Farb- und Intensitätssensor

Farb- und Intensitätswerte erfasst und verarbeitet der 50 x 50 x 20 mm große Farbsensor CP-3H von Eltrotec.

Auf Basis der GSM-Kommunikation sind einfache und flexible Fernwirk-Lösungen realisierbar. Doch Vorsicht: Bei falscher Tarifwahl können die Kosten schnell explodieren

Er verfügt über drei interne Farbspeicher und eine RS485-Schnittstelle. Mittels der »Teach-In«-Funktion lassen sich die Farben und Intensitäten einspeichern. Die Farbwerte sind über zehn Toleranzstufen, die adaptiv an die Aufgabenstellung eingelernt werden, verfügbar. Sämtliche RGB-Rohwerte lassen sich im ASCII-Format über eine serielle Schnittstelle übertragen. Veränderungen während des Produktionsprozesses werden dem Anwender über die Digitalausgänge signalisiert. Eine Trenddarstellung ist mittels Software ebenfalls möglich.

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Entlegene Pumpstationen, Wasser- und Abwasserverteilungen, Pipelines oder weit verzweigte Fabrikanlagen sind typischen Applikationsfelder für die Fernwirktechnik. In der Vergangenheit war die Realisierung entsprechender Lösungen gleichbedeutend mit der Verlegung von Kabeln beziehungsweise von Telefonanschlüssen; und so scheiterte eine Umsetzung nicht selten entweder aus technischen Gründen oder aber an den hierfür anfallenden hohen Kosten. Mit der industriellen Nutzung des Mobilfunknetzes GSM (Global System for Mobile Communication) hat sich dies geändert. Das GSM-Netz umgibt uns alle, ist inzwischen in über 200 Ländern der Welt verfügbar und ermöglicht eine kostengünstige Vernetzung auf der Basis kabelloser Datenübertragung.

Innerhalb des GSM-Netzes werden die verschiedenen Aufgaben über sogenannte „Dienste“ durchgeführt. Wesentlich für den industriellen Einsatz sind insbesonderes

  • Voice zur Sprachübertragung (Abrechnung nach Gesprächsdauer),

  • SMS (Short Message Service) zur Zeichenübermittlung (Abrechnung nach der Anzahl),

  • CSD (Circuit Switch Data) zur Datenkommunikation (Abrechnung nach Übertragungsdauer) sowie

  • GPRS (General Packed Radio Service) zur Datenkommunikation über Internet (Abrechnung nach Volumen).

Der wesentliche Vorteil der GSM-Lösung gegenüber anderen Funkvarianten ist die relativ einfache  Handhabung dieser Technologie. Eingebaut in die Maschine heißt es SIM Karte einlegen und sofort besteht eine Online-Verbindung. Die SIM-Karte ist also zum einen der Schlüssel zum Netz, wie es vormals der Telefonanschluss war; zum anderen ist durch sie der genutzte Tarif festgelegt und dies birgt eine Menge Fehlerpotenzial! Typischer Fall: Ich kümmere mich um die SIM-Karte, wir haben einen Rahmentarif mit xyz! so die Aussage eines Anwenders. Die Inbetriebnahme verläuft problemlos, die Maschine ist angebunden und über GSM vernetzt. Nach fünf Wochen dann die böse Überraschung: Wir haben über 200 Euro auf der Abrechnung das kann doch nicht sein! Ergo wird die gesamte GSM Lösung verteufelt; dabei hat der Anwender lediglich den falschen Tarif gewählt.

Wie kann es dazu kommen, dass Anlagen, die bei korrekter Tarifwahl mit 10 Euro pro Monat auskommen würden, plötzlich Rechnungen mit über 500 Euro erzeugen? Wesentlich dafür sind die Kosten pro Minute zur Datenübertragung pro MByte bei GPRS, für jede einzelne SMS sowie die GPRS-Blockrundung. Die Blockrundung bestimmt, auf welche Datenmenge nach Abschluss der Übertragung aufgerundet wird. Ein Beispiel: Pro Tag werden mittels GPRS Messwerte in einer Größe von 10 kByte übertragen, wobei der GPRS-Kanal aus Sicherheitsgründen nach jeder Übertragung geschlossen wird. Die Blockrundung bei dem gewählten Tarif beträgt 100 kByte. Somit rundet der Provider nach jeder Übertragung auf 100 kByte auf. Daraus ergibt sich auf der Rechnung eine monatliche Belastung von 3 MByte anstatt 0,3 MByte.

Bei der industriellen Nutzung des GSM-Netzes ist daher zunächst unbedingt die Art der Anwendung zu klären, woraus sich dann letztlich die notwendigen Dienste ergeben.

Störmeldungen

Die SMS ist die einfachste Art Störmeldung abzusetzen. Nachteil ist, dass die SMS nicht in definierter Zeit übertragen wird. Ergo kann es zu Verzögerungen kommen. Die Zeiten jedoch, als eine SMS nicht selten Tage später den Empfänger erreichte, sind vorbei! Die Provider haben erkannt, dass die SMS in der privaten und kommerziellen Nutzung ein wesentliches Kommunikationsmittel geworden ist, und dementsprechend die Behandlung innerhalb des Netzes optimiert. Inzwischen hat eine SMS im Mittel eine Übertragungszeit von weniger als 60 Sekunden. Somit eignet sich der Einsatz von GSM-Systemen als reiner Störmelder sehr gut, so lange die Meldung zeitunkritisch innerhalb von Minuten ausreichend ist. Eine typische Anwendung hierfür ist die Überwachung von Pumpstationen. Was die Kosten für eine solche Lösung betrifft: Eine Störmeldung als SMS kostet bei einem Standard- Tarif von T-Mobile Deutschland 0,17 Euro. Für reine SMS-Anwendungen gibt es entsprechend noch günstigere Angebot oder auch monatliche SMSPakete.

Alternativ sind Pre-Payed-Karten möglich. Diese werden von Anwendern häufig dort genutzt, wo sehr selten mit Störmeldungen zu rechnen ist. Um in diesen Fällen die Funktionsweise der Überwachung sicherzustellen, sollte ein Fernwirksystem eingesetzt werden, welches über eine sogenannte Lebe-noch- Funktion verfügt und selbstständig nach einem einstellbaren Zyklus eine Nachricht absetzt.

Auch wenn die Übertragung der Nachricht funktioniert, so kommt es doch oftmals zu Problemen mit deren Empfang: Der Empfänger hört zum Beispiel nachts nicht den Klingelton des Mobiltelefons, oder er ist einfach nicht zu erreichen. Um hier Abhilfe zu schaffen, lässt sich bei Lösungen wie etwa den Topas Fernwirksystemen von Endler& Kumpf alternativ die SMS als Festnetz-Anruf, Fax oder E-Mail umschalten. Oder aber es werden im Falle einer Nichtquittierung der Störungsmeldung durch den primären Empfänger andere Teilnehmer benachrichtigt.

Messwertübertragung

Die Übertragung von Messwerten ist alternativ als SMS, Wählverbindung (CSD = Circuit Switched Data) oder GPRS (General Packed Radio Service) realisierbar. Welche dieser Varianten im Einzelfall die wirtschaftlichste Lösung darstellt, hängt davon ab, wie oft der Messwert übertragen und wo er empfangen werden soll. Ein Beispiel: Der Hersteller von Kompressoren möchte seinen Kunden vorbeugende Wartung als zusätzliches Feature anbieten. Dazu werden die Anlagen mit GSM-Modulen ausgerüstet, die dann egal wo sie sich räumlich befinden ihre aktuellen Zustandsdaten per GPRS auf den zentralen Server des Herstellers übertragen. Vorteil für die Kunden: Sie werden schon vorab vom Hersteller informiert, wenn sich ein Ausfall abzeichnet und/oder eine Wartung erforderlich ist. Im konkreten Beispiel besteht das Datenpaket aus acht Messwerten und acht Zustandsmeldungen. Inklusive dem notwendigem Header in der GPRS-Datenübertragung hat das Paket ein Datenvolumen von 750 kByte.

Als Berechnungsgrundlage dienen folgende Kostenannahmen: Eine SMS kostet 17 Cent, für die Wählverbindung sind 19 Cent pro Minute zu veranschlagen. Die Kosten für die GPRS-Übertragung sind gestaffelt und liegen bei 3 Euro bis zu einem Datenvolumen von 1 MByte, 5 Euro bis 5 MByte und 7 Euro bis 10 MByte. In der Annahme gilt eine Grundgebühr von 4 Euro pro Monat. Diese Annahmen sind angenähert an Tarife eines M2M-Datentarifes der TMobile Deutschland.

Für die Übertragung von vier Messwerten pro Tag entstünden demnach folgende Gesamtkosten:

  • Per SMS: 24,40 Euro

  • Per Wählverbindung: 26,80 Euro

  • Per GPRS (120 kByte): 7 Euro

Die drei Varianten unterscheiden sich nicht nur bezüglich der Kosten, sondern auch hinsichtlich des Übertragungsweges: Die SMS läuft im Standardfall aufdem Mobiltelefon oder PC auf, die Wählverbindung auf dem PC und die GPRS-Übertragung im Internet. Eine Integration der Werte in bestehende Leitsysteme oder als Visualisierung im Internet ist demzufolge durch die GPRSFunktion wesentlich einfacher.

Fernparametrieren und Fernprogrammieren

Direkten sicheren Zugang auf die Anlage verschafft die gezielte Wählverbindung über GSM. Dazu wird innerhalb des GSM-Netzes der Dienst CSD (Circuit Switched Data) verwendet. Eine CSD-Verbindung entspricht einer stehende Wählverbindung ähnlich einem Anruf. Die Anlage wird direkt über die Telefonnummer angerufen und die Verbindung besteht zwischen dem Anrufer und dem Empfänger zum bidirektionalen Datenaustausch. Da CSD lediglich als 9,6-kByte-Verbindung ausgeführt ist, bieten manche Netzbetreiber alternativ den Dienst HS CSD (High Speed Circuit Switched Data) an, der mit 28,9 kByte kommuniziert. Nicht jede Komponente und nicht jeder Netzbetreiber unterstützen allerdings diesen Dienst.

Typische Anwendungen für CSD sind die Parametrierungen von Speicherprogrammierbaren Steuerungen oder Fernwirkmodulen. Hierbei sind Datenmengen zu übertragen, die nicht per SMS übertragen werden können, da der SMSDienst auf 160 Zeichen begrenzt ist. Alternativ zu CSD ist die Parametrierung auch per GPRS möglich, jedoch muss diese dann über das Internet durchgeführt werden. Ergo ist für eine Parametrierung von komplexeren Modulen der CSD-Dienst die sicherste und einfachste Lösung. T-Mobile rechnet bei dem Tarif M2M die Minute mit 0,19 Euro ab. Bei einer Datenübertragungsrate von 9,6 kByte/s mit einem Nutzdatenanteil von 33 % ergibt sich eine Übertragungszeit von etwa 1,5 Minuten für 300 kByte.

Internetdarstellung

Skalierbare Fernwirktechnik

Angesichts des großen Anwendungsspektrums der Fernwirktechnik sind die einzubindenden Feldsignale nicht immer gleich. Folglich sind heute skalierbare Systeme gefragt, die eine flexible Anpassung ermöglichen. Zum Beispiel werden in kleinen Pumpstationen für reine Störmeldungen nur binäre Eingänge benötigt. Für größere Anlagen sind analoge Eingänge oder auch Bus-Eingänge notwendig. Die Varianten "S", "M", "L" und "XL" des Fernwirksystems Topas von Endler &Kumpf beispielsweise bieten diesbezüglich die passende Anzahl von I/O-Signalen. Topas "L" bietet darüber hinaus einsteckbares I/O-System; an Maschinen sind somit neben den Standardsignalen ebenso  Zähler und Busse wie Modbus oder M-Bus integrierbar. 

        Alle Varianten lassen sich mit den Diensten GPRS, CSD und SMS ausrüsten. Darüber hinaus sind interne Datenspeicher enthalten, die als zusätzliche Sicherheit alle Ereignisse und Messwerte im lokalen Speicher festhalten. Der Einsatz in Ex-geschützten Bereichen ist ebenfalls möglich.


Ulrich H. Hempen

ist Geschäftsführender Gesellschafter von Endler & Kumpf und Geschäftsführer der Firma Astron Automation.