Wireless-Kommunikation in Klärwerken Ein Baukastensystem für die Telemetrie

Redakteur: Dr. Jörg Kempf

Durch die weite Verbreitung von Mobilfunknetzen und den paketorientierten Übertragungsdiensten können Telemetrie- und Fernwirkanwendungen auch dort einfach realisiert werden, wo Telekommunikationsanschlüsse fehlen. Daneben ist die Kommunikation via GSM-Netz eine preiswerte Alternative zur klassischen Funktechnik. Da die Aufgabenstellungen in einem Fernwirkprojekt komplex und vielfältig sind, werden flexible Lösungen benötigt.

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Typische Anwendungen der drahtlosen Fernwirktechnik sind in Kläranlagen zu finden. (Bild: Bilder: Wago)
Typische Anwendungen der drahtlosen Fernwirktechnik sind in Kläranlagen zu finden. (Bild: Bilder: Wago)

Typische Projekte für die drahtlose Fernwirktechnik sind Anlagen, deren Signale und Daten nur mit hohem Aufwand leitungsgebunden erfasst werden können, z.B. in Kläranlagen: Ob eine Pumpstation bei Störungen der Frischwasserversorgung das Bereitschaftspersonal drahtlos per SMS informiert und zusätzlich eine E-Mail ins Büro verschickt, oder ob Durchflussmengen von Abwasserpumpen im 24-Stunden-Takt per GSM zum Leitsystem einer Kläranlage übertragen werden – die Anwendungsfälle sind vielfältig. Dabei müssen unterschiedliche Signale angebunden, die Verarbeitungsart bestimmt sowie die Art der Übertragung und der Empfänger gewählt werden. Hierfür werden flexible Hard- und Softwarekomponenten benötigt. In der konkreten Projektierung sind verschiedene Punkte zu klären (siehe Checkliste). Sind diese Fragen vom Projektierer geklärt, ergibt sich ein klares Bild der einzusetzenden Komponenten, die in vier Bereiche aufgeteilt werden können:

  • Hardware zur Anbindung des Prozesses,
  • Übertragung per GSM oder UMTS, Definition der Dienste,
  • Empfänger (Leitsystem, Internetserver, Smartphones, etc.),
  • Verwendung von genormten Protokollen.

Flexible Hardware

Die Hardware erfordert ein hohes Maß an Anpassungsfähigkeit bezüglich Anzahl und Art der Signale. Wago bietet hier mit seiner Produktfamilie To-Pass ein Baukastensystem, dass einfache bis komplexe Fernwirkanwendungen abbilden kann. Die To-Pass-Komponenten dienen wahlweise als Signalübertrager, als Störmelder und auch als Router. Für kleine Aufgaben wie Störmeldungen oder die Übertragung von Messwerten enthält der Baukasten die Produktfamilie To-Pass compact. Sie umfasst eine „All-in-one“-Lösung zur Messwertübertragung aus dem Prozess. Jedes Modul hat bis zu acht analoge und acht digitale Eingänge. Außerdem stehen zum Eingriff in den Prozess zwei analoge und vier digitale Ausgänge zur Verfügung. Die Signal-übertragung erfolgt wahlweise über SMS und/oder GPRS, mit einstellbarem Übertragungszyklus.

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Müssen in einer Applikation viele Daten und Messwerte aufgenommen werden, bietet das Konzept To-Pass-modular entsprechende Möglichkeiten. Basis dieses Konzeptes ist das skalierbare Wago-I/O-System 750: An einen beliebigen Feldbuscontroller oder -koppler des Systems können bis zu 64 Eingangs- und/oder Ausgangsbusklemmen mit bis zu 16 Kanälen angereiht werden. Zur Auswahl stehen mehr als 400 verschiedene I/O-Busklemmen. Darunter viele analoge und digitale Standard-I/O-Busklemmen sowie Sonderklemmen wie Ex-i-Busklemmen mit und ohne HART-Kommunikation, digitale Eingangsklemmen nach Namur, M-Bus-Klemmen, frei konfigurierbare RS-232/RS-485-Klemmen sowie eine 3-Phasen-Leistungsmessklemme.

Wird vom System SPS-Funktionalität gefordert, sind Feldbuscontroller die richtige Wahl. Sie lassen sich nach IEC 6-1131 in CoDeSys programmieren und können so als dezentrale SPS Prozesse vor Ort steuern.

In der Kombination mit einem To-Pass-Modem oder To-Pass-Router wird das System zu einer mobilfunkfähigen Fernwirkstation. Wie schon bei To-Pass-compact kann auch hier der Übertragungszyklus für das Prozessabbild frei eingestellt werden. Das zu übertragende Prozessabbild mit Zeitstempel kann dazu vorher optional in einem Datenlogger gespeichert werden. Gegenüber dem Modem überträgt der Router nicht nur Messwerte zur Leitstelle, sondern auch von der Leitstelle in die Station und kommuniziert somit bidirektional.

Transparente Übertragung

Für die Übertragung per GSM-Netz muss zunächst der Provider ausgewählt werden. Zu beachten sind die Dienste, die innerhalb des GSM- oder UMTS-Netzes gefordert sind. Bei den hier beschriebenen Anwendungen beziehen sich die Dienste auf GPRS oder EDGE für die Datenkommunikation und SMS für Störmeldungen. To-Pass-modular kommuniziert zwischen beiden Teilnehmern in der Verbindung „always online“, d.h. die Verbindung ist wie eine permanent bestehende Netzwerkverbindung zu sehen. Für kritische Anwendungen kann die Kommunikation über einen VPN-Tunnel geschützt und zusätzlich noch per IPsec verschlüsselt werden. Wie in einem Netzwerk werden die To-Pass-Geräte über eine feste IP-Adresse erreicht.

Last not least hat Wago einen speziellen Fernwirkkontroller entwickelt, der nach IEC 60 870 normgerecht kommuniziert. Er setzt das Prozessabbild gemäß IEC 60870-5-101 (seriell) oder IEC 60870-5-104 (TCP/IP-basiert) um.

* Der Autor ist Leiter des Bereiches Energy & Process Automation bei der Wago Kontakttechnik GmbH, Minden

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