Wenn Feldbusse zu kurz sind

Dr. Reinhard Lülff, Daniel Maurice

Datenfunklösungen werden sehr oft in Anwendungen benötigt, bei denen Zuverlässigkeit eine große Rolle spielt. Deshalb sollte die Kommunikation auch in Krisenfällen einwandfrei funktionieren. Wer aber schon einmal an Silvester gegen Mitternacht versucht hat, mit seinem Handy zu telefonieren, kennt das Problem mit überlasteten Netzen aus eigener Erfahrung. Was in diesem Fall einfach nur ärgerlich ist, kann bei einer Katastrophe verhängnisvoll sein, wenn die Steuerung nicht eingreifen kann, weil die Kommunikation zwischen Feld- und Leitebene zusammenbricht oder Alarme sich nicht absetzen lassen.

Mit Schmalband-Datenfunk kann man für solche Fälle eine private Permanentverbindung aufbauen und ist somit völlig unabhängig von Netzbetreibern. Die Datenfunkexperten von Welotec haben für solche Zwecke verschiedene Datenfunkmodems des finnischen Herstellers Satel im Programm. Angeboten werden Datenfunkmodems, die kabelgebundene serielle Datenübertragungen beispielsweise von Profibus oder Modbus transparent über Kilometer durch einen Funkkanal ersetzen.

Mit dem zunehmend verbreiteten Einsatz von Ethernet in Industrieanwendungen wird aber vermehrt Datenfunkübertragung gefordert, die TCP/IP unterstützt. Deshalb bietet Welotec auch das digitale Datenfunksystem Satellar an, das kabellose Datenübertragung per TCP/IP ermöglicht und gleichzeitig dank modularem Aufbau und Linux-Betriebssystem individuell an Kundenanforderungen angepasst werden kann. Das Basismodul des Systems bildet die Datenfunkeinheit (Satellar 1DS) für transparente serielle Datenübertragung. Die zusätzliche Zentraleinheit bietet neben TCP/IP-Kommunikation auch ein Linux-Betriebssystem und ermöglicht es dem Anwender somit, Softwareanwendungen zu entwickeln und im Datenfunksystem auszuführen. So lassen sich beispielsweise kleine Sub-Scada-Systeme auf dieser Einheit realisieren, um Daten vor Ort auszuwerten und dann nur die Ergebnisse an das zentrale Leitsystem zu übertragen. Ein optionales übersichtliches Farbdisplay erleichtert die Bedienung direkt am Gerät. Schließlich können verschiedene Erweiterungseinheiten individuell angepasst werden. Hiermit lassen sich beispielsweise erhöhte Sendeleistungen, eine RS485/422-Schnittstelle oder weitere Ein-/Ausgänge nachrüsten. Somit können mit dem System komplette Lösungen für individuelle Anforderungen entwickelt werden. Das digitale Datenfunksystem arbeitet im UHF-Frequenzbereich von 380…520 MHz bei Sendeleistungen von 100 mW…1 W. Damit erreicht es typischerweise Reichweiten von deutlich über 10 km, im Idealfall sogar bis zu 50 km. Die Übertragungsgeschwindigkeiten liegen bei bis zu 19 200 bps bei 12,5 kHz Kanalbreite bzw. bei bis zu 38 400 bps bei einer Kanalbreite von 25 kHz. Mit einer Kanalbündelung wird sich künftig sogar eine Bandbreite von bis zu 150 MHz erreichen und somit die Übertragungsgeschwindigkeiten deutlich erhöhen lassen.

Müssen für die Datenkommunikation jedoch größere Distanzen als mehrere zehn Kilometer überbrückt werden, sind andere Lösungen gefragt. Hier können VPN-Mobilfunkrouter punkten, die je nach Bedarf auf das Übertragungsverfahren GPRS/EDGE oder UMTS/HSDPA bzw. HSUPA setzen. Auch hier haben die Datenfunkexperten entsprechende Lösungen im Programm. Mit den industriellen Mobilfunkroutern der Serien ER und UR lassen sich sichere Verbindungen zu einem Endgerät aufbauen. Das es möglich ist, von mehreren Geräten aus zu einem Endgerät eine Verbindung aufzubauen, kann dann dieses Endgerät auch als Sammelpunkt angesehen werden.

Die Konfiguration ist benutzerfreundlich, passwortgeschützt und schnell erledigt. Dank integrierter Ethernet-Schnittstelle können die Router an jeden Rechner oder jedes periphere Gerät mit Ethernet-Schnittstelle angeschlossen werden. Außerdem haben die verschiedenen Mobilfunkrouter eine oder zwei USB-Schnittstellen. Optional werden RS485-, RS232-, digitale Ein-/Ausgänge, M-Bus oder ein zweiter Ethernet-Anschluss angeboten. Mit dem Router ist eine Kommunikation zwischen der Leitstelle und mobilen Endgeräten bzw. zwischen verschiedenen mobilen Endgeräten möglich, so als befänden sich diese in einem gemeinsamen lokalen Netzwerk (LAN). Um eine sichere Kommunikation zu gewährleisten, werden die gängigen Standards OpenVPN, IPsec, L2TP und GRE zum Aufbau getunnelter Verbindungen unterstützt. Im Router integriert sind ebenfalls ein Webserver und eine Firewall.

Je nach Produktvariante wird GPRS/EDGE und/oder UMTS/HSDPA bzw. HSUPA als Übertragungsverfahren angeboten. Die Geräte sind die ersten ihrer Art mit High Speed Uplink Packet Access (HSUPA); damit erreichen sie im Upstream Datenraten von 2 Mbit/s. Sie eignen sich somit auch für alle Anwendungen, bei denen große Datenmengen von mobilen Geräten zur Leitwarte übertragen werden müssen wie zum Beispiel bei der Einbruchsicherung per Videoüberwachung.

Im Downlink erreichen die Mobilfunkrouter dank HSPA Übertragungsraten von bis zu 7,2 Mbit/s. Steht UMTS/HSDPA einmal nicht ausreichend zur Verfügung, schaltet der Router automatisch auf die „langsamere“ EDGE-Technologie (236 Kbit/s) oder auf GSM/GPRS Niveau um, um eine dauerhafte Verbindung zu garantieren. Für Anwendungen in rauer Umgebung werden die Geräte nicht nur im Kunststoff-, sondern auch im robusten Aluminiumgehäuse angeboten.

Es wird also deutlich: Die beiden Technologien stehen nicht miteinander in Konkurrenz, sondern bilden je nach Situation die passende Lösung. Es gibt zudem Fälle, in denen eine Kombination beider Technologien sinnvoll sein kann. Ein Beispiel: In stark hügeligen Gebieten, wie beispielsweise im Schwarzwald, gibt es einige Täler, in denen es keine Mobilfunkabdeckung gibt.

Will man an einem solchen Ort einen oder mehrere Anlagenteile in ein weit entferntes zentrales Netz integrieren, kann man die große Distanz per Mobilfunkrouter abdecken und die letzten Meter auf denen kein GPRS-Netz mehr verfügbar ist dann mit dem Datenfunkmodem überbrücken. Beide Systeme lassen sich für solche Zwecke zuverlässig miteinander kombinieren. Da mit den Mobilfunkroutern gepaart mit den Schmalbandfunkmodems weltweit Anlagenteile mit einer zentralen Steuerung verbunden werden können, sind die möglichen Einsatzbereiche vielfältig. Sie finden sich beim Auslesen von Messdaten sowie beim Überwachen und Steuern von Solar-, Biogas- und Windkraftanlagen. Auch in weitläufigen Firmenarealen, wie man sie beispielsweise in der Prozessindustrie findet, gibt es weitere Anwendungsgebiete ebenso wie in Gasverdichter- und Reduzierstationen oder beim Überwachen und Fernsteuern von Wasserwerken, Klär- und Wasseraufbereitungsanlagen.

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