Fernwirken und Fernwarten

Unter Fernwirken werden gewöhnlich steuerungstechnische, regelungstechnische oder sicherungstechnische Aufgaben verstanden, die \’aus der Ferne\‘, also über ein betriebseigenes oder öffentliches Telekommunikationsnetz, ausgeführt werden. In der Fernwirktechnik werden im Allgemeinen folgende Signalformen übertragen: Schalt- und Stellbefehle, Schalterstellungsmeldungen, Kenn- und Warnmeldungen, Mess- und Zählwerte und in letzter Zeit sogar Videodaten. Die Fernwirktechnik gliedert sich in zwei Bereiche. Dies sind die Fernwirk-Unterstellengeräte (Außenstellen, die im Prozess bzw. prozessnah installiert sind) und die Fernwirkzentralen. Die Fernwirkzentralen sind in der Regel prozessfern aufgebaut und werden den Leitsystemkomponenten zugerechnet. Fernwirk-Unterstellen und -Zentralen sind über verschiedene WAN-Verbindungen miteinander gekoppelt. Durch die gemeinsame Spezifikation der IEC-Protokolle durch mehrere Hersteller bildet sich inzwischen eine deutliche Standardisierung bei Neuinstallationen heraus. Hier wären die IEC60870 mit den Anwendernormen IEC60870-5-101, IEC60870-5-104 (aktueller Standard in Europa und Asien) und der US-Standard DNP3.0 zu nennen. Fernwirkanlagen nutzen traditionell alle Telekommunikationsnetze, die Datenübertragung ermöglichen, so z.B.: – Standleitungen (Kupferadern und Glasfaser) – Private Funknetze – Analoges Telefonnetz über Modem – Digitales ISDN-Netz – Mobilfunk-Netz (GSM, 900MHz und 1800MHz, in Deutschland D-Netz und E-Netz) – UHF-Datenfunk-Systeme. Bisher wurden spezielle Datenübertragungsprotokolle genutzt, um die Prozessdaten sicher über Weitbereichsnetze geringer Bandbreite und Übertragungsqualität zu übertragen. Der Anspruch, jederzeit auf notwendige Daten und Informationen zugreifen zu können, wächst jedoch stetig und erfordert permanent verfügbare Kommunikationslösungen. Hier bietet sich als Infrastruktur Ethernet an, das sowohl lokal über eigene Netze wie auch Remote über das Internet und leistungsfähige UMTS-Mobilfunk-Netze weltweit zur Verfügung steht. Damit ist es möglich, den gestiegenen Informationsbedarf zu decken und jederzeit einfach und sicher auf Maschinen, Regler oder ähnliches zugreifen zu können. Damit kommen zu den bereits genannten Übertragungsverfahren neue Verfahren hinzu, die sowohl schneller, als auch oftmals kostengünstiger eine Datenübertragung zum Fernwirken bieten: – Datenübertragung über das Internet via VPN-Tunel – Mobilfunk UMTS/GPRS-Netze (Telecom D1, Vodafone, E-Plus, usw.) – TCP/IP-Übertragung über analoges Telefonnetz – Ethernetübertragung über große Entfernungen (>10km) über eigenes Kupferkabel. Insbesondere der letzte Punkt gewinnt immer mehr an Bedeutung, wenn die vorhandene Fernwirktechnik über Ethernet an die Zentrale angebunden werden soll. Mit Einführung der DSL-Technik (Digital Subscriber Line) können die bestehenden Kupferleitungen zum Transport von Breitbandanwendungen, wie z.B. Netzwerkverbindungen, Videoanwendungen oder Multimediadaten genutzt werden. Derzeit gibt es verschiedenste Varianten der DSL-Technologie: ADSL, VDSL, HDSL und SDSL, um nur einige davon zu nennen. Für die Verbindung von entfernten Standorten im Fernwirkbereich empfiehlt sich die SHDSL-Technik (Symetric High Bit Rate Digital Subscriber Line) mit ihrer symmetrischen Übertragung, großen Reichweite und geringem Übersprechen. Geräte wie z.B. die SHDTU Ethernetmodem der DigiComm erreichen Geschwindigkeiten von bis zu 11,4Mbps, überbrücken Entfernungen bis zu 20km und können im Bus-Betrieb eingesetzt werden. Damit unterstützen sie die vorhandenen Fernwirkstrukturen in Bezug auf Entfernung und Anschaltung mit dem Vorteil der Ethernetübertragung. Auch Fernwartung gewinnt immer mehr an Bedeutung Neben der Fernwirktechnik hat ein zweites Teilgebiet der Automatisierung in den letzen zwei Jahren rasant an Bedeutung gewonnen: die Fernwartung von Maschinen und Anlagen. Obwohl sich dieser Anwendungsbereich denselben Techniken wie die Fernwirktechnik bedient, ist die Aufgabenstellung hier doch deutlich anders gelagert. Durch den M2M-Zugriff (machine to machine) können Maschinen und Anlagen aus der Ferne angesprochen und damit ferngesteuert, überwacht, gewartet und z.B. Zählerstände problemlos abgelesen werden. Hier liegt der Aufgaben-Schwerpunkt also nicht bei der Steuerung aus der Ferne, sondern hier soll der Hersteller bzw. Programmierer sich via Fernwartung über z.B. das Internet mit der Steuerung der Maschine verbinden, um Fehler zu suchen oder Updates zu fahren. Damit werden erhebliche Kosten, die sonst für Reisezeiten und -kosten der Wartungstechniker anfallen, eingespart. Da sich die Fernwartungskomponenten schon bei einem einzigen eingesparten Vor-Ort Einsatz der Techniker amortisiert haben, hat sich die Fernwartung innerhalb kurzer Zeit zu einem wichtigen Zweig der Automatisierung im Maschinenbau und in der Anlagentechnik entwickelt. Mit den neuen Tarifstrukturen der Internet- und Mobilfunk-Anbieter (Flatrate) werden die Kosten für die Datenübertragung so gering, dass sich für viele neue Anwendungen ein wirtschaftlich sinnvoller Einsatz des Fernwirkens und -wartens ergibt. Die neuen, Internet-basierenden Remote-Lösungen werden eingesetzt in den Branchen Smart Metering, Photovoltaik, Klimatechnik, Umwelttechnik, Gewerbeautomaten, Anlagen- und Sondermaschinenbau. Für die Sicherheit der übertragenen Daten gibt es weltweit standardisierte Verfahren, die unter dem Oberbegriff VPN (virtual private Network) zusammengefasst sind. Zur Nutzung der Internet-basierenden Fernwartung und Fernwirktechnik, gibt es grundsätzlich zwei Hauptverfahren, die ADSL-Übertragung über vorhandene Telefonleitungen oder GPRS/UMTS-Mobilfunk-Datendienste für Anwendungen, wo kein ADSL-Anschluss verfügbar ist. Für jedes dieser Verfahren benötigt man einen Router, der dafür sorgt, dass die Daten ganz gezielt über das riesige Internet zu der gewünschten Außenstation oder Anlage geleitet werden. Im Gegensatz zu den kommerziellen IT-Routern in der Bürovernetzung ist für den erfolgreichen Einsatz der Internet-Fernwartung die einfache Handhabung und Inbetriebnahme wichtig, da zumeist keine IT-Spezialisten, sondern SPS-Programmierer oder Automatisierer die Konfiguration vornehmen. Bei der Nutzung der Mobilfunk-Dienste kommen kompakte GPRS- oder UMTS-Modems oder -Router, wie z.B. der CR-230 U, zum Einsatz. Die Datenübertragung erfolgt über Mobilfunk (GPRS, Edge, UMTS, HSDPA, HSUPA). Auch hier gibt es zwei unterschiedliche Einsatzarten. Zum einen meldet sich die Maschine bei Störungen oder in zyklischen Intervallen selbst und übermittelt ihre Daten an das Leitsystem oder an eine zentrale Servicestelle. Zum anderen möchte die Zentrale oder ein mobiler Servicetechniker auf die Anlage zugreifen. Das ist im Bereich des Mobilfunknetzes schwierig, da den Geräten dynamische IP-Adressen zugewiesen werden, die sich stetig ändern können. Die Verbindung muss im Regelfall vom Endgerät zur Zentrale aufgebaut werden. Zur Lösung dieses Problems kann der Anwender auf verschiedene Datendienste wie MDex, Marcant, IP-Mobile, usw. zugreifen, die gegen eine geringe monatliche Gebühr der Außenstation eine feste IP-Adresse zuordnen. Diese ist dann durch einen gesicherten Zugang am Portal des jeweiligen Dienstleisters direkt aus dem Internet erreichbar. Ebenfalls möglich ist ein Zugang über ein VPN-Gateway der DigiComm, über das sich registrierte Teilnehmer mit Standarddatenkarten anmelden – und dann über eine einheitliche IP-Adresse von der Zentrale oder vom Servicetechniker erreicht werden können. Fazit Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass sich mit der Nutzung des Ethernets und des Internets die Möglichkeiten und Anwendungsbereiche der Fernwartung und der Fernwirktechnik vervielfacht haben. Für den Einsatz dieser Techniken sind jedoch ein spezielles IT-Know-how oder ausgefeilte Konfigurationstools notwendig. Mit der neuen Generation von kompakten Industrie-Routern und Ethernetmodems hat die DigiComm sich dieser Thematik konsequent angenommen und bietet Geräte an, die von je­dem Automatisierer gehandhabt und in Betrieb genommen werden können.