспетчерским центром и удаленными объектами в автоматизированных системах котельных, которые осуществляют контроль за котлами, датчиками и исполнительными механизмами. NB1600 LTE и WIAP соответствуют требованиям EN 61000-6-2. Эти надежные промышленные маршрутизаторы обеспечивают масштабируемость системы, легкую интеграцию с оборудованием верхнего уровня и защиту инвестиций.