Заворачиваем RS485 в LoRa

в 9:00, , рубрики: lora, LoRaWAN, LPWAN, ruvds_статьи, usr, АСКУЭ, Блог компании RUVDS.com, инженерные системы, меркурий, меркурий230, мониторинг оборудования, Сетевые технологии, системное администрирование

Заворачиваем RS485 в LoRa - 1


На одном из объектов я столкнулся с необходимостью организовать беспроводной канал связи для получения данных от электросчётчиков «Меркурий», смонтированных в трансформаторной подстанции. Распространённым и, наверное, самым популярным решением подобных задач является использование GSM/3G/4G-модемов. Но в этот раз я решил пойти другим путём и реализовать обмен данными с помощью преобразователя RS232/485 в LoRa.

Начало истории

Трансформаторная подстанция (ТП), от которой запитаны здания бизнес-центра (БЦ), представляет собой отдельно стоящую бетонную коробку. Расстояние от основного здания БЦ до ТП составляет примерно 50 метров. Линии связи между зданиями отсутствуют. В ТП смонтировано два прибора учёта электроэнергии Меркурий 230. Для возможности получения информации от электросчётчиков интерфейсы последних объединены в сеть RS485 и выведены на проходные клеммы в щите учёта.

В основном здании БЦ расположена электрощитовая (ВРУ), в которой также размещён прибор учёта Меркурий 230. Аналогично ТП, интерфейс RS485 этого счётчика выведен на проходные клеммы.

Разумеется, в таких обстоятельствах дистанционная работа со счётчиками невозможна. Поэтому в первых числах каждого месяца, в жару и в непогоду, в любое время года, инженер берет в руки отвёртку, ноутбук, преобразователь USB-RS485 и топает сначала в ТП, а затем и во ВРУ, где подключается к счётчикам и выгружает профили мощности для их дальнейшей обработки.

Заворачиваем RS485 в LoRa - 2

Типичная трансформаторная подстанция

Для вышеупомянутого инженера проблема очевидна, остальным поясню: требуется организовать дистанционное подключение к приборам учёта. Вариант прокладки кабельных линий связи был отброшен сразу — дешевле подарить инженеру рюкзак, плащ-палатку и палки для скандинавской ходьбы. После недолгих размышлений я решил предпринять попытку пробросить RS485 через LoRa. С этой целью были приобретены последовательные серверы USR-LG206-H-P от USR IOT.

Что за зверь?

Несложно догадаться, что USR-LG206-H-P — есть не что иное, как преобразователь интерфейса RS232/RS485 в LoRa. Простыми словами, преобразователь позволяет работать через радиоканал с устройствами, имеющими на борту последовательный порт. Как раз такими устройствами и являются наши счётчики.

Заворачиваем RS485 в LoRa - 3

Тестовый стенд. Пример подключения USR-LG206-H-P к счётчику Меркурий 230 ART-03 CN

Подробнее о USR-LG206-H-P

На странице устройства имеется ссылка для скачивания руководства пользователя. Основные моменты из этого документа я перечислю ниже.

▍ Режимы работы

USR-LG206-H-P поддерживает три режима работы:

  • Режим передачи точка-точка (fixed-point transmitting mode)
  • Прозрачный режим передачи (transparent transmission mode)
  • Командный режим (AT command mode)

▍ Режим передачи точка-точка

В этом режиме USR-LG206-H-P изменяет адрес назначения и канал. К передаваемым данным требуется добавлять три байта: первые два байта являются адресом получателя, а третий байт — каналом. Для решения моей задачи этот режим работы не подходит. Необходимость модификации передаваемых данных не позволит использовать ПО, предоставляемое производителем приборов учёта.

Заворачиваем RS485 в LoRa - 4

▍ Прозрачный режим передачи

При использовании этого режима модификации передаваемых данных не требуется. Для реализации прозрачной передачи оба устройства USR LG206-P должны иметь одинаковый LoRa speed class, Channel и Destination address.

Заворачиваем RS485 в LoRa - 5

Кроме этого, в прозрачном режиме доступно использование широковещательного адреса. Если USR LG206-P с Destination address равным 65535 начнёт передавать данные, то их получат все LG206-P с таким же LoRa speed class и Channel.

Заворачиваем RS485 в LoRa - 6

Далее я буду использовать именно возможность отправки широковещательных запросов. Конечно, как и в случае проводного соединения все подключенные счётчики должны быть настроены и иметь корректные сетевые адреса.

▍ Командный режим

В командном режиме пользователь может выполнять AT-команды — запрашивать и задавать значения параметрам USR-LG206-H-P. Подключение осуществляется через последовательный порт.

Заворачиваем RS485 в LoRa - 7

Настройка всех USR-LG206-H-P производилась с помощью свистка USB-RS485

▍ Безопасность

Поддерживается шифрование. Ключ шифрования должен быть одинаковым на всех преобразователях. Установка ключа осуществляется в командном режиме. Функция чтения ключа шифрования не предусмотрена. При утере придётся заново задавать его на каждом USR-LG206-H-P.

Заворачиваем RS485 в LoRa - 8

Карта сети

Итак, для реализации задуманного мне потребовалось три преобразователя USR-LG206-H-P. По одному преобразователю было смонтировано в помещениях ТП и ВРУ. К каждому я подключил приборы учёта Меркурий 230. Преобразователям назначены Destination address равные 888 и 999 соответственно.

Ещё один USR-LG206-H-P был установлен на рабочем месте инженера и с помощью адаптера «USB-RS485» подключен к ПК. Данному USR-LG206-H-P назначен широковещательный Destination address — 65535. Таким образом, с рабочего места обеспечивается беспроводной доступ ко всем приборам учёта.

Значения LoRa speed class и Channel одинаковы на всех устройствах.

Заворачиваем RS485 в LoRa - 9

При необходимости иметь доступ к счётчикам через Ethernet, преобразователь USR-LG206-H-P с адресом 65535 потребуется подключить к преобразователю Serial-to-Ethernet, например, MOXA NPort серии 5100 или USR-N510-H7-4.

Конфигурирование USR LG206-P

Для конфигурации устройств мне потребовалась утилита USR-LoRa-P.exe и преобразователь интерфейсов USB-RS485. Утилита доступна для скачивания на странице производителя. Настройка не вызывает особых сложностей. Для начала необходимо открыть порт и перевести прибор в командный режим. Отправляемые AT-команды и результат их работы отображается в консоли (LOG).

Затем я настроил устройства на прозрачный режим работы, установил корректные параметры для последовательного порта. Настройки порта должны совпадать с настройками интерфейса подключаемых приборов учёта. После этого назначил приборам Destination address. Как всегда — значения Speed class и Channel на всех устройствах одинаковые.

Заворачиваем RS485 в LoRa - 10

Используемая полоса радиочастот

При настройке рабочей частоты руководствуемся следующим: Working frequency band=(803+_Channel_) MHz. По умолчанию _Channel_= 65, что соответствует 868 МГц.

Установка ключа шифрования

Ключом шифрования может являться байтовая строка состоящая из 16 байт. Для установки ключа используется команда AT+KEY.

Заворачиваем RS485 в LoRa - 11

Заключение

Затратив минимум усилий и средств у меня получилось развернуть LPWAN сеть на базе уже существующего на предприятии оборудования. Сейчас сеть используется для удалённого доступа к приборам учёта из стандартного ПО от производителя счётчиков электроэнергии. Тем не менее, при необходимости такое ПО может быть заменено на любое другое решение, наиболее подходящее к конкретной задаче.

Автор:
artirm

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js