In Anlagen der Ver- und Entsorgungsbranche ist die Versorgungssicherheit der Kunden ein wichtiges Kriterium. Grundlage für eine hohe Versorgungssicherheit ist die aktuelle, zuverlässige und detaillierte Information über den Zustand des Ver- und Entsorgungssystems sowie die zuverlässige Steuerung der dezentralen Gewerke. Automationworx for Remote Systems – kurz ReSy genannt – vereint die zuverlässige Datenübertragung über große Entfernungen mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung. ReSy unterstützt zahlreiche Protokolle und integriert eine hohe Zahl an Hardware-Komponenten. Das System umfasst unterschiedliche Multiplexer-Systeme sowie in die Steuerungstechnik integrierte Fernwirktechnik (Bild 1). Über Punkt-zu-Punkt- oder Multipunkt-Standleitungen werden Distanzen bis zu 20km überbrückt. Mit Lichtwellenleitern kann die Übertragungslänge auf 36km erweitert werden, mittels Repeater-Stationen ist das System unbegrenzt erweiterbar. Neben kupfergebundenen Standleitungen sind hier Funkverbindungen in verschiedenen Frequenzbereichen, im lizenzfreien sowie im lizenzbehafteten Bereich möglich. Sind keine Standleitungen vorhanden, ist die Datenübertragung in öffentlichen Telefonnetzen über analoge, digitale, GSM- oder GPRS-Verbindungen möglich. Kabelersatz bei bestehenden Kupferleitungen Anlagen wie Pumpstationen, Regenüberlaufbecken oder Hochbehälter sind häufig über einzelne parallele Leitungen an eine zentrale SPS angebunden. Der Ausfall einzelner Adern im Steuerkabel oder die Anforderung, zusätzliche Signale übertragen zu müssen, gelten als klassische Problemfälle. Hier ist der Einsatz eines Feldmultiplexers sinnvoll. Über eine bestehende Zwei-Draht-Leitung können digitale und analoge Signale übertragen und auf die Ein- und Ausgabekarten der zentralen SPS aufgelegt werden. Zwei E/A-Stationen vom Typ Inline mit dem Feldmultiplexerkopf und komplementärer Anordnung der E/A-Module reichen aus, um bis zu 512 Signale bidirektional zu übertragen. Ohne den Einsatz spezieller Standleitungs-Modems kann eine Übertragungslänge von 12km erreicht werden. Sind größere Distanzen zu überbrücken, kann mit Hilfe eines Standleitungsmodems die Reichweite auf bis zu 20km erweitert werden (Bild 2). Eine Konfigurationssoftware ist nicht erforderlich. Der Feldmultiplexer ermöglicht den Aufbau einer Fernwirkstrecke mit minimalem Konfigurationsaufwand. Erforderlich ist lediglich ein Zusammenstecken der Hardware. Funkstrecken ersetzen Steuerkabel Aufgrund des millionenfachen Einsatzes und jährlich zweistelliger Steigerungsraten im Büro- und Freizeitbereich sind einige Funktechnologien heute zu geringen Kosten verfügbar. Inzwischen werden sie auch in der industriellen Automatisierung genutzt. Sind keine Kabel verfügbar oder sprechen andere Gründe gegen eine kabelgebundene Übertragung – z.B. hoher Verschleiß sich bewegender Signalkabel oder störanfällige und wartungsintensive Schleifringe – können Multiplexersysteme von Phoenix Contact zur funkgestützten Datenübertragung eingesetzt werden. Prozessdaten-Übertragung über mehrere hundert Meter Für die Prozessdatenübertragung – z.B. zu Räumerbrücken im Klärwerk oder für die Kommunikation im Brunnenfeld – kann die Funklösung \’Wireless-Mux\‘ von Phoenix Contact digitale und analoge Signale drahtlos zwischen zwei Orten übertragen. Je nach Einsatzbedingung können bis zu einigen hundert Metern 16 digitale und zwei analoge Signale bidirektional übertragen werden. Auf diese Weise ersetzt der Wireless-Mux ein 40-adriges Signalkabel. Die Funktionsweise ist einfach: Ein Signal, das an einem Eingang des Wireless-Mux angeschlossen ist, wird in weniger als 10ms auf dem entsprechenden Ausgang des komplementären Wireless-Mux wieder ausgegeben. Als Funktechnologie kommt der im kosten- und lizenzfreien 2,4GHz-ISM-Band arbeitende Bluetooth-Standard IEEE802.15.1 (Version 1.2) zum Einsatz. Durch das integrierte adaptive Frequenzsprung-Verfahren (AFH) erfolgt die Datenübertragung auch bei vorhandenen WLAN-802.11b zuverlässig und störungsfrei. Bluetooth erkennt dauerhaft gestörte Kanäle und umspringt den Störer. Beide Systeme können ohne gegenseitige Störungen auch in unmittelbarer Nähe arbeiten (Bild 3). Eine Kommunikation über größere Entfernungen, wie sie z.B. bei Anbindungen von Regenüberlaufbecken oder Hochbehältern an eine zentrale Leitwarte erfolgt, erfordert in der Regel eine Überbrückung von einigen Kilometern. Für diese Entfernungen steht das RAD-Line-System von Phoenix Contact zur Verfügung. In den lizenzfreien ISM-Bändern 900MHz (Amerika) und 2.400MHz (Europa) stellt das Frequenzsprung-Verfahren eine sichere und zuverlässige Signalstrecke her. Soll der Messwert eines Füllstands übertragen werden, kommt ein optimiertes unidirektionales Funksystem zum Einsatz, das ein analoges und zwei digitale Sensorsignale aufnimmt und sicher überträgt (Bild 4). Ein bidirektionales System bietet neben dem Duplex-Betrieb die Möglichkeit, weitere Module zur Erfassung oder Ausgabe analoger und digitaler Signale anzureihen. Fernwirkstation und SPS in einem Gerät Einen erweiterten Funktionsumfang bietet Automationworx for Remote Systems (ReSy), die Fernwirklösung von Phoenix Contact. Basis für die Fernwirkstationen ist eine nach IEC61131 frei programmierbare, skalierbare SPS. Neben der Fernwirktechnik stehen Steuerungs- und Regelungsfunktionen vor Ort zur Verfügung. In der Fernwirkunterstation können somit Zählfunktionen auch beim Ausfall der Fernwirkstrecke aufrecht erhalten werden. Die Funktionen der Station können mit Standard-Werten weitergefahren werden, und die Station kann in einen sicheren Zustand gebracht werden. Meldungen an das Bedienpersonal können auch über alternative Übertragungswege – z.B. als SMS – abgesetzt werden. Programmierung und Parametrierung der Fernwirkfunktionen erfolgen durchgängig mit der Automatisierungs-Software PC Worx – von der kleinen Kompaktsteuerung ILC 150 ETH bis zur Hochleistungssteuerung RFC 450 ETH-IB. Multipunkt-Verbindungen über Kabel oder Funk Wie Multipunkt-Verbindungen sind auch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen kabelgebunden, über Bluetooth oder über Trusted Wireless möglich (Bild 5). Ebenso lassen sich die verschiedenen Kommunikationsarten kombinieren. So kann eine Fernwirkstation mit Standleitungs- und Funkmodem Soll- und Istwerte mit der Fernwirkzentrale austauschen. Eine oder mehrere weitere Stationen können von dort aus über ein RAD-Line-Funkmodul mit serieller Schnittstelle ins System integriert werden. Eine auf IEC61131 basierende SPS ist als Fernwirkzentrale konfiguriert. Jeweils ein weiterer Controller fungiert als Fernwirkunterstation. Die Fernwirkzentrale kommuniziert meist über Ethernet mit dem Leitsystem. Durch eine Standardisierung der Kommunikationstreiber in der Fernwirkzentrale ist eine Kommunikation über OPC, IEC60870-5, Interbus oder Modbus mit fast jedem Leitsystem möglich. Standleitungsfunktion über GPRS GPRS ist ein Dienst zur paketorientierten Übertragung von Daten über das GSM-Netz, der auf dem Internetprotokoll TCP/IP basiert. Die Abrechnung der Übertragungskosten erfolgt nicht nach Verbindungszeit, sondern nach der übertragenen Datenmenge. Somit ist die Übertragung \’geringer\‘ Datenmengen in kurzen Intervallen recht kostengünstig. Die Daten sind \’online\‘ verfügbar, und die Verbindungsaufbauzeiten der Wählverbindungen entfallen. Eine Zeitstempelung der Daten ist häufig nicht mehr erforderlich, da sie sofort übertragen werden. Auch im GPRS-Bereich ist eine Punkt-zu-Punkt-Kopplung zwischen zwei Steuerungen wie auch eine Multipunkt-Kopplung, z.B. mit einem Leitsystem, möglich. Fernwirken im Stand- oder Wählbetrieb Bei der Hardware liegt der Unterschied zwischen einer Stand- und einer Wählleitung nur in der Wahl eines anderen Datenübertragungsgeräts – wie der Austausch eines Stand- gegen ein Wählleitungs- oder GSM-Modem. Passwort-Verwaltung, Alarmverarbeitung, Datenlogger-Funktionen sowie die Übertragung zur Fernwirkzentrale übernimmt das Wählleitungs-Softwaremodul von ReSy. Für eine direkte Anbindung an Betriebsdaten-Erfassungssysteme wie dem Datenbanksystem Acron stehen direkte Treiber zur Verfügung. Ebenso ist der Wählleitungsbetrieb durch eine Erweiterung nach IEC60870-5-101 möglich (Bild 6). Fazit Abhängig von den Anforderungen der Applikation können Multiplexer-Lösungen oder eine Fernwirktechnik-Lösung mit integrierter SPS die richtige Wahl sein. Mit dem System \’Automationworx for Remote Systems\‘ (ReSy) kann der Anwender verschiedene Fernwirkstrecken einfach aufbauen. Durch die freie Konfigurierbarkeit der Steuerungshardware und durch die Programmierung nach IEC61131 können neben den Fernwirkaufgaben Steuerungsfunktionen in den Zentral- oder Unterstationen übernommen werden. Der modulare Aufbau der Stationen sowie die freien Kombinationsmöglichkeiten verschiedener Übertragungswege bieten Anpassungsmöglichkeiten an die Anlagenstruktur.
Phoenix Contact Deutschland GmbH
