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Maschinen- und Anlagensteuerung über Mobilfunk mit VPN

20.01.2009
Die Überwachung und Steuerung von Maschinen vor Ort gehört der Vergangenheit an. Heute sind Flexibilität, permanenter Zugriff und vor allem geringe Kosten gefragt. Mobilfunkbasierte Lösungen mit fester IP-Adresse und VPN-Anbindung schaffen diesen Spagat.

Die Datenübertragung über das Mobilfunknetz hat einen wesentlichen Vorteil: Eine kabelbasierte und teure Anbindung einer Maschine oder Anlage an fest installierte Datennetzwerke im Haus ist nicht erforderlich. Auch unter IT-Sicherheitsaspekten ist eine feste Verkabelung nicht ratsam. Will beispielsweise der Mitarbeiter eines Wartungsdienstes von außen Zugriff auf das System bekommen, müssen Freischaltungen in den Firewalls erfolgen, was einen weiteren personellen Aufwand und Sicherheitsrisiken nach sich zieht.

Diese Probleme werden mit dem Mobilfunknetz als Übertragungsweg umgangen. Gleichzeitig garantieren verschiedene Verschlüsselungs- und Authentifizierungsverfahren die IT-Sicherheit auf höchstem Niveau. Nachdem der Kontakt zum Beispiel zu einer Heizungsanlage hergestellt ist, können Hausverwaltung, Wartungspersonal oder der Wärmecontractor mit dem PC oder einem Smartphone via Internet auf die Geräte zugreifen.

Über eine feste IP-Adresse wird auf das Endgerät zugegriffen

Ermöglicht wird dieser direkte Zugriff auf die Anlage durch eine Technik namens IP-Mobile, welche von der Marcant GmbH aus Bielefeld entwickelt wurde. Kern dieser Innovation ist die feste Koppelung einer IP-Adresse mit dem jeweiligen Endgerät. Dadurch kann eine Vielzahl von Geräten einzeln über das Internet erreicht werden. Den registrierten Nutzern steht ein eigens entwickeltes, intuitiv zu bedienendes Webportal zur Verfügung, das den Zugriff auf die Anlagen ermöglicht. Außer dem Auslesen der Daten können die Nutzer die Anlagen auch steuern, was bei handelsüblichen GPRS- oder UMTS-Endgeräten nicht möglich ist.

Einsatzmöglichkeiten der IP-Mobile-Technik fast unbegrenzt

Die Einsatzmöglichkeiten der IP-Mobile-Technik sind nahezu unbegrenzt. Außer für die Steuerung von Heizungsanlagen lässt sich die Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) auch in ganz anderen Branchen und Industriezweigen anwenden. In der industriellen Produktion kann IP-Mobile beispielsweise genutzt werden, um die bei einem Kunden eingesetzten Maschinen zu warten, ohne dass eine Verkabelung erforderlich ist.

Via GPRS oder UMTS lassen sich etwa der Füllstand von Spritzgussmaschinen in der Kunst-stoffindustrie, die Temperatur von Kesselanlagen in der chemischen Industrie oder die Wartungsintervalle von Blechpressen in der Autoindustrie aus der Ferne kontrollieren. Durch die eingesetzte Technik können daher Stillstandszeiten verringert und die Produktionsauslastung erhöht werden. IP-Mobile reduziert somit nicht nur Produktions- und Verbrauchskosten, sondern auch die Kosten für die Wartung der einzelnen Anlagen.

Die Einsparpotenziale der Technik sind beträchtlich, zumal die Bereitstellung und Nutzung nur geringe Kosten verursacht. Ein Teil der laufenden Kosten entsteht durch den gebührenpflichtigen GPRS- oder UMTS-Datenstrom. Dieser wird allerdings selten überwacht.

Folge: Bei schlechtem Empfang, Applikations- oder Modemfehlern können die Geräte UMTS- oder GPRS-Verbindungen unkontrolliert auf- und wieder abbauen. Durch die sogenannte Sessionrundung wird deshalb pro Einlogvorgang eine pauschale Mindestdatenmenge abgerechnet.

Zur Lösung dieses Problems hat Marcant ergänzend zu IP-Mobile das Marcant Cost Control Portal (MCCP) entwickelt. Dabei handelt es sich um ein webbasiertes Portal zum Monitoring der Datenkommunikation von Maschinen im In- und Ausland. Über die reine Kontrolle des Datenvolumens hinaus warnt das System bei der Überschreitung von vorher definierten Schwellwerten. Zusätzlich kann der Datenstrom automatisch getrennt werden. Durch die Kombination von MCCP und IP-Mobile wird das Kosten-Nutzen-Verhältnis zusätzlich verbessert.

Die Nutzung von IP-Mobile in Kombination mit Viessmann-Heizungsanlagen verdeutlicht die Möglichkeiten dieser Technik. Weil Energie knapp und vor allem teuer ist und uns der Klimawandel zudem zu einer deutlichen Reduzierung der CO2-Emissionen zwingt, werden in der Wirtschaft und im privaten Bereich neue Wege gesucht, um den Energieverbrauch und den Ausstoß von Kohlendioxid zu verringern. Dabei kommt der Gebäudetechnik eine besondere Rolle zu: 40% der End-energie in Deutschland werden für Heizen und Warmwasser in Gebäuden verbraucht, heißt es im CO2-Gebäudereport 2007 des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik und der CO2-Online GmbH.

Effizientes Heizen spart Geld und verringert Emissionen

Um den Verbrauch zu senken, gibt es zwei Ansätze: Die Modernisierung an den Gebäudeaußenwänden und effizienteres Heizen. Während Sanierungen sehr teuer sind, rentiert sich eine optimale Energieausnutzung hingegen sehr schnell.

Dafür müssen Heizungsanlagen bedarfsgerecht konfiguriert und gewartet werden. Das ist jedoch leichter gesagt als getan. In großen Mietshäusern und gewerblich genutzten Immobilien stehen die Heizungsanlagen meistens im Keller und sind für die Nutzer nur bedingt zugänglich. Dem Verbrauch wird oftmals keine Beachtung geschenkt.

Steuerung der Heizungsanlage über das Internet

An dieser Stelle setzen die Viessmann Werke GmbH & Co. KG als einer der führenden Hersteller von Heiztechnik-Systemen in Deutschland an. Das Unternehmen bietet Lösungen für alle Energieträger und alle Leistungsbereiche zwischen 1,5 und 20 000 kWh. Für seine Heizungsanlagen offeriert Viessmann eine Steuerungstechnik auf Basis des Mobilfunknetzes. Der Vorteil: Die Besitzer oder auch Verwalter eines Mietshauses müssen nicht mehr in den Keller gehen, um den Verbrauch zu kontrollieren und bedarfsgerecht zu konfigurieren. Die Steuerung der Anlage erfolgt vielmehr über das Internet. Bei Störungen wird zudem der Kundendienst automatisch per SMS, Fax oder E-Mail benachrich-tigt und kann aus der Ferne eine erste Diagnose stellen oder den Fehler beheben, anstatt bei jeder Unregelmäßigkeit vor Ort sein zu müssen.

Für diese Art von Anwendungen hat Viessmann eigens die Vitocom-Fernüberwachungsmodule entwickelt. Die Datenübertragung basiert dabei auf dem GPRS-Mobilfunknetz von Vodafone. Auch der UMTS-Standard kann mit Vitocom genutzt werden. Das Ergebnis sind passende Lösungen für den privaten Wohnungsbau, kleinere Nutzgebäude und gewerbliche Betreiber. Aus der Ferne lassen sich mit diesen Heizungs- und Energiemanagementsystemen eine oder mehrere Anlagen überwachen, bedienen und optimieren.

Auch bestehende Heizungen lassen sich umrüsten. Dafür sind keine großen Investitionen nötig, lediglich geringfügige Modifikationen und zusätzliche Hardware sind erforderlich. Endgeräte oder Maschinen lassen sich durch IP-Mobile einzeln ansteuern und regeln, ohne dass dafür die Anbindung an ein vor Ort bestehendes Datennetzwerk erforderlich ist. Mit dieser Technik werden zudem Verbräuche optimiert, der Personalaufwand verringert und die Prozesse in der Fertigung oder in der Wartung vereinfacht.

Dadurch eröffnen sich Einsparpotenziale, die in der Wirtschaft zunehmend gefragt sind. Nach Angaben des Marktforschungsinstituts Abi Research soll der weltweite Markt im Bereich der netzwerkunabhängigen M2M-Kommunikation von 19 Mio. Mobilfunkmodulen 2007 auf knapp 90 Mio. Einheiten im Jahr 2012 ansteigen.

Thorsten Hojas | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/automatisierung/fertigungsautomatisierung/articles/167509/

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