Индустриальные GPRS/EDGE-модемы AnCom RM на базе GSM-модулей Sierra Wireless
GPRS/EDGE-канал передачи данных AnCom
Построение распределенных сетей для решения задач удаленного управления, мониторинга и диспетчеризации подразумевает создание каналов передачи данных между удаленными объектами автоматизации и единым диспетчерским пунктом управления, сбора и обработки информации. Зачастую при построении подобных систем использование проводных каналов невозможно или экономически нецелесообразно. В этих условиях единственным приемлемым вариантом является применение GSM-модемов.
GSM-сети характеризуются развитой во всех регионах инфраструктурой, высокой надежностью, возможностью быстрого развертывания и невысокими стоимостными характеристиками. К тому же использование GPRS-каналов для передачи технологических данных находит поддержку у GSM-операторов, во многом исчерпавших возможность увеличения абонентской базы голосовых услуг [1].
ООО «Аналитик-ТС» предлагает законченное комплексное решение: надежный и безопасный «прозрачный» GPRS/EDGE-канал передачи данных AnCom на базе GSM-модемов AnCom RM/D или AnCom RM/S и программного коммуникационного TCP-сервера AnCom Server RM [2].
GPRS/EDGE-канал передачи данных AnCom обеспечивает унификацию интерфейсов на передающей и принимающей сторонах тракта:
- Узел распределенной сети (модем AnCom RM): «прозрачный» обмен данными со стандартными интерфейсами объектов автоматизации — RS-232, RS-485, RS-422, Ethernet.
- Диспетчерский центр (ПО AnCom Server RM под управлением ОС Windows): стыковка ПО верхнего уровня по выделенным для каждой точки управления TCP- или COM-портам.
GSM-модемы AnCom
Многофункциональная серия AnCom RM/D, отвечающая высоким требованиям безопасности и надежности канала передачи данных, предназначена для решения широкого спектра задач телемеханики и телеметрии, позволяет адаптироваться практически к любой структуре распределенной сети, разнородному парку объектов промышленной автоматизации, управления, мониторинга и диспетчеризации. Модемы этой серии отличаются высокой функциональностью, гибкостью, надежностью и обладают рядом важных свойств, среди которых:
- различные комбинации интерфейсов (до двух независимых интерфейсов в модеме), расширенные возможности системы измерения и управления (порты телесигнализации (ТС) и телеуправления (ТУ), встроенный термометр);
- расширенный набор вариантов исполнения первичного питания;
- резервирование каналов передачи на уровне операторов GSM-связи (две SIM-карты).
Изделия серии AnCom RM/S являются модификацией GSM-модема AnCom RM/D в уменьшенном корпусе: с сохранением аппаратно-программных возможностей и оптимизацией соотношения цена/функциональность при ограниченном количестве вариантов исполнения (рис. 1, 2).
Модемы оснащены интерфейсами RS-485 или RS-232 и двумя входами телесигнализации для подключения охранно-пожарных датчиков. AnCom RM/S ориентированы на применение в автоматизированных системах коммерческого учета энергоресурсов (AСКУЭ и АСКУПЭ), а также в любых других системах автоматизации, управления, мониторинга или диспетчеризации, использующих указанные интерфейсы для обмена данными с оконечным устройством. В таблице 1 представлены основные параметры AnCom серий RM/D и RM/S. Читатели могут сами сравнить характеристики модемов и выявить их существенные отличия.
Серия |
Тип интерфейса |
Система измерения |
SIM-карты |
Питание |
AnCom RM/D |
Основной: RS-232 или RS-485; дополнительный: RS-232C, RS-485, Ethernet, RS-422 |
До восьми универсальных |
Работа с одной или двумя SIM-картами с автоматическим переключением между ними |
Встроенный адаптер первичного питания: ~140–286 В AC; = 36–72 В DC; = 18–36 В DC; = 9–18 В DC |
AnCom RM/S |
RS-485 или RS-232 |
Два цифровых входа ТС, |
Работа с одной SIM-картой |
Встроенный адаптер первичного питания: ~85–264 В AC; = 120–370 В DC |
GSM-модемы AnCom RM имеют гальваническую развязку по питанию, буферы данных для систем с «трехпроводным» интерфейсом (RxD и TxD), встроенный аппаратный перезапуск при системных зависаниях модуля или оператора (Watchdog Timer), светодиодную индикацию режимов работы. Устройства поставляются с комплектом ПО для обеспечения технологичности развертывания и масштабируемости систем автоматизации и диспетчеризации.
Залогом успешной организации производства оборудования, помимо научно-производственной базы, является грамотный выбор поставщиков электронных компонентов.
GSM-модемы AnCom — что у них внутри?
GPRS/EDGE-модемы серии AnCom RM построены на базе GSM-модулей компании Sierra Wireless, что позволило создать полностью готовое к работе и не требующее дополнительных доработок устройство. GSM-модули Sierra Wireless обладают рядом преимуществ, грамотное использование которых дает возможность реализовать мощный GPRS/EDGE/CSD/SMS-терминал для обеспечения надежной, устойчивой и безопасной M2M-связи в индустриальных территориально распределенных системах с высокими требованиями к надежности канала передачи данных. В таблице 2 представлены основные возможности таких GSM-модулей, реализованные в модемах AnCom RM.
Возможности GSM-модуля Sierra Wireless |
Реализация возможностей модуля в GSM-модемах AnCom RM |
Комментарии |
Встроенная операционная система OpenAT с возможностью заливки программного обеспечения
Мощные программно-аппаратные ресурсы модуля: ARM9, 32 бит, |
Предустановленное ПО AnCom обеспечивает:
|
Мощные программно-аппаратные ресурсы модуля и предустановленное ПО AnCom обеспечивают работу модемов AnCom RM в непрерывном и необслуживаемом режиме.
Вмешательство человека или дополнительного контроллера для управления беспроводным соединением не требуется.
Связь устанавливается автоматически после включения/восстановления питания. |
Поддержка установки двух последовательных интерфейсов (UART1, UART2). Шина I2C. |
В зависимости от варианта исполнения модем имеет до двух последовательных интерфейсов (RS-232, RS-485, RS-422, Ethernet) |
На стороне диспетчерского центра ПО AnCom Server RM предоставляет доступ к интерфейсам приборов учета, контроллеров, датчиков и т. п. через TCP-порты. |
Поддержка GSM-сервисов |
|
|
АЦП и ЦАП |
Встроенный датчик температуры |
|
Широкий температурный диапазон –40…+70 °С |
Промышленное исполнение корпуса IP40, возможность крепления на DIN-рейку и соединитель SMA для подключения внешней антенны обеспечивают возможность применения модемов в индустриальных распределенных системах. |
Основная разница между двумя модулями — форм-фактор и, соответственно, способ монтажа на печатную плату (специальный разъем для Q2687 и поверхностный монтаж по технологии LGA (Land Grid Array) для SL6087).
В предыдущих обзорах [3] мы уже рассматривали проверенные временем и зарекомендовавшие себя как надежные и функциональные модули серии Q26 и их применения [4]. В данной статье подробнее остановимся на одной из последних разработок компании — модуле SL6087 серии AirPrime (рис. 3). Основным отличием SL6087 является компактный и легкий корпус LGA. Модули AirPrime SL представлены в двух вариантах: с поддержкой EDGE (AirLink SL6087) и HSDPA (AirPrime SL808x).
AirLink SL6087 — единственный EDGE-модем, который при таких малых габаритах (25×30 мм) имеет встроенную операционную систему и способен выполнять программы пользователя. ОС реального времени OpenAT позволяет в полном объеме использовать незадействованные ресурсы (до 87 MIPS) микроконтроллера ARM9, а также свободные ресурсы Flash-памяти.
Программы для AirLink SL6087 создаются на языке ANSI С/С++, что значительно повышает их быстродействие в отличие от изделий других производителей, где используются интерпретируемые языки. Возможно также написание программ на скриптовом языке Lua. Для создания программ (как на ANSI С/С++, так и на Lua) предоставляется бесплатная студия разработки Sierra Wireless Developer Studio, основанная на широко известном интерфейсе Eclipse.
Модули AirPrime SL8080 (850/1900 МГц), AirPrime SL8082 (900/2100 МГц) и AirPrime SL8084 (850/2100 МГц) поддерживают высокоскоростную передачу данных HSDPA и имеют корпус LGA. Все представители серии SL808x поддерживают удобный менеджер Sierra Wireless Watcher, который позволяет пользователям легко установить и сконфигурировать модуль.
Все устройства AirPrime SL опционально поддерживают технологию In-SIM — установка SIM-карты непосредственно в GSM-модуль. Встроенная SIM-карта является полным аналогом внешней пластиковой SIM-карты, но при этом лишена ее основных недостатков. Так как SIM-карта встроена непосредственно в модуль, то исключается возможность нарушения ее работы вследствие механических действий. Таким образом, модуль со встроенной SIM-картой становится виброустойчивым, и при этом расширяется диапазон его рабочих температур (–40…+85 °C).
Благодаря дополнительной услуге компании Sierra Wireless AirVantage Services, возможно удаленное (по сети GSM) управление модемом и мониторинг его состояния. Кроме того, возможно удаленное обновление системного и прикладного программного обеспечения. Сервис AirVantage позволяет разработчику и/или заказчику обслуживать и модернизировать устройства без необходимости выезда обслуживающего персонала к месту установки модема.
У модема AirLink SL6087 стандартный корпус LGA, который, с одной стороны, упрощает его монтаж в сравнении с корпусами BGA, а с другой — повышает надежность по сравнению с разъемными соединениями.
Для GSM-модуля SL6087 от компании Sierra Wireless, а также для модулей AirPrime и AirLink, управляемых ОС OpenAT, существует возможность использования их в качестве USB-flash-памяти. Это реализуется путем применения программного модуля USB_Composite_CDC_MSC, поставляемого вместе со средой разработки Developer Studio. Подключив GSM-модем по USB-интерфейсу к компьютеру, вы можете увидеть его как съемный диск и хранить на нем файлы.
Программный модуль USB_Composite_CDC_MSC можно использовать как отдельную программу, скомпилировав ее и загрузив в модем. Данный модуль может быть добавлен в проект пользователя как библиотечный файл, поскольку все его исходные коды доступны в студии разработки (при этом не требуется вносить какие-либо серьезные изменения в проект пользователя).
Использование GSM-модема в качестве USB-flash-памяти может быть полезно для обновления файлов настройки ПО в системах, где необходимо резервное копирование данных при прерывании беспроводного канала:
- АСКУЭ;
- автосигнализация;
- мониторинг подвижных объектов.
Очень интересной особенностью GSM-модуля SL6087 является возможность интеграции его с GPS-модулем компании Sierra Wireless XM0110 (рис. 4). XM0110 — это ультракомпактный модуль с размерами всего 10×12,5×2,5 мм и уровнем чувствительности –163 дБм, разработанный на основе микросхем SiRFstarIV GSD4t. Модуль работает в связке со всеми GSM-модемами серии AirPrime на основе процессора WMP100. XM0110 подключается к GSM-модулю с помощью интерфейса UART и не требует для своей работы дополнительных компонентов (кроме антенны).
Для управления GPS-модулем разработан плагин Location, который будет доступен начиная с версии прошивки R7.44. Пользователь может работать с модулем в двух вариантах (рис. 5):
- С помощью интерфейса AT-команд, посылаемых на UART GSM-модуля. В этом варианте нужен внешний микроконтроллер, который будет соединен с GSM-модулем (рис. 5а).
- С помощью приложения Open AT, использующего библиотеку Location. В этом случае внешний микроконтроллер не требуется (рис. 5б).
Одной из особенностей модуля является наличие режима Micro Power Mode, позволяющего устройству всегда находиться в состоянии готовности к «горячему» старту. При этом энергопотребление снижается до наименьшего для модулей такого уровня (500 мкА).
Ультракомпактность, низкое энергопотребление, возможность работы с GSM-модулем напрямую позволят разработчикам создавать устройства с минимальными габаритными размерами и максимально возможным временем автономной работы — трекеры и автосигнализации, устройства для контроля за энергоресурсами с автономным питанием, различные системы безопасности.
В 2010 г. беспроводной модуль серии AirPrime SL6087 EDGE от компании Sierra Wireless стал победителем в номинации «Лучший 2G-модуль». В номинации соревновались пять крупнейших производителей модемов для М2М-индустрии, представивших 18 устройств в двух категориях: «Лучший 3G-модем» и «Лучший 2G-модем». Конкурс проводила Ассоциация GSMA [5]. Судейская комиссия отметила, что модуль SL6087 воплотил в себе ряд инновационных решений, позволивших создать компактный EDGE-модуль в LGA-корпусе, управляемый мощной операционной системой, способной исполнять пользовательские приложения.
В ООО «ЭЛТЕХ» можно получить образцы данного модема, а также протестировать его работу на отладочном комплекте, который использовался при разработке GSM-модемов AnCom (рис. 6). Отладочный комплект позволяет протестировать все доступные сервисы GSM-модуля Sierra Wireless.
Заключение
GSM-модемы (GPRS/EDGE/CSD/SMS) AnCom RM производства «Аналитик-ТС» на базе GSM-модулей Sierra Wireless нашли широкое применение в системах коммерческого учета энергоресурсов (AСКУЭ и АСКУПЭ — газ, вода, тепло, электроэнергия), в системах управления технологическими процессами (АСУТП — управление резервным электропитанием, скважинами, насосами и т. п.), мониторинга окружающей среды, управления уличным освещением, контроля состояния инженерных сооружений, мониторинга транспорта, охраны зданий и территорий.
При использовании GSM-модемов AnCom RM совместно с коммуникационным сервером AnCom Server RM обеспечивается законченное решение: GPRS/EDGE-канал передачи данных AnCom, обеспечивающий унификацию интерфейсов на передающей и приемной сторонах тракта.
- Дианов И., Яманов А. Комплексные решения по GPRS-связи в системах промышленной автоматизации и диспетчеризации // Беспроводные технологии. 2010. № 4.
- http://www.analytic.ru
- http://eltech.spb.ru/webinars.html /ссылка утеряна/
- http://www.eltech.spb.ru/news.html?nid=957 /ссылка утеряна/
- https://www.sierrawireless.com/Newsroom/newsreleases/2010/11-18-AirPrime_SL6087_wins_best_wireless_module_award.aspx /ссылка утеряна/