Fernwirken – reibungslos!

Alternative 1: Öffentliche Netze

Stehen keine Standleitungen zur Verfügung, so bietet sich die Nutzung eines Wählnetzes an. Hierbei kann es sich um einen analogen oder einen ISDN-Telefonanschluss handeln, aber auch das GSMMobilfunknetz lässt sich für Datenübertragungen mittels einer Wählverbindung nutzen. Da es sich in allen drei Fällen um kostenpflichtige Verbindungen handelt, ist die Datenübertragung im Hinblick auf Häufigkeit und Dauer zu optimieren. Wichtige Informationen wie etwa Alarme erfordern eine sofortige Übermittlung, andere Informationen sollten zur Kostenminimierung gesammelt und ein- oder mehrmals täglich gebündelt übertragen werden. Von entscheidender Bedeutung ist hierbei die korrekte Beifügung des Zeitstempels in der Prozess-Station, damit die Daten in der Zentrale korrekt in die Archive abgelegt werden können.

Ein Wählanschluss macht allerdings nur Sinn, wenn der Prozess eine diskontinuierliche Verbindung zulässt. Ist eine ständige Verbindung nötig und lediglich ein Telefonanschluss vorhanden, so kann eine DSL-Verbindung die kostengünstigste Alternative sein.

Steht DSL über den Telefonanschluss nicht zur Verfügung, stattdessen aber GSM-Mobilfunk mit ausreichender Feldstärke, machen ständig günstiger werdende Volumentarife eine GPRS-Verbindung als Alternative für eine standleitungsähnliche Verbindung sehr interessant.

Alternative 2: Funknetze

Kommt keine der genannten Netztypen in Frage, bleibt noch die Option der Datenübertragung über ein privates Funknetz. Zumeist kommen Funkgeräte für die normale serielle Kommunikation zum Einsatz. Je nach Land und Region gibt es lizenzfreie und lizenzpflichtige Frequenzbänder, die für die Datenübertragung nutzbar sind. Die Reichweite solcher Funksysteme beträgt – je nach Frequenz und zulässiger Sendeleistung – bis zu 30 km und mehr, wobei in der Regel Sichtverbindungen zwischen den einzelnen Sendestationen erforderlich sind oder aber Repeater eingesetzt werden müssen.

In Deutschland gibt es als Besonderheit die Möglichkeit des Betriebsfunks mit Zeitschlitzverfahren. Dabei bekommt der Anwender von der Registrierungsbehörde eine bestimmte Frequenz zugeteilt mit einem Zeitschlitz von sechs Sekunden pro Minute. Nur innerhalb dieses Zeitfensters darf er die Frequenz nutzen. Dadurch können möglichst viele Anwender die knappe Zahl verfügbarer Frequenzen nutzen: pro Frequenz bis zu zehn Anwender mit jeweils sechs Sekunden.

Als Alternative zum Funk bietet sich im Nahbereich der Einsatz der Wireless-LAN-Technologie an. Über die mit Standard-Geräten realisierbaren Distanzen von maximal 1000 Metern hinaus gibt es Geräte, die bei reduzierter Datenrate und Sichtverbindung bis zu 8 km überbrücken.

Der Security-Aspekt

Da die DSL- und GPRS-Kommunikation über das Internet läuft, muss dem Thema Security Aufmerksamkeit geschenkt werden. Entweder stellt der jeweilige Provider entsprechende Sicherheitsmaßnahmen als Dienstleistung bereit oder aber der Anwender sorgt selbst für entsprechende Schutzeinrichtungen.

Das wesentliche Schutzziel bei der Kommunikation über offene Netze (wie Internet) besteht darin, die Datenübertragung vor Manipulation und unbefugtem Mithören zu schützen. Auch soll unbefugten Personen der Zugang zur Anlage verweigert bleiben. Mittels Datenverschlüsselung und sicherer Authentifizierung der Kommunikationsteilnehmer werden diese Anlagen-Gefährdungen auf ein Minimum reduziert.

Autor

Johannes van Schaik ist Produktmanager für Sinaut Telecontrol bei der Siemens AG A&D in Karlsruhe.

Prozessleit- und Fernwirksystem müssen in einer Applikation eng aufeinander abgestimmt sein. Bei den Siemens-Lösungen beruhen deshalb sowohl das Fernwirksystem Sinaut ST7 als auch das Prozessleitsystem PCS7 auf der SPS-Reihe S7 sowie dem Visualisierungssystem WinCC. Das Fernwirksystem beherrscht sämtliche klassischen wie auch aktuellen IP-basierenden Medien, die für die Fernübertragung in Frage kommen. Auch das korrekte Archivieren von zeitgestempelten Daten sowie die Ausführung von Verdichtungen zum richtigen Zeitpunkt sind enthalten. Ein weiterer Vorteil des ST7-Systems ist die Möglichkeit, die vorhandene, S5-basierende Fernwirktechnik Sinaut ST1 an PCS7 anzubinden. Damit sind Migrationsprojekte umsetzbar, in denen nur die Leitstelle gegen PCS7 ausgetauscht werden soll.

Schnittstelle zwischen Fernwirksystem und dem Prozessleitsystem ist die Software Sinaut ST7cc. Sie stellt dem Prozessleitsystem ein Prozessabbild mit den aktuellsten aus den angeschlossenen Stationen empfangenen Daten zur Verfügung und füllt die Archive mit den zeitgestempelten Prozesswerten. Bedieneingaben des Operators werden an die zuständige Instanz übergeben, die für eine sichere Übertragung an die Zielstation sorgt. Bei redundanten Servern sorgt ST7cc für einen konsistenten Datenabgleich, sobald der ausgefallene Server den Betrieb wieder aufnimmt. Die standardisierten System- und technologischen Objekte von Sinaut unterstützen die Quittiermechanismen des Prozessleitsystems und stellen auch die für die Meldehierarchie wichtige Sammelanzeige zur Verfügung. Durch Vergabe eines Offsets können die von ST7cc generierten Sinaut-Meldenummern so gewählt werden, dass diese nicht mit bereits von PCS7 oder anderen Komponenten belegten Nummern kollidieren. Über Voreinstellungen lässt sich auch bestimmen, dass die Nummernzuordnung der Anwendertextblöcke nach PCS7-Standard zu erfolgen hat. Mit der Einbindung der Sinaut-Objektdatei für PCS7 werden darüber hinaus die Meldeklassen und -arten auf das Prozessleitsystem abgestimmt. Die technologischen Sinaut-Objekte umfassen Bild- und Faceplate-Vorlagen für einfache Prozessobjekte wie Pumpe, Motor, Generator und Ventil. Sie haben festgelegte Datenstrukturen, die sich aufteilen in die Informationstypen Statusmeldungen, Alarme und Befehle. Funktionsbausteine für die Stationen, in der Regel S7-300-CPUs, gehören nicht zum Standard. Soweit die bereitgestellten technologischen Objekte den projektspezifischen Anforderungen genügen, können sie unverändert übernommen werden. Ist dies nicht der Fall, kann sie der Anwender modifizieren oder als Grundlage für die Erstellung eigener Objekte verwenden.

Den Security-Aspekt deckt Siemens mit den industrietauglichen Security-Modulen Scalance S ab. Sie ermöglichen per VPN (Virtual Private Network) eine gesicherte Datenübertragung, sodass beispielsweise eine PCS7/Sinaut-Zentrale auch über Internet sicher mit Stationen kommunizieren kann. Bei einer DSL-Verbindung wird eine VPN-Verbindung zwischen zwei Scalance-S-Modulen aufgebaut und bei GPRS besteht der VPN-Kanal zwischen einem Scalance-S-Modul in der Zentrale und dem Sinaut-GPRS-Router MD740-1 in der Station. Das Konfigurationstool von Scalance S unterstützt hierbei auch die Konfiguration des GPRS-Routers, wodurch der Zeitaufwand reduziert und Konfigurationsfehler vermieden werden. Neben VPN bieten die Scalance-S-Module eine Firewall, mit der sich die Zugriffsmöglichkeiten gezielt einschränken lassen.

1. Fernwirken – reibungslos!
2. Alternative 1: Öffentliche Netze
3. Das Fernwirk-Netzwerk