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Telecontrol – Gerüstet für die Anforderungen von heute und morgen

01  Der Kommunikationsprozessor CP 1243-8 IRC ist das jüngste Mitglied der Sinaut-Systemfamilie und rundet das Siemens-Angebotsspektrum für Fernwirktechnik weiter ab

01  Der Kommunikationsprozessor CP 1243-8 IRC ist das jüngste Mitglied der Sinaut-Systemfamilie und rundet das Siemens-Angebotsspektrum für Fernwirktechnik weiter ab

02 Unterstützte Mobilfunkgenerationen und Übertragungsraten

02 Unterstützte Mobilfunkgenerationen und Übertragungsraten

03  Typische Telecontrol-Anlage basierend auf Sinaut ST7: Die beiden Prozess­stationen (Simatic S7-1200/S7-300) sind via Ethernet und jeweils einem DSL-Router über das Internet mit der Zen­trale verbunden. Die Anbindung an die zentrale Tele­control-Baugruppe erfolgt ebenfalls über einen DSL-Router

03  Typische Telecontrol-Anlage basierend auf Sinaut ST7: Die beiden Prozess­stationen (Simatic S7-1200/S7-300) sind via Ethernet und jeweils einem DSL-Router über das Internet mit der Zen­trale verbunden. Die Anbindung an die zentrale Tele­control-Baugruppe erfolgt ebenfalls über einen DSL-Router

04  Verbindung einer Prozessstation über zwei unabhängige Kommunikationswege mit der Zentrale: Der primäre Weg ist ein IP-basierter Pfad über UMTS mit Scalance M874-3. Bei Verbindungsausfall wird automatisch auf das Wählnetz umgeschaltet und die Kommunikation fortgesetzt

04  Verbindung einer Prozessstation über zwei unabhängige Kommunikationswege mit der Zentrale: Der primäre Weg ist ein IP-basierter Pfad über UMTS mit Scalance M874-3. Bei Verbindungsausfall wird automatisch auf das Wählnetz umgeschaltet und die Kommunikation fortgesetzt

Die Anforderungen an Telecontrol-Systeme sind vielfältig und steigen auch aufgrund neuer Technologien und technischer Randbedingungen immer weiter. Waren zum Beispiel früher Prozessstationen häufig über private Kommunika­tionsnetze angebunden, werden heute meist öffentliche Infrastrukturen genutzt. Durch die Unterstützung neuer Übertragungstechniken ebenso wie mit einem ­optimal abgestimmten System ermöglicht Siemens dem Anwender einen ­effizienten und zukunftsorientierten Betrieb seiner Anlage.

Fernwirken oder Telecontrol meint die Anbindung räumlich weit verteilter Prozessstationen an ein Leitsystem zum Zweck der Überwachung und Steuerung des Gesamtsystems. Unterschiedliche Übertragungskomponenten ermöglichen dabei die Fernkommunikation über öffentliche und private Netzwerke. Der ereignisgesteuerte oder zyklische Austausch von Prozessdaten erfolgt über Fernwirkprotokolle und erlaubt die effiziente Steuerung des Gesamtprozesses. Haupteinsatzgebiete für Fernwirksysteme sind dezentrale Anlagen im Bereich der Trinkwassergewinnung und -verteilung, Kanalnetze oder Regenüberlaufbecken. Zudem lassen sich Fernwirksysteme zur dezentralen Überwachung in Transport- und Verteilnetzen für Fernwärme oder elek­trische Energie einsetzen.
Die Kundenwünsche für Fernwirksysteme sind hierbei vielfältig und reichen von unverzichtbaren Funktionen des Systems oder der Einzelkomponente („must have“) bis hin zu „Nice to have“-Merkmalen, die zum Betreiben der ­Anlage wünschenswert und hilfreich sind. Siemens bietet hier mit einem umfangreichen Produktspektrum für die Simatic-Steuerungen die passende Lösung für jede Fernwirkanwendung.

Durchgängige Fernwirklösungen
Für anspruchsvolle Fernwirkaufgaben mit vollautomatischer Überwachung und Steuerung des Prozesses kommen flexible und leistungsfähige Telecontrol-Systeme zum Einsatz. Die Prozessstationen bestehen meist aus Steuerungen der mittleren und oberen Leistungsklasse, wobei in der Zwischenzeit auch kleinere Steuerungsfamilien immer weiter in diesen Bereich vordringen. Neben der hohen Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit des Systems spielt eine durchgängige Systemlösung aus einer Hand vielfach eine wichtige Rolle: Der Anwender möchte eine Komplettlösung erwerben, deren Einzelkomponenten – von der Prozessstation bis zur Leitstelle – optimal aufeinander abgestimmt sind. Darüber hi­naus haben die Kompatibilität zu bestehenden Anlagen und deren Skalierbarkeit große Bedeutung. Es soll die Möglichkeit bestehen, ein Fernwirksystem zukünftig sukzessive zu erweitern, ohne systemtechnisch umsteigen zu müssen.
Systeme der gehobenen Leistungsklasse sind auch häufig redundant ausgelegt, wobei die Redundanz auf verschiedenen Ebenen realisiert werden muss. Eine redundante Leitstellenanbindung ist ebenso wichtig wie beispielsweise die re­dundante Anbindung der Prozessstation über unab­hängige Kommunika­tionsmedien; zum Beispiel wird bei Verbindungsausfall des primären Kommunikationsweges einer Prozessstation automatisch auf einen sekundären Kommunikationspfad umgeschaltet.

`*Trend zu IP-basierter Kommunikation*
In der Fernwirktechnik werden je nach Bedarf viele unterschiedliche Kommunikationsnetze verwendet, die eine ­Datenübertragung auch über größere Entfernungen ermöglichen. Neben Standleitungen oder analogen Wählnetzen geht in den letzten Jahren der Trend immer weiter in Richtung IP-basierter Kommunikation, wobei drahtgebundene ebenso wie drahtlose Verbindungen über Mobilfunk eine Rolle spielen. Weniger verbreitet, aber durchaus üblich, ist die Nutzung von Satellitenkommunikation oder die Verwendung privater Funknetze.
Bei den Mobilfunk-Netzwerken ergeben sich stetig Weiterentwicklungen, die immer höhere Datenübertragungs­raten sowie die Übertragung von immer größeren Datenmengen erlauben. Die Tabelle in Bild 2 zeigt die durch Produkte am Markt unterstützten Mobillfunkgenerationen.
Die Innovationszyklen werden immer kürzer und die nächste Stufe steht mit Initiativen wie „Next Generation Mobile Networks“ schon in den Startlöchern beziehungsweise auf der Entwicklungsagenda.

Steigende Anforderungen an Fernwirksysteme
Die vermehrte Nutzung von öffentlichen Kommunikationsinfrastrukturen, auch als Basis für die Automatisierung, bringt neben den Vorteilen aber auch einige negative Aspekte mit sich, auf die von Automatisierungsseite reagiert werden muss.
Ein wichtiger Vorteil ist, dass Mobilfunknetze mittlerweile praktisch weltweit vorhanden sind. Dadurch sind ­keinerlei Investitionen in den Aufbau und den Unterhalt einer eigenen Kommunikationsanlage erforderlich. Das gleiche gilt generell bei der Nutzung des Internets. Es müssen „lediglich“ Geräte (Router/Modems) für den zuverlässigen Zugang der Prozessstationen an das öffentliche Kommunika­tionsnetz eingesetzt werden. Neben den bereits erwähnten Mobilfunkstandards ist hier die DSL-Technik in verschiedenen Ausprägungen für den Zugang zum Internet der Stand der Technik.
Nachteilig an Mobilfunk beziehungsweise Internet ist jedoch, dass kein Provider eine Verfügbarkeitsgarantie des Kommunikationsnetzes geben kann. Sind für Nutzer von Mobilfunktelefonen kurzzeitige Netzunterbrechungen meist tolerierbar, kann dies in der Automatisierungstechnik zu erheblichen Problemen führen. Hier muss auf Systemebene Abhilfe geschaffen werden, beispielsweise durch entsprechende Datenpufferung in den Prozessstationen oder durch Redundanzmechanismen.
Der direkte Anschluss einer Prozessstation an das Internet ermöglicht es dem Nutzer, weltweit auf den Webserver einer Station zum Zweck der Diagnose oder Fernwartung zuzugreifen. Dies spart Zeit und Reisekosten, birgt aber auch die Gefahr von unerlaubten Zugriffen und von Datenmanipulationen. Daher muss die Prozessstation Sicherheitsfunktionen mitbringen, wobei mittlerweile integrierte Firewalls und die Unterstützung von VPN-Verbindungen (Virtual Private Network) Stand der Technik sind.

Vollintegriertes Fernwirksystem
Mit einem breiten Produktspektrum bietet Siemens für die Fernwirktechnik Lösungen an, die den genannten Anforderungen entsprechen und auch für die Zukunft gerüstet sind.
Der Kommunikationsprozessor CP 1243-8 IRC (Indus­trial Remote Communication) ist das neueste Produkt der Sinaut-Systemfamilie und rundet das Spektrum für Fernwirktechnik weiter ab (Bild 1). Mit dem Kommunikationsprozessor lassen sich Simatic-S7-1200-Controller ­kostengünstig als Prozessstation an eine Telecontrol-Leitstelle oder übergeordnete Stationen anbinden. Für diese (WAN-)Anbindung werden externe Industrie-Router an die Ethernet-Schnittstelle des CP angeschlossen oder steckbare Erweiterungsmodule verwendet. Industrie-Router stehen für einen kabelgebundenen Anschluss sowie für Mobilfunk zur Verfügung. Hier kann aus dem Produktspektrum von Scalance M gewählt werden, wobei neben DSL-Technik auch alle gängigen Mobilfunkstandards unterstützt werden. Die zweite WAN-Schnittstelle des CP ist über Erweiterungsmodule, beispielsweise zum Anschluss an analoge Wählnetze, konfigurierbar. (Bild 3 und 4) Durch die ­beiden Schnittstellen und deren Flexibilität ist eine vollständige Kompatibilität zu vorhandenen Telecontrol-Systemen und der Kommunika­tionsinfrastruktur gegeben; bestehende, ­serielle Anschlüsse sind beispielsweise über ein entsprechendes Erweiterungsmodul realisierbar.
Zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit empfehlen sich Redundanz- und Alarmfunktionen. So können beide WAN-Schnittstellen des CP gleichzeitig betrieben werden und es kann im Fehlerfall automatisch auf den alternativen Kommunikationsweg umgeschaltet werden. Zusätzlich wird eine konfigurierte Alarm-E-Mail an das Wartungspersonal versendet. Um bei Verbindungsausfall Datenverluste zu verhindern, werden die Prozessdaten im CP zwischengespeichert, um diese Daten nach Wiederherstellung der Verbindung lückenlos in zeitlich korrekter Reihenfolge an die übergeordnete Station oder Leitstelle zu übermitteln. Umfassende lokale Diagnosemöglichkeiten über LED-Anzeigen sowie im Fernzugriff über das Internet erhöhen den Komfort und erleichtern die Wartung des Systems. Da die Prozessstationen direkt an das öffentliche Netzwerk angeschlossen werden, müssen Datensicherheit und Zugriffsschutz gewährleistet sein. Dazu sind integrierte oder externe Security-Appliances gewünscht. Auch hier bietet der CP mit der integrierten Firewall (Stateful Inspection) und der VPN-Unterstützung (IPSec) gute Voraussetzungen.

Fazit
Aktuelle Fernwirksysteme müssen ­eine Vielzahl von Anforderungen erfüllen. Neue Kommunikationstechniken, Kundenwünsche nach einer komfortableren Handhabung oder neuen Funktionen ­sowie ein gestiegenes Sicherheitsbedürfnis lassen ­diese Anforderungen auch zukünftig ­weiter ­wachsen. Hier sind Komplettsysteme gefragt, die zudem für die Zukunft trag­fähige Ansätze mitbringen. Siemens bietet in ­diesem ­Zusammenhang optimal abgestimmte Fernwirksysteme an, welche die genannten Anforderungen erfüllen. (ih)

Dipl.-Ing., B.Eng. Christian Schwab ist als ­Produktmanager Telecontrol in der Division ­Process Industries and Drives bei der Siemens AG in Nürnberg tätig. contact@siemens.com

Dipl.-Ing., B.Eng. Christian Schwab ist als ­Produktmanager Telecontrol in der Division ­Process Industries and Drives bei der Siemens AG in Nürnberg tätig. contact@siemens.com