Lösungen sind ausreichend verfügbar

Die industrielle Fernwartung erfordert kostengünstige und zuverlässige Verbindungen zu den Maschinen und Anlagen. Doch welche Möglichkeiten bieten sich hier nach dem Ende der analogen Standard-Festverbindung an oder war diese Variante ohnehin schon längst ein ungenutztes Auslaufmodell? Diese Fragestellung beleuchten im Trendteil „Data & Communication" die Experten von ABB, HY-Line, Netmodule, OHP, Siemens, Wachendorff und Welotec.

eA: Welche technischen Alternativen zur analogen Standard-Festverbindung sehen Sie aktuell als marktfähig an und welche Technik eignet sich aus Ihrer Sicht am besten für die industrielle Fernwartung?

Isinger: Aus unserer Sicht gibt es zwei praxisgerechte Alternativen: DSL und Mobilfunk, über paketvermittelte Verbindungen. Viele Hardware- und Softwarehersteller, die sich auf diesen Bereich spezialisiert haben, bieten sogenannte Standardlösungen an. In Gesprächen mit Anwendern – meist sind dies Kommunen, Wasserversorger und Unternehmen, die ihre Alarmtechnik, Fernwirktechnik, Zeiterfassung etc. bisher über analoge Standleitungen managen – wird jedoch schnell klar, dass die jeweils individuelle Situation und Ziele genauestens zu hinterfragen sind, um optimale und zukunftsweisende Lösungen zu schaffen. Und hier liegt die Stärke von Wachendorff. Die Geräteserie eWon in Verbindung mit der Internet basierenden Kommunikationsplattform Talk2M und dem technischen Support durch Produkt- und Anwendungsspezialisten verfügt über die erforderliche Flexibilität. VPN ist tatsächlich das Zauberwort für den Übertragsweg. Die Kommunikation zu einem Gerät, das per DSL oder Mobilfunk erreichbar ist, ist im Zuge von privaten und somit nicht erreichbaren IP-Adressen ein sehr großes, wenn nicht sogar das Problem. Über VPN lassen sich zukunftsweisende Systeme etablieren.

Kern: Heute gibt es mehrere technische Alternativen, angefangen bei digitalen Festverbindungen (ISDN oder DSL) über die digitale Funktechnik (Tetra) bis hin zur digitalen Datenübertragung über das Mobilfunknetz (GPRS, UMTS, HSxPA). Für die industrielle Fernwartung am besten geeignet ist die digitale Datenübertragung über das Mobilfunknetz (GPRS, UMTS, HSxPA). Sie bietet Vorteile wie hohe Verfügbarkeit/Abdeckung, beste Flexibilität, ein sehr gutes Preis-Leistungsverhältnis in Bezug auf die Gesamtkosten (total cost of ownership).

Koch: Es gibt hier sehr attraktive Alterna-tiven, sowohl drahtgebundene als auch drahtlose – sprich Mobilfunk. Beiden ist jedoch in punkto Marktfähigkeit und aktuellem Stand der Technik eines gemeinsam: Sie sind Internet-basiert, d.h. sie setzen auf das IP-Protokoll und die weltweit vernetzten Internet- und Mobilfunkanschlüsse. Ob DSL-Anschluss mit VPN-Router oder GPRS-Modem bzw. -Router – für die industriel- le Fernwartung sind sie alle geeignet. Es kommt vielmehr auf die zu fernwartende Applikation an. Schwer erreichbare dezentrale Stationen verlangen nach einem Mobilfunkzugang. Bei Anwendungen mit hohem Datenaufkommen, z.B. zum Fernbedienen eines HMI-Systems oder bei Videostreaming, ist der breitbandige Internet-Anschluss gefragt. Je nach Weltregion kann das ein DSL-, Kabel- oder ander- weitiger Breitbandanschluss sein. Zudem kommt es darauf an, ob und wie man seinem Kunden den Fernwartungszugang als zusätzlichen Service anbietet und was dieser bereit ist, dafür zu zahlen. Hier sind findige Geschäftsmodelle gefragt.

Maurice: Aus dem Wireless-Bereich sehe ich hier GPRS und den privaten Datenfunk als sehr gut geeignet an. Die Frage nach der Eignung hängt von den Kundenanforderungen ab. Für dezentrale Anlagen, die mehr als 20 km entfernt sind, eignet sich GPRS besser als ein privates Funknetz. Wird aber hoher Wert auf Sicherheit, Verfügbarkeit und Unabhängigkeit gelegt, so ist der Datenfunk vorzuziehen. Zumal Anwender mit unseren Datenfunkmodems die „alten" Schnittstellen weiter benutzen kön-nen und das Leitsystem nicht von jetzt auf gleich TCP/IP-fähig gemacht werden muss.

Petry: Die Telekom AG bietet nach der Abkündigung der gemieteten analogen Standard-Festverbindungen oft Alternativen als Kommunikationswege an, die eine Umrüstung bei den vorhandenen Systemen erfordert. Zwar kann auf Antrag die Betriebszeit um ein Jahr verlängert werden oder von der Telekom in Verbindung mit Vorschaltgeräten eine digitale Leitung gemietet verwendet werden, dies ist jedoch nur eine kurzfristige bzw. recht teuere Möglichkeit, um diese Abkündigung zu umgehen. Eine schnellere und bessere Nutzung der Strecken lässt sich auch mit anderen Diensten erreichen. So stehen Verbindungen über DSL, GPRS, Funk oder auch die Anbindung über Wählleitung Alternativen mit teilweise deutlich geringeren Betriebskosten bereit.

Riegel: HY-Line Automation Products beschäftigt sich als Hersteller von Industrie-Routern seit Jahren mit dem Thema Datenfernübertragung. HY-Line hat früh den Trend der Datenfernübertragung per GSM/GPRS/UMTS erkannt und entsprechende Hardware entwickelt. Mehrere Faktoren haben die Entwicklung neuer Hardware erforderlich gemacht. Viele Endgeräte wie Steuerungen, Datenlogger und IPCs verwenden heute den Ethernet-Port und nicht die serielle Schnittstelle zur Kommunikation mit der Außenwelt. IP-Router sind hier zwingend erforderlich. Auch die Kosten für die Datenübertragung per GSM/GPRS/UMTS sind heute absolut konkurrenzfähig geworden und werden in Zukunft noch sinken. Die Abkündigung der analogen Standleitungen zum 30.September2009 durch die Deutsche Telekom zwingt alle betroffenen Anwender, sich Gedanken zu Alternativen für die Datenübertragung zu machen. GSM/GPRS/UMTS-M2M-Industrie-Router sind hier die optimale, zuverlässige, kostengünstige und zukunftssichere Lösung.

Stübner: Industrielle Fernwartungen mit Techniken wie Standard-Festverbindungen aber auch analoge/ISDN-Wählverbindungen sind immer noch weit verbreitet. Jedoch sind diese den heutigen Anforderungen an Fernwartungskonzepte nicht gewachsen. Die Übertragungsraten sind mangelhaft und genügen in vielen Fällen den heutigen Daten- und Zugriffsicherheitsanforderungen nicht mehr. DSL und Breitbandnetze auf IP-Basis sind Stand der Technik. Hier geht die Entwicklung eindeutig hin zu schnellen und flexiblen Internet-Verbindungen. Aktuelle Fernwartungskonzepte basieren auf VPN und speziell zugeschnittenen Software-Applikationen wie das Remote Diagnostic Services (RDS) von ABB. Lösungen wie RDS genügen höchsten Sicherheitsanforderungen. Sie erlauben Supportorganisationen, Systembe-triebszeit zu maximieren und Störungen zu verhindern, Systeme proaktiv zu überwachen sowie Diagnose und Lösungen so zu automatisieren, dass sich eventuelle negative Auswirkungen auf dem System erst gar nicht zeigen.

eA: Erwarten Sie für die Fernwartung zukünftig erhöhte Kosten und/oder neue technische Möglichkeiten?

Isinger: Vor zwei Jahren zahlte man für einen DSL-Anschluss mit 1000 MByte Datenvolumen ca. 20 Euro pro Monat. Für eine Mobilfunkkommunikation über GPRS lag das MByte bei ca. 10 bis 12 Euro. Heutzu-tage sind für diese Kosten bereits Flatrates zu bekommen. Vorausschau: Die Preise im DSL- und Mobilfunksektor werden weiter sinken. Speziell im Mobilfunksektor wird man die Technik immer weiter vorantreiben. Stellt man sich vor, dass über ein HSDPA- fähiges Endgerät bereits Kommunikationsgeschwindigkeiten von bis zu 3,6 Mbit/s möglich sind, so ahnt man, was noch alles möglich sein kann. Im Markt der industriellen Fernwartung wird der Mobilfunksektor rasant an Zuwachs gewinnen.

Kern: Unserer Einschätzung nach steht der Markt für Fernwartung und insbesondere Condition Monitoring derzeit erst am Anfang seiner Entwicklung. Hier steckt noch viel Potenzial. Wir gehen davon aus, dass sich die Kosten für die Fernwartung in Zukunft eher reduzieren. Dahinter stehen neue technische Möglichkeiten durch neue Wireless-Technologien wie Wimax. Fortschrittliche Technologie erobert diesen Markt immer mehr. Das bedeutet, dass auch Kombinationen von lokalen Wireless-Technologien (Wifi, Zigbee, UWB = Ultra-Wideband/IEEE 802.15.3a, ISM, Bluetooth) mit WAN-fähigen Technologien (GPRS, UMTS, HSxPA) entstehen und Einzug halten werden.

Koch: Die Kosten für Fernwartung müssen unterteilt werden nach Kosten für Hard- und Software sowie für den laufenden Betrieb, z.B. Anschlussgebühren und Verbindungsentgelte. Die Hardware-Kosten für Internet-basierte Lösungen sind zwar nicht weiter steigend, aber gegenüber der Analogtechnik meist teurer, zum Beispiel DSL-Modem, DSL-Router, VPN Appliance oder VPN Software Client, selbst wenn die gesamte Technik in einem Gerät verbaut ist. Es lässt sich jedoch rechnerisch ganz leicht aufzeigen, dass selbst diese Investition meist günstiger ist als ein einziger Serviceeinsatz vor Ort. Die laufenden Gebühren werden kontinuierlich günstiger. Sowohl für drahtgebundende als auch drahtlose Fernwartungszugänge werden von den Providern Flatrates oder großzügige Volumentarife zu geringem Preis angeboten. Was neue technische Möglichkeiten angeht, kann man klar sagen, dass sich auch die industrielle Fernwartung an dem orientiert, was die Entwicklung in der IT-Welt oder beim Mobilfunk hervorbringt: Das heißt, neue Technik wird nach und nach auch im industriellen Umfeld adaptiert.

Maurice: Eigentlich erwarten wir auch in GPRS-Netzen keine Kostenerhöhung. Wir erwarten hierdurch allerdings auch keine Service-Verbesserung. Die im Vergleich zur Sprachkommunikation eher geringen Verdienstmöglichkeiten der Mobilfunknetzbetreiber werden die Qualität der M2M- Kommunikationsmöglichkeiten in Zukunft nicht verbessern. Für private Funknetze spielen die laufenden Kosten und die Qualität der Funkverbindung kaum eine Rolle. Nach der Anschaffung sind die Kosten für die kommenden Jahrzehnte gleich Null. Neue technische Möglichkeiten bieten sich bei den privaten Datenfunknetzen in einer direkten TCP/IP-Kommunikation. Dies ist für ältere Anlagen, die zurzeit von der Abkündigung analoger Standleitungen betroffen sind, zwar nicht interessant, aber wenn bei dieser Gelegenheit gleich die gesamte Anlage erneuert wird, kann eine direkt TCP/IP-Kommunikation schon von Vorteil sein.

Petry: Wie erwähnt bieten sich mit DSL, GPRS, Funk bzw. Wählleitungen ausreichend Möglichkeiten, um die Betriebskosten im Griff zu behalten. Da die Nutzung dieser Kommunikationswege in den jewei-ligen Projekten recht unterschiedlich ist, kann keine generelle Empfehlung ausge-sprochen werden.

Stübner: Die Aufgaben der Prozessleittechnik in modernen Produktionsanlagen werden zunehmend komplexer. Die Leitsysteme und die produktionsnahe IT sind stark vernetzt und werden für eine transparente und sichere Produktion immer wichtiger. Die laufende Verbesserung aller wesentlichen Fabrikprozesse und Ressourcen sind wichtige Bestandteile zur Wettbewerbsfähigkeit. Die reaktive Fernwartung wird mehr und mehr durch eine auf Software-Agenten basierende Fernwartung unterstützt. Durch die periodische oder permanente Überwachung von system- und produktionskritischen Daten, sogenannte KPIs (Key Performance Indikators), wird die präventive Ferndiagnostik an Bedeutung gewinnen. Neben der Maximierung der Systembetriebszeit, wird auch die Steigerung der Produktivität der Produktionsanlage Bestandteil der Ferndiagnostik sein. Unsere Advanced Application Services mit den Produkten Dynamic Online OEE, Reliability Integrated Solution (RIS) und Loop Performance Manager spiegeln dies wider. Durch die Nutzung dieser Fernwartungsleistungen werden Vor-Ort-Einsätze minimiert und Spezialisten-Knowhow kann schnell und jederzeit bereitgestellt werden. Präventive und an Performance orientierte Leistungen haben zwar ihren Preis, sind aber sicherlich ein Mehrwert für den Anlagenbetreiber.

eA: Wie schätzen Sie die drahtlose Datenübertragung z.B. über GSM/GPRS oder Tetra ein und bei welchen Anwendungen bietet Wireless tatsächlich Vorteile?

Isinger: Wir müssen uns immer noch als Pioniere sehen. Unsere Aufgabe ist es, dem Anwender das Wissen zu vermitteln, wie einfach und komfortabel, sicher und kostengünstig die Kommunikation mit seinen Endgeräten über Mobilfunk aufgebaut werden kann. Wichtige und neue Funktionen, wie die Möglichkeiten eines intelligenten Alarmmanagements, Datenlogging etc., sind zu erläutern. Eine drahtlose Datenübertragung macht überall dort Sinn, wo etablierte Sicherheitseinstellungen und dem Thema gegenüber nicht aufgeschlossene IT-Systemadministratoren blocken. Und natürlich auch dort, wo eine leitungsgebundene Kommunikation nicht möglich ist. Sicher wird die drahtlose Kommunikations der leitungsgebundenen Kommunikation (PSTN, ISDN, DSL) immer mehr den Rang ablaufen. Zur drahtlosen Kommunikation zählen wir übrigens auch den lizenzplichtigen und lizenzfreien (Richt-)Funk, der in industriellen Anwendungen ebenfalls eine immer gewichtigere Rolle spielt und für den Wachendorff ebenfalls zielgerichtete Lösungen anbietet.

Kern: Die drahtlose Datenübertragung ist auf dem Vormarsch dank mehrerer Entwicklungen: Die Verfügbarkeit/Abdeckung (GSM/GPRS) ist heute sehr hoch. Dazu hat sich die Zuverlässigkeit der Netze deutlich verbessert, zugleich sind die Kosten signifikant gefallen. Schließlich kann die Sicherheit der Datenübertragung garantiert werden – eines der Schlüsselargumente überhaupt. Überall wo entfernte Installationen (in der Regel ohne Fixleitungsanschluss) und hohe Flexibilität gefordert sind, werden drahtlose Übertragungstechniken bevorzugt. Insgesamt ist hier der gleiche Trend wahrnehmbar wie bei der Telefonie – weg vom Fixnetz, hin zum Mobilfunk.

Koch: Aufgrund der zunehmenden Verbreitung und vor allem der stetig wachsenden Bandbreiten gehört insbesondere der IP-basierten drahtlosen Datenübertragung, also GPRS, die Zukunft – alleine schon wegen der nahezu weltweiten Zugänglichkeit. Zudem bietet „Wireless" ein hohes Maß an Flexibilität. Die genannten Punkte führen so auch zu den Hauptanwendungsfeldern für drahtlose Fernwartung, bei denen die drahtlosen Lösungen nicht nur Vorteile bieten, sondern oftmals auch keine drahtgebundenen Alternativen eingesetzt werden können: Dies sind zum einen schwer erreichbare Anlagen, zu denen kein Anschluss gelegt werden kann, wie Pumpstationen bei Öl-/Gas- und Wasser-/Abwasseranwendungen; Verkehrsleittechnik oder Windkraft-/Photovoltaikanlagen; zum zweiten die temporäre Unterstützung bei der Inbetriebnahme von Maschinen und Anlagen; und drittens mobile Anwendungen wie Züge, Busse oder Kräne.

Maurice: Natürlich bieten drahtlose Datenübertragungen ihre größten Vorteile bei mobilen Anwendung oder wenn es einfach zu aufwändig ist, ein Kabel zu verlegen. Weiterhin kann Datenfunktechnologie als Back-up-Lösung für kritische Systeme genutzt werden, bei denen theoretisch die Hauptkommunikationsverbindung ausfallen kann. Zudem müssen viele Anlagen auch bei längerfristigen Stromausfällen noch zuverlässig überwacht und gesteuert werden können. Je nach dem Sicherheitsbedürfnis des Endkunden kann hier ein privates Datenfunknetzwerk entsprechend ausgelegt werden. Für exportorientierte Kunden, die ihre Anlagen auf der ganzen Welt aufbauen, bieten lokale Datenfunknetze einen immer gleich bleibenden Standard und per GPRS kann sich der Hersteller dann immer zu Wartungs- und Diagnosezwecken auf die Anlage einloggen.

Petry: Dies lässt nicht generell beantworten. Fernwirken und Fernwirktechnik sind zweierlei Paar Schuhe. Bei OHP beschäftigen wir uns mit hochkomplexen Fernwirktechnikanlagen. Entsprechend sind Auswahl der Protokolle und Nutzung der gebotenen Kommunikationswege sehr stark abhängig von den jeweiligen Systemanforderungen.

Stübner: Neue Wireless-Technologien gewinnen mit zunehmenden Übertragungsraten an Bedeutung. Wireless LANs mit den Standards der IEEE-802.11-Familie sind leistungsfähig und mittlerweile weit verbreitet. Waren Funknetze mit GSM/GPRS mit ihren Übertragungsraten noch vergleichbar mit denen analoger Modems, so hat sich dies mit der Einführung von HPSDA geändert. Mit einer Übertragungsrate von derzeit 2 bis 3 Mbit/s ist man auf DSL-Niveau. Wireless-Lösungen bieten sich heute vor allem für nicht stationäre Systeme, Maschinen und Geräte an oder überall dort, wo Kabelverbindungen schlecht zu realisieren sind.

zg