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Modemverbindungen erleichtern Fernwartung von Anlagen und Maschinen

25.03.2008
Weltweite Service-Einsätze an Anlagen und Maschinen können für Betreiber teuer sein. Oft muss der Service-Techniker eine mehrtägige Dienstreise antreten. Berücksichtigt man dies bereits bei der Planung der Anlage und rüstet die Schaltschränke gleich mit entsprechenden Modems aus, können später Störungen per Fernwartung online über das Telefonnetz schnell und kostengünstig beseitigt werden.

Komplexe Anlagen mit hohem Automatisierungsgrad erfordern eine Wartung durch hochqualifizierte Fachkräfte. Diese Leistung kann häufig nur vom Hersteller einer Anlage erbracht werden. Außerdem trägt die Globalisierung dazu bei, dass Anlagen in weit entfernten Regionen installiert werden.

Im Service-Fall ist ein Techniker des Anlagenherstellers dann oft mehrere Tage unterwegs. In der Gewährleistungsphase entsteht dort ein schwer kalkulierbares Risiko für den Hersteller.Der Anlagenbetreiber muss seinerseits einen längeren Anlagen-stillstand hinnehmen. Nicht selten hat eine kleine Störung, wie zum Beispiel ein defekter Initiator, einen beachtlichen Produktionsausfall zur Folge.

Daraus resultiert der Wunsch, eine Anlage oder Maschine aus der Ferne zu kontrollieren. Ein Fernwartungssystem muss sich ohne großen technischen Aufwand an die vorhandene Hard- und Software anpassen. Die Funktionen der Programmier-Software müssen vollständig erhalten bleiben, und die Diagnose muss bis auf die Ebene einzelner Eingänge der Steuerung möglich sein.

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Fernwartung erfordert Vertrauen

Diese Art der „Online-Zusammenarbeit“ setzt viel Vertrauen zwischen dem Anlagenhersteller und seinem Kunden voraus, weil es sich dabei um sensible Daten handelt. Sicherheitsmechanismen wie Passwortschutz sind deshalb eine sinnvolle Maßnahme.

Fernwartung über Ländergrenzen hinweg erfordert eine Technik, die in den entsprechenden Ländern verfügbar ist. Die Fernwartungskomponenten müssen den technischen Ansprüchen einer hoch verfügbaren industriellen Steuerungsinstallation genügen. Darüber hinaus sollen kritische Betriebszustände automatisch dem jeweiligen Service-Personal gemeldet werden.

Telefonnetze sind wegen der hohen Verbreitung das geeignete Medium für die weltweite Datenkommunikation. Dabei spielt das analoge Festnetz, das in jedem Unternehmen verfügbar ist, immer noch die entscheidende Rolle. Zeitgemäße Techniken ermöglichen es heute, ein und dasselbe industrielle Modem für alle internationalen analogen Netze zu verwenden.

Analoges Telefonnetz bietet beste Voraussetzungen für Fernwartung

Digitale Netze wie ISDN spielen hingegen nur national ein Rolle. Aufgrund unterschiedlicher nationaler Standards sowie der geringen internationalen Verbreitung der Netze können ISDN-Modems nur mit hohem Aufwand für eine globale Fernwartung eingesetzt werden.

Für mobile oder schwer zugängliche Anlagen eignen sich Verbindungen über das Mobilfunknetz Global System for Mobile Communication (GSM). GSM-Netze gibt es in über 200 Ländern. Sie werden in den Frequenzbändern 850, 900, 1800 sowie 1900 MHz betrieben.

Moderne Quartband-Modems beherrschen alle vier Frequenzen und sind damit nahezu für alle Länder einsetzbar. Im GSM-Mobilfunknetz unterscheidet man zwischen der Datenkommunikation über eine CSD-Wählverbindung (Circuit Switched Data) oder über GPRS (General Packet Radio Service).

Weltweites Netzwerk kann zur Fernwartung genutzt werden

Die auf TCP/IP basierende GPRS-Verbindung hat den Vorteil, dass nach Datenvolumen anstatt nach Verbindungszeit abgerechnet wird. Weil die Modems ständig verbunden sein können, ist GPRS optimal für die Prozessdatenerfassung von Außenstationen, wie Pumpstationen in der Wasser- und Abwasserwirtschaft, geeignet. Für die globale Fernwartung von Maschinen und Anlagen hat sich allerdings – wegen der einfachen Handhabung und der besseren Signallaufzeiten – die CSD-Wählverbindung durchgesetzt.

Die Entscheidung für ein GSM- oder für ein analoges Modem hängt von der Anwendung ab. Vom Standpunkt der Leistungsfähigkeit aus betrachtet, sind analoge Modems mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von maximal 33 600 bit/s den GSM–Modems überlegen, deren Geschwindigkeit vom Netzbetreiber meist auf 9600 bit/s oder 14 400 bit/s begrenzt wird.

Ist kein leitungsgebundenes Telefonnetz verfügbar, bieten GSM-Modems eine kostengünstige und komfortable Alternative. Noch interessanter wird das GSM-Netz, wenn Alarmmeldungen als Nachrichten per SMS (Short Message Service) versendet werden sollen. Denn dieser Dienst wird, im Gegensatz zum Festnetz, von allen GSM-Netzen unterstützt.

Fernwartung erfordert hoch verfügbare systemunabhängige Verbindungen

Im Maschinenbau sind speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) verschiedener Hersteller weit verbreitet. Zur Fernwartung wird das Programmierkabel zwischen Programmiergerät und SPS durch eine Modemstrecke ersetzt (Bild 1 – siehe Bildergalerie).

Je nach Fabrikat wird an der Steuerung häufig noch zusätzlich ein Programmier-Adapter oder Schnittstellenwandler benötigt. Weil die Steuerungen nicht über Modemtreiber verfügen, müssen die Modems auf die Bedürfnisse des jeweiligen Übertragungsprotokolls eingestellt werden.

Bei den PSI-Modems (Bild 2) von Phoenix Contact erfolgt dies über eine Konfigurations-Software sowie eine einfache Dokumentation für alle gängigen Steuerungen. Die PSI-Modems sind für den weltweiten Einsatz konzipiert. Dazu gehört ein internationales Zulassungspaket, das außer CE- und UL-Approbationen auch Telekommunikationszulassungen für den Betrieb am öffentlichen Telefon- oder GSM-Netz enthält.

So kann zum Beispiel ein Maschinenbauer aus Deutschland Anwender in den USA mittels Fernwartung unterstützen, indem er sich von seinem Unternehmenssitz in die Maschine des Kunden einwählt. Umfangreiche Sicherheitsfunktionen – wie die einstellbare selektive Rufannahme, der Verbindungsaufbau mit Passwort-Schutz oder die Rückruf-Funktion – verhindern einen nicht autorisierten Zugriff. Für den ungestörten Betrieb unter schwierigen EMV-Bedingungen besitzen die PSI-Modems eine hochwertige Drei-Wege-Trennung sowie einen integrierten Überspannungsschutz.

Fernwartung großer Anlagen erfordert komplexe Lösungen

In größeren Anlagen sind oft mehrere Steuerungen über Ethernet
vernetzt. Für deren Fernwartung bietet Phoenix Contact ein entsprechendes Ethernet-Modem. Die Anwahl erfolgt als DFÜ-Verbindung über das Protokoll Point to Point (PPP, Bild 3).

Während des Verbindungsaufbaus werden Nutzername und Passwort abgefragt. Nach erfolgreicher Authentifizierung vergibt das PSI-Modem dem einwählenden PC eine IP-Adresse, von der aus der PC alle Ethernet-Teilnehmer ansprechen kann. Für die Sicherheit sorgt das Challenge Handshake Authentication Protocol (Chap) mit 128-Bit-Passwort-Verschlüsselung und kontinuierlicher Re-Authentifizierung.

Nicht programmierbare Systeme können, indem sie einen integrierten Schalteingang des PSI-Modems aktivieren, eine im Modem gespeicherte Textnachricht an eine frei definierte Rufnummer versenden, und zwar als SMS, E-Mail oder Fax (Bild 4). Umfangreichere Alarmfunktionen können in Kombination mit einer programmierbaren Steuerung realisiert werden. Für Steuerungen von Phoenix Contact stehen fertige Software-Bausteine zum Aufbau eines komplexen Alarmmeldesystems zur Verfügung.

Dipl.-Ing. Stephan Reim ist Mitarbeiter der Business Unit Interface bei der Phoenix Contact Electronics GmbH, 31812 Bad Pyrmont.

Stephan Reim | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/elektrische%2Dausruestung/articles/115072/

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