Paketorientierte Übertragungsdienste wie GPRS sind heute längst nicht mehr nur mit Funktelefonen zur mobilen Internetanbindung in Verbindung zu bringen. Gerade im Bereich der Fernwirktechnik spielt dieser auf dem GSM-Netz basierende Dienst eine wichtige Rolle. Bei vielen Anlagen sind keine privaten Leitungen oder Telefonanschlüsse verfügbar, deren nachträgliche Installation ist häufig zu teuer oder aufgrund geographischer Gegebenheiten nicht möglich, wie z.B. bei älteren Windenergieanlagen (Bild1) oder mobilen Applikationen, wie der Containerüberwachung. Lizenzpflichtige Funklösungen wie die Nutzung des Fernwirkfunks im 448MHz-Band scheitern oft an der Entfernung oder erfordern aufgrund des Geländeprofils erhöhte Investitionen in die Infrastruktur (Sendemasten, Blitzschutzmaßnahmen usw.), sodass sie ebenfalls keine Alternative bieten. Gleiches gilt verstärkt für lizenzfreie Funklösungen, deren Störanfälligkeit, beispielsweise durch andere Funkteilnehmer, eine Nutzung für Übertragungen über größere Entfernungen mit höherem Verfügbarkeitsbedarf ausschließt. In all diesen Fällen ist GPRS – ein Dienst, der freie GSM-Kapazitäten zur paketorientierten Datenübertragung nutzt – das geeignete Übertragungsmedium, um Fernwirkaufgaben oder die zentrale Überwachung von Anlagen zu realisieren: Immerhin weisen die GSM-Netze mit 85% Marktanteil eine Netzabdeckung von über 80% der Weltbevölkerung in 220 Ländern auf (Quelle: www.gsmworld.com), sodass die Investition in eigene Übertragungsnetze zum einen nicht erforderlich und zum anderen auch wirtschaftlich nicht vertretbar ist. Kostenvorteile durch GPRS Im Gegensatz zur Datenübertragung über den CSD-Dienst (Modemmodus) innerhalb des GSM-Netzes wird GPRS volumenbasiert abgerechnet. Meist werden bei GPRS spezifische M2M-Tarife (Machine-to-Machine) gewählt, mit denen eine kostengünstige und dauerhafte Online-Anbindung ohne lästige Verbindungsaufbauzeiten möglich ist. Um zu hohe Datenvolumina und damit verbundene Mehrkosten zu vermeiden, ist es jedoch erforderlich, effiziente Protokolle und ereignisorientierte anstelle zyklischer Datenübertragungsverfahren einzusetzen. In Deutschland sind bei manchen Netz-Providern 50MByte Datenvolumen bereits für rund 10 Euro monatlich zu haben, und der Trend sinkender Providerkosten hält an. GPRS stellt damit die preisgünstigste 24-Stunden-Online-Verbindung dar. VPN-Sicherheit ohne Zusatzkosten Bei einer typischen Mobiltelefon-Anbindung über GPRS an das Internet läuft die Kommunikation nur in eine Richtung: Internetseiten werden auf Anfrage des Mobiltelefon-Nutzers zum Mobiltelefon gesendet. Zugriffe vom Internet auf das Mobiltelefon werden vom Mobilfunkprovider über die Firewall blockiert. Die in der Fernwirktechnik erforderliche Option, von der Zentrale aus auch unaufgefordert auf den GPRS-Teilnehmer zugreifen zu können, ist darum nicht ohne weiteres möglich. Um trotzdem die Möglichkeit einer Datenkommunikation in beide Richtungen anzubieten, stellen einige Provider Virtual-Private-Network-Lösungen (VPN) bereit. Damit verbunden sind aber eigene Vertragswerke, die weitere Dienstleistungen wie etwa die Abstimmung von IP-Adressen umfassen. Hierdurch entstehen zusätzliche monatliche Kosten, die diese Lösung in vielen Fällen unattraktiv macht. Eine wirtschaftliche Lösung ist der Einsatz des GPRS-Routers MD741-1 von Siemens. Bei diesem Gerät gibt es die Möglichkeit, ohne zusätzliche Dienstleistungen des Providers und über gängige SIM-Karten, ein VPN über das NAT-Gateway und die Firewall des Mobilfunkproviders hinweg aufzubauen, der dauerhaft online gehalten wird. Dadurch kann die drahtlose Kommunikation auch zwischen zwei Teilnehmern bidirektional ablaufen. Die Zwei-Wege-Kommunikation kommt z.B. beim \’Condition Monitoring\‘ zum Einsatz: die Zentrale wird nicht nur mit Daten versorgt, sondern die Messwerte in den überwachten Prozessstationen können auch – speziell bei starken Veränderungen – in kürzeren Intervallen erfasst werden, damit schnell und gezielt auf Veränderungen reagiert werden kann. Solch eine zustandsorientierte Überwachung ist besonders dann wichtig, wenn Anlagenstillstände zu größeren wirtschaftlichen Schäden führen würden und deshalb vermieden werden müssen. Gestiegene Datenübertragungsraten Von besonderem Vorteil sind die mit GPRS zu erzielenden Datenübertragungsraten. Während mit dem CSD-Dienst innerhalb des GSM-Netzes Geschwindigkeiten von ca. 9,6KBit/s erreicht werden können, liegen die theoretischen Geschwindigkeiten mit GPRS bei bis zu rund 107KBit/s (8 x 13,4KBit/s). Durch die Kanalfreigabebeschränkungen der GSM-Provider sind im Regelfall allerdings Datenraten vergleichbar mit denen eines analogen Modems zu erwarten. Die Erweiterung des GPRS über die Einführung zusätzlicher Modulationsverfahren, genannt EDGE oder EGPRS, erhöht die Datenübertragungsraten des GPRS um das vier- bis fünffache. Die Erfahrung zeigt, dass die Geschwindigkeit von EDGE sogar höher ist als die von UMTS-Verbindungen in unzureichend versorgten Gebieten. Im Gegensatz zu UMTS ist EDGE außerdem weltweit nahezu überall verfügbar. In einigen wenigen Ländern, wie z.B. Deutschland, bieten manche Mobilfunkprovider in mit UMTS versorgten Ballungsräumen statt EDGE (EGPRS) jedoch nur das normale GPRS an. Der GPRS-Router MD741-1 von Siemens ist bereits für die höheren Übertragungsraten eingerichtet und beherrscht sowohl GPRS als auch EDGE- (EGPRS)-Techniken. Datensicherheit Natürlich spielt – bedingt durch das Gefahrenpotenzial des Internet – die Datensicherheit eine entscheidende Rolle. Insbesondere Verbindungen für den Austausch von Prozessdaten in Automatisierungsanwendungen müssen durch die VPN-Technologie gegen Manipulation von außen geschützt werden. Bei dem GPRS-Router MD741-1 ist die Datensicherheit durch das Sicherheitsprotokoll IPsec gewährleistet. Dieses standardisierte Verfahren verschlüsselt den gesamten Datenverkehr, der mittels Authentifizierungsverfahren über einen VPN-Tunnel abläuft. Durch diese Sicherheit ist die Gefahr einer Datenmanipulation praktisch ausgeschlossen. Fernwirktechnik bei Siemens Mechanical Drives Wie auch für viele andere Unternehmen gewinnt die drahtlose Fernwirktechnik für die Business Unit Mechanical Drives der Siemens AG (ehemals A. Friedr. Flender AG) zunehmend an Bedeutung. Das Unternehmen gehört zu den führenden Herstellern von Komponenten der mechanischen und elektrischen Antriebstechnik. Der Geschäftsbereich Service International bietet Serviceleistungen zu diesen Komponenten an. Dabei handelt es sich vorwiegend um Instandsetzungsarbeiten und Problemanalysen von Getrieben, u.a. auf Windenergieanlagen. Mobile Messeinsätze, Telediagnoseservices zur schwingungsbasierten Zustandsüberwachung der Getriebe und sogenannte temporäre \’Troubleshooting\‘-Einsätze für Problemanalysen mit mobilen Messsystemen gehören zum Leistungsspektrum des Dienstleisters. Problemstellung Der Internetzugang über Telefonleitungen ist bei größeren Windparks heute weitestgehend gewährleistet. Zahlreiche Windenergieanlagen in geringeren Leistungsklassen werden aber erst mit \’Condition-Monitoring\‘-Systemen nachgerüstet, nachdem die Serviceverträge mit dem Hersteller ausgelaufen sind und der Betreiber der Anlagen für die Instandhaltung selbst verantwortlich ist. Durch die permanente Messdatenaufzeichnung der \’Condition-Monitoring\‘-Systeme werden Maschinenausfälle nunmehr vorhersehbar. Häufig jedoch stehen bei einzelnen Windenergieanlagen oder kleineren Windparks nur unzureichende Kommunikationsanbindungen zur Verfügung. Telefonleitungen bis hin zur Gondel der Windkraftanlage werden von der Telekom nicht installiert, sodass hier der Bedarf an drahtloser Datenkommunikation besonders hoch ist. Die Lösung: GPRS Der GPRS-Router MD741-1 bietet der Service International eine vom jeweiligen Anlagenbetreiber unabhängige drahtlose Internetanbindung, verbunden mit einer eindeutigen Kostenzuordnung für diesen Kommunikationskanal. Die Installation der Kommunikation und des VPN gestaltet sich einfach, sodass die Parametrierung über die Security Appliance Scalance S ohne spezielles IT-Fachpersonal erfolgen kann (www.siemens.com. Durch die EDGE-Technologie sind die zu erzielenden Datenübertragungsraten mehr als ausreichend für die Anwendung (Bild3). Ausschlaggebend für Mechanical Drives ist außerdem die hohe Datensicherheit im VPN, die durch IPsec gewährleistet wird. Testlauf Die Applikation wurde durch Service International im Frühjahr 2008 über einen Zeitraum von drei Wochen auf einer Windenergieanlage nahe Hannover getestet. Als Hauptkomponenten wurden der GPRS-Router MD741-1 und das Security-Modul Scalance S612 eingesetzt (Bild 4). Durch das gemeinsame Projektierungstool konnte relativ einfach ein VPN-Tunnel zwischen der Station und der Zentrale eingerichtet werden. Während des gesamten Zeitraumes war der Online-Zugriff gewährleistet und Datenverluste konnten nicht festgestellt werden. Zurzeit ist das MD741-1 an einem temporären \’Condition-Monitoring\‘-System eines Kunststoffextruders im Einsatz. Generell sieht die Service International den Einsatz überall dort, wo eine Internetanbindung über Telefonleitungen nicht möglich ist oder bei sogenannten Troubleshooting-Einsätzen. Troubleshooting-Einsätze machen die Einrichtung eines Diagnosesystems nur temporär über einen Zeitraum von vier bis zwölf Wochen erforderlich, z.B. wenn mechanische Probleme auf einer Anlage vermutet werden, eine dauerhafte Onlineüberwachung ist nicht notwendig. In solchen Fällen wird Service International auch in Zukunft auf die GPRS-Applikation mit dem MD741-1 setzen. Kundennutzen Durch den Einsatz des MD741-1 wird die Service International von der Verfügbarkeit von Telefonleitungen unabhängig. Die einfache Installation und die Kombination mit Scalance S führen zu einer schnellen Einsatzbereitschaft. Auch die Datensicherheit ist durch das im EGPRS-Router integrierte Sicherheitsprotokoll IPsec gegeben. Da man durch IPsec nicht auf die Dienstleistung weniger Mobilfunkprovider beschränkt ist, bietet die flexible Wahl von GPRS-Providern und Tarifen im nationalen und internationalen Geschäft einen zusätzlichen wirtschaftlichen Vorteil. Die internationalen Länderzulassungen des MD 741-1 sind ein weiterer entscheidender Faktor für den weltweiten Einsatz dieses Überwachungssystems (support.automation.siemens.com. Weitere Einsatzmöglichkeiten des MD741-1
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