Integration von Fernwirk-Außenstationen in die Leitzentrale

So klappt der betriebliche Funkverkehr

| Autor / Redakteur: Christoph Westerwelle [Red.: Jörg Kempf] / Andreas Donner

Um die Abwasserent- und Wasserversorgung zu sichern, ist eine Überwachung der dezentralen Gewerke notwendig. Per Funktechnik lässt sich die Anbindung bis in die Leitwarte einfach realisieren.
Um die Abwasserent- und Wasserversorgung zu sichern, ist eine Überwachung der dezentralen Gewerke notwendig. Per Funktechnik lässt sich die Anbindung bis in die Leitwarte einfach realisieren. (Bild: Phoenix Contact)

Der deutschen Wasserwirtschaft gehören mehr als 15.000 Betriebe an. Die Infrastruktur dieses Wirtschaftszweigs umfasst Kanalnetze, Regenüberlaufbecken, Pumpstationen, Hochbehälter, Druckerhöhungsstationen sowie die zentralen Wasser- und Abwasserwerke. Alle Anlagen und Netze müssen an 365 Tagen im Jahr rund um die Uhr zuverlässig funktionieren. Doch wie lässt sich diese Anforderung kommunikativ umsetzen?

Bei den Verantwortlichen in der Wasserwirtschaft kommt dem störungsfreien Betrieb und der hohen Verfügbarkeit ihrer Anlagen eine wesentliche Bedeutung zu. Um diesem Anspruch auch im Störungsfall gerecht zu werden, wurden bereits in den frühen 1980er Jahren die ersten abgelegenen Stationen mit Fernwirktechnik ausgestattet. Zu dieser Zeit basierte die Fernwirktechnik oftmals auf öffentlichen Standleitungen der Telekom – seinerzeit Deutsche Post –, eigenen Standleitungen oder auf einem analogen Wählbetrieb. In der Zwischenzeit hat sich allerdings einiges geändert.

Einerseits können keine Standleitungen mehr beim öffentlichen Kommunikationsunternehmen angemietet werden. Auf der anderen Seite hat es erhebliche Weiterentwicklungen im Umfeld der industriellen Kommunikation gegeben. Die Mobilfunk-Technologie ist ebenfalls durch große Fortschritte gekennzeichnet, die u.a. eine einfache Integration der Fernwirk-Außenstationen in die Leitzentrale ermöglichen.

SHDSL digitalisiert vorhandene Standleitungen

Viele industrielle sowie kommunale Ver- und Entsorgungsbetriebe nutzen schon immer eigene Standleitungen und sind daher in der glücklichen Situation, dass keine laufenden Kosten entstehen, wie sie beispielsweise beim Mobilfunk einkalkuliert werden müssen. In den meisten Fällen werden serielle Protokolle oder diskrete Signale übertragen. Mit der SHDSL-Technologie (Global Standard for Single-Pair Highspeed Digital Subscriber Line) lassen sich die Standleitungen digitalisieren, sodass ein Ethernet-basiertes Kommunikationsprotokoll verwendet werden kann. Das eröffnet dem Betreiber zahlreiche Vorteile sowie Ansatzpunkte zur Erhöhung der Verfügbarkeit. So kann er z.B. den TC Extender 6004 ETH von Phoenix Contact in einer Linien-, Ring- oder Sternstruktur einsetzen.

Die Produktfamilie beinhaltet drei verschiedene Geräte. Beim TC Extender 6004 ETH und TC Extender 4001 ETH handelt es sich um managebare Geräte mit einem integrierten Webserver. Dieser wird neben der Konfiguration auch zur erweiterten Diagnose genutzt. Der TC Extender 2001 erlaubt als Unmanaged-Gerät eine einfache Inbetriebnahme per Plug-and-Play.

Mit einer maximalen Übertragungsrate von 30 MBit/s können mit dem TC Extender Distanzen von mehr als 20 Kilometern zwischen zwei Geräten realisiert werden. Entsprechend der jeweiligen Applikation lässt sich der in den TC Extender 6004 ETH eingebaute Vier-Port-Switch zum Anschluss weiterer Ethernet-Peripheriekomponenten – beispielsweise einer Webcam oder Fernwirkstation – verwenden. Werden die Managed-Varianten der Ethernet-Extender eingesetzt, sind sämtliche Teilnehmer und Strecken zentral über das IP-Protokoll diagnostizierbar. Die Meldungen lassen sich dann via SNMP (Simple Network Management Protocol) automatisch an die Zentrale weiterleiten. Der fest in den TC Extender integrierte Überspannungsschutz sichert das Gerät vor äußeren Einflüssen – wie einem Überspannungseinfluss bei Gewitter – ab.

Security Appliances und Router sichern ab

Es verfügen jedoch nicht alle Betreiber über ein eigenes kabelgebundenes Übertragungsnetzwerk. In dem Fall bietet sich die Baureihe TC-Router von Phoenix Contact zur flexiblen Einbindung der Fernwirkstationen in die Kommunikationsinfrastruktur an. Aufgrund einer Datenrate bis 150 MBit/s lassen sich mit den Geräten Highspeed-Ankopplungen umsetzen. Der Datenaustausch mit dem überlagerten Netzwerk kann durch eine Verschlüsselung auf der Grundlage von IP sec oder Open VPN vor einem unbefugten Eindringen geschützt werden. Der TC-Router 3002T-4G ermöglicht den parallelen Aufbau von drei separaten VPN-Tunneln. Das Hochladen der Zertifikate erfolgt über den eingebauten Webserver.

Neben den netzwerkspezifischen Einstellungen kann der Anwender ebenfalls digitale Ein- und Ausgänge parametrieren, wenn z.B. ein Systemintegrator einen temporären Remote-Zugriff auf das Gerät erhalten soll. Bei einer positiven Rückmeldung initiiert der TC-Router auf dem entsprechenden Eingang eine VPN-Verbindung zur Gegenstelle des autorisierten Systempartners. Ist der Remote-Zugriff abgeschlossen, wird der Eingang wieder vom Betreiber gesperrt.

Zur Realisierung von Mobilfunk-basierten Kommunikationsstrukturen sowie zur Erfüllung des Branchenstandards B3S der Wasserwirtschaft empfiehlt Phoenix Contact die ergänzende Nutzung der Security Appliances der Produktfamilie FL m Guard. Mit dem FL m Guard RS4000 lassen sich parallel bis zu 250 VPN-Tunnel aufbauen, die per IP sec verschlüsselt werden. Das Gerät, das an zentraler Stelle des Netzwerks installiert wird, umfasst sämtliche Funktionen, die in klassischen Fernwirk applikationen gefordert sind.

Auch ohne Lizenzkosten drahtlos übertragen

Betreiber, die keine eigenen Standleitungen haben und dennoch ein Kommunikationsnetzwerk errichten möchten, in dem keine monatlichen Kosten anfallen, sollten das Radioline-System von Phoenix Contact verwenden. Dabei handelt es sich um eine lizenzfreie industrielle Datenfunklösung, die auf der proprietären Technologie Trusted Wireless 2.0 basiert. Radioline unterstützt die Übertragungsfrequenzen 868 MHz, 900 MHz sowie 2,4 GHz, sodass je nach gewählter Frequenz Reichweiten bis 32 Kilometer zwischen zwei Wireless-Modulen überbrückt werden können. Das industrielle Funksystem erlaubt den Aufbau von Punkt-zu-Punkt- und Sternstrukturen sowie von komplexen Mesh-Netzwerken. Zur Absicherung der Kommunikation vor unbefugten Zugriffen stehen verschiedene Funktionen zur Verfügung. Dazu gehört das FHSS-Frequenzsprungverfahren (Frequency Hopping Spread Spectrum), bei dem Sender und Empfänger ständig die Funkfrequenz wechseln, was die Übertragung besonders störsicher macht. Ergänzend ist eine AES-Verschlüsselung mit 128, 192 oder 256 Bit möglich. Ein komplexes Koexistenz-Management sorgt dafür, dass viele Funkanwendungen zuverlässig parallel an einem Ort betrieben werden können.

Die Parametrierung des Radioline-Systems gestaltet sich einfach. Sie wird in kleineren Applikationen ohne zusätzliche Software über ein am Gerät angebrachtes Rändelrad vorgenommen. Auf dem Tragschienen-Busverbinder können bis zu 32 I/O-Module an das Kopfmodul angereiht werden. Auf diese Weise lassen sich die einzelnen Signale im Netzwerk verteilen und den anderen Stationen gemäß den jeweiligen Einstellungen zur Verfügung stellen.

Eine in das Radioline-Modul eingebaute serielle RS232/485-Schnittstelle dient der Anbindung einer Steuerung, sodass unterschiedliche Steuerungen miteinander kommunizieren können. Als weiterer Anwendungsfall ist die Übertragung von Messwerten denkbar, die zum Beispiel über das RS485-Protokoll aus einem Durchflussmessgeräte von Krohne ausgelesen werden.

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Übertragungstechnologien kombinieren

Als Partner der Wasserwirtschaft stellt Phoenix Contact den industriellen und kommunalen Anwendern der Branche ein durchgängiges Produktportfolio im Bereich der industriellen Kommunikation bereit. Dabei ist hervorzuheben, dass die verschiedenen Übertragungsarten und -technologien flexibel miteinander kombiniert werden können. Vorhandene Standleitungen lassen sich auf die SHDSL-Technologie umrüsten, gealterte und nicht mehr funktionsfähige Standleitungen entsprechend der geografischen Möglichkeiten durch die Funkkommunikation mit dem Radioline-System ersetzen. Bei weit entfernten Stationen bietet sich die einfache und sichere Ankopplung über die 3G-Router der Produktfamilie TC-Router an. Damit ist für jede Applikation die wirtschaftlich optimale Übertragungslösung umsetzbar.

Über den Autor

Christoph Westerwelle ist Leiter des Industriemanagements Infrastruktur bei Phoenix Contact Deutschland in Blomberg.

Dieser Beitrag stammt von unserem Schwesterportal Process.

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