Reliable and Low-cost SCADA-RTU Communications Using GPRS and Dynamic JP

Загрузить (670 KB)

Introduction

Wind Power

Reliable and Low-cost SCADA-RTU Communications Using GPRS and Dynamic IP

This application note provides an overview of communications between remote terminal units (RTUs) and supervisory control and data acquisition (SCADA) systems. In addition to covering the General Packet Radio 

The cost reduction achieved by using GPRSService (GPRS) telemetry communications link between Yokogawa's STARDOM FCN/FCJ intelligent RTUs and FAST/TOOLS SCADA package, this document discusses the following:

  • Support of various internet service provider (ISP) configurations
  • The failover communications capability of GPRS

Expected Benefits

  • Reduction of initial costs by using commercial off-the-shelf (COTS) network components
  • Reduction of communications costs by reducing the number of data packets

Background

Remote data monitoring is required in many industries and applications such as oil & gas, power, waste water treatment, and environmental monitoring. In these applications, a fairly large number of RTUs in remote and/or hazardous locations collect data from devices and send log data and alarms to a SCADA terminal in a central control room (CCR). Telemetry devices installed between the RTUs and the SCADA system send and receive the data. Some big concerns about using telemetry are cost (initial expenditure and communications fees) and communications stability. As the IT network infrastructure improves in remote areas, commodity network infrastructure can be more readily used in telemetry applications, reducing initial startup costs and affording relatively stable communications.

Cost Reduction by Using GPRS

Conventional telephone lines are billed per minute of connection time regardless of whether data is actually sent. On the other hand, when using the GPRS mobile data service on a Global System for Mobile Communications (GSM) system, billing is based on the number of communication packets and is independent of connection time. To make the most of the advantages of GPRS, Yokogawa's STARDOM FCN/FCJ intelligent RTUs and FAST/TOOLS SCADA package have several functions that reduce the number of packets that must be sent. This dramatically lowers communication fees while no concessions are made in response time (e.g. for alarming). In a recent project, this succeeded in reducing the number of packets by 80%.

System Configuration

System Configuration

Note: Transfer rates of GPRS are theoretically up to 171.2kbps. However, transfer rates of between 30-50 kbps are common because they are depend on several factors such as distance to the base transfer station (BTS) and numbers of users in the same area.

Report by Exception

The amount of log data on an RTU would be huge if all data were stored. To reduce the amount of stored data, the FCN/FCJ logs only the data that has changed since the last time stamp. FAST/ TOOLS periodically monitors for changed data on the FCN/FCJ and acquires the log data only in situations such as when there is some change in the data, an alarm occurs, or the refresh button is pressed by the operator. When FAST/TOOLS reads the log data, it is timestamped and merged into its trend data buffer to ensure a seamless trend data graph, even if the network fails and needs to be recovered.

Support of Various ISP Configuration

The FCN/FCJ RTUs can connect to the GPRS/GSM networks provided by ISPs. Though the types of services vary according to country and region, ISPs typically perform internet protocol (IP) address assignment.

IP Address

An IP address is a unique address that is assigned to devices so that they can identify and communicate with each other on a network. There are two types of IP addresses: a static IP address, which is a unique and fixed IP address on a network, and a dynamic IP address, which is assigned by means of the Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) every time a device starts.

RTU and SCADA Communication Using a Static IP Address

An RTU and a SCADA send and receive data based on a statc IP address.

Static IP address

Static IP address
A SCADA station acquires log data from an RTU by using static IP address.

RTU and SCADA Communication Using a Dynamic IP Address

The use of a dynamic IP address is often necessary if an ISP does not provide a static IP address service or if the cost of a static IP address service is much higher than a dynamic IP, making the provision of a static IP to every RTU commercially unfeasible. In this case, the Dynamic Domain Name System (DDNS) is required to convert the host name to a dynamic IP address so that the RTUs and SCADA can communicate with each other using a fixed host name. Even if a local provider cannot provide DDNS service, FAST/TOOLS and the FCN/FCJ RTU can communicate with each other via a DDNS server that is located in the same computer room as the FAST/TOOLS system. The FCN/FCJ RTU autonomously sends its own host name and IP address to the DDNS server, which has a fixed IP address, and then the DDNS manages the FCN/FCJ RTU's host name and IP address.

Dynamic IP address
Dynamic IP address
A SCADA station acquires log data from an RTU by using fixed host name.

Failover Communication of GPRS

As you may already know, GSM cellular phone networks can be affected by weather conditions or electrical interference, and in the worst case, communications can be lost. In the same way, a GPRS link over a GSM network connecting a SCADA system to RTUs can be cut at any time. However, the FCN/FCJ RTUs can automatically reestablish the communications link if this occurs.

Reconnection by Monitoring Point-to-Point (PPP) Status

The FCN/FCJ intelligent RTUs establish a connection with the GPRS network using an embedded PPP protocol. If the PPP communications link is lost, the FCN/FCJ RTUs monitor the PPP status and at regular intervals attempt to re-establish the connection with the GPRS network. With this function, the connection between FAST/TOOLS and the FCN/FCJ RTUs is guaranteed. This, combined with the system's capability to keep a log, ensures that data is never lost: FAST/TOOLS will automatically "catch-up" as soon as a communications link is reestablished.

Conclusion

SCADA telemetry systems used in oil & gas, environment monitoring, and water distribution applications have to be capable of covering a wide area and functioning under harsh conditions, and must be at the same time affordable and inexpensive to operate. With its FAST/TOOL SCADA package and FCN/FCJ intelligent RTUs, Yokogawa is helping its customers improve cost competitiveness and improve quality.

Additional Industries: Environment Monitoring

Отрасли

  • Апстрим/Добыча-Транспортировка

    Добывающая промышленность включает в себя морскую и наземную деятельность, включая автоматизацию устья скважины, фракционирование, заканчивание и разделение для извлечения и подготовки подземной или подводной сырой нефти и природного газа.

    Поскольку нефть поднимается на поверхность, она должна быть отделена перед транспортировкой. Первичная и вторичная стадии разделения обычно распределяют поток газа, поток воды и поток нефти в трехфазном разделении. Для перекачки газа требуется трубопровод и может включать процесс фракционирования на стадии до транспортировки. Жидкости могут быть помещены в резервуары или трубопроводы и отправлены на переработку, что требует точных измерений уровня.

    Узнать больше
  • Вода и сточные воды

    Водные ресурсы истощимы, поэтому содействие устойчивому водному циклу является одной из Целей устойчивого развития (SDG). Компания Yokogawa предоставляет передовые решения в области цифрового управления для стабильной подачи чистой и безопасной воды, очистки сточных вод с целью защиты водной среды, управления потерями воды и оптимизации работы установок с целью сокращения выбросов CO2 и снижения эксплуатационных расходов. Используя наши передовые технологии, надёжные продукты, обширные знания и опыт реализации различных проектов в сфере использования водных ресурсов, мы работаем с Вами, чтобы предоставлять устойчивые решения в сфере водных ресурсов, которые способствуют развитию Вашего бизнеса и повышают ценность на протяжении всего жизненного цикла оборудования.

    Компания Yokogawa поддерживает широкий спектр областей применения наших решений по обеспечению необходимого водного режима для рынков городского и промышленного потребления воды.

      

     

    Узнать больше
  • Нефть и газ

    Компания Yokogawa обладает богатым опытом во всех сферах нефтегазового бизнеса: от морских и сухопутных сооружений до трубопроводов, терминалов и глубоководных операций. Мы предлагаем решения, которые повышают безопасность, обеспечивают точную и надёжную эксплуатацию и увеличивают эффективность предприятия.

    Узнать больше
  • Применения в морских условиях (FPSO, FLNG и FSRU)

    Для проведения морской разведки и добычи требуется обеспечение максимальной работоспособности в суровых условиях. На объектах, эксплуатируемых как с обслуживающим персоналом, так и с режимом работы по безлюдной технологии, необходимы надёжные интегрированные системы управления и безопасности (ИСУБ) с расширенными возможностями дистанционного мониторинга. Компания Yokogawa обладает самыми современными технологиями и обширным опытом реализации проектов в морских условиях любого масштаба и уровня сложности автоматизации.

    Узнать больше
  • Электроэнергетика

    В середине 1970-х годов компания Yokogawa вошла в энергетический бизнес, выпустив электросистему управления EBS. С тех пор компания Yokogawa неуклонно продолжает развивать свои технологии и возможности для предоставления лучших услуг и решений нашим заказчикам по всему миру.

    Компания Yokogawa создала глобальную сеть решений в области электроэнергетики, чтобы играть более активную роль на динамично развивающемся мировом рынке электроэнергии. Это позволило наладить более тесную командную работу внутри компании Yokogawa, объединив наши глобальные ресурсы и отраслевые ноу-хау. Эксперты компании Yokogawa в области электроэнергетики работают вместе, чтобы предоставить каждому заказчику решение, которое наилучшим образом соответствует его сложным требованиям.

    Узнать больше

Related Products & Solutions

  • Программное обеспечение SCADA (FAST/TOOLS)

    Изначально создававшийся как проект Flexible Advanced System Techniques (FAST), сегодня FAST/TOOLS является комплексным, полностью интегрированным пакетом приложений для систем диспетчерского контроля и сбора данных (SCADA). Благодаря мощности и гибкости приложений FAST/TOOLS пакет обслуживает различные установки, начиная с технологических процессов отдельных единиц оборудования с 50 контрольными точками и заканчивая морскими добычными и трубопроводными системами с несколькими миллионами точек, разбросанных на тысячи миль

    Узнать больше

Наверх