Komplexe Netzstrukturen betreiben : Wireless - aber wie?
Markt und Trends Praxisbericht:
Wireless-Lösungen prüfen - der nicht öffentliche Datenfunk ist eine echte Alternative zu GSM-Modems.
Wer weit entfernt liegende Anlagenteile oder Außenstationen in sein Netzwerk integrieren will, sucht häufig nach Funklösungen, um teure Kabelverlegekosten zu vermeiden. Grundsätzlich stehen hier zwei Varianten zur Wahl: - Öffentlicher Datenfunk und - nicht öffentlicher Datenfunk. Im Folgenden wollen wir die wesentlichen Unterschiede klären und am Beispiel der Produkte von Funk-Electronic Piciorgros zeigen, wie eine Funklösung aussieht. Eine Bemerkung vorweg: Bekanntlich führen viele Wege nach Rom. Das ist auch bei der Lösung technischer Aufgaben so. Oft ist jedoch nicht sofort erkennbar, welcher der beste Weg zum Ziel ist. Das ist bei der Anbindung von Außenstationen eines Unternehmens oder einer Kommune nicht anders. Wer eine entfernte Einrichtung - egal, ob in der Wasserwirtschaft, bei einem Elektrizitäts- oder Gasversorger oder auch in der Prozessindustrie - überwachen will, kann sich der unterschiedlichsten Lösungen bedienen: Allein die Mobilfunkbetreiber halten einen ganzen Strauß von Übertragungsprotokollen bereit, für die es jeweils auch industrielle | Modems am Markt gibt. Aus der Informationstechnik drängen zahlreiche Funktechnologien in die Werkhallen, von denen W-LAN und Bluetooth vermutlich die bekanntesten sind. Darüber hinaus gibt es den nicht öffentlichen Datenfunk (NöDatFu), auf den wir in diesem Beitrag noch näher eingehen werden. Für die Entscheidung jedoch, welche dieser Verbindungstechnologie in einer verteilten Anlage 'der beste Weg' ist, benötigt man Erfahrung.  Bild: Funknetz mit direkter Signalübertragung. Darum sollte man, sofern man nicht selbst über diese Erfahrung verfügt, in einer frühen Projektphase die Beratung eines Fachmanns nutzen. Dieser kann helfen, böse Überraschungen zu vermeiden. | Was ist NöDatFu? Ortsfeste Funkverbindungen, wie sie z.B. für die Überwachung von Abwasseranlagen, Hochbehältern, Pumpstationen, Gasanlagen usw. üblich sind (typische Versorger-Anwendungen), können Kosten sparend über den nicht öffentlichen Datenfunk (NöDatFu) nach dem 6-Sekunden Zeitschlitzverfahren realisiert werden. Beim nicht öffentlichen Datenfunk fallen keine Verbindungsgebühren an. Die Gebühren sind mit ca. 1E je Funkstation im Monat verglichen mit den GSM-Diensten sehr günstig, da keine volumen- oder zeitabhängigen Gebühren anfallen. Erfreulich für gemeinnützige Betreiber ist dabei die mögliche Befreiung von laufenden Gebühren. Für NöDatFu gibt es Funkmodems am Markt, die für Reichweiten bis 50km ausgelegt sind, wobei sich z.B zur Umgehung topologischer Hindernisse auch Funkketten mit bis zu zwei Zwischenstationen aufbauen lassen. Prinzipiell stehen fünf Frequenzen mit jeweils zehn Zeitschlitzen zu jeweils sechs Sekunden zur Verfügung. Der Anlagenbetreiber errichtet und betreibt das Funknetz in eigener Regie und Verantwortung. NöDatFu-Netze müssen bei der Bundesnetzagentur genehmigt werden. |
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| Netzbetreiber werden? Der wesentliche Unterschied zwischen öffentlichen und nicht öffentlichen Netzen ist also die Betreiberfrage. Wer sich z.B. für die Nutzung von GSM/GPRS-Modems für die Datenübertragung entscheidet, muss in der Regel keine Masten und Antennenanlagen errichten. Die Funktechnik für die Nutzung öffentlicher Netze ist einfach zu installieren. Telefonnetze unterliegen durch die verwendete Technologie heute meist keinen Einschränkungen hinsichtlich Reichweite und Erreichbarkeit mehr Zahlreiche unterschiedliche Dienste mit unterschiedlichen Übertragungsraten und Abrechnungsmodi sind praktisch flächendeckend vorhanden. Für viele Anwendungen sind solche Modems daher gut geeignet. Wer hingegen den nicht öffentlichen Datenfunk  Bild: Funknetz auf topografischer Landkarte | nutzen möchte, wird selbst Anlagenbetreiber. Er muss das Funknetz selbst planen und errichten sowie bei der Bundesnetzagentur beantragen. Was sich zunächst wie ein Nachteil anhört, ist tatsächlich der große Vorteil des NöDatFu: Ist das Netz erst einmal in Betrieb, fallen so gut wie keine weiteren Kosten mehr an. Die monatliche Gebühr (ca. 1E pro Gerät und Monat) ist vernachlässigbar. So mancher Anlagenbetreiber hat sich beim Betrachten seiner GSM-Dienste- Rechnung ungläubig die Augen gerieben. Was zunächst günstig aussieht, kann sich unter Umständen (und über die Laufzeit einer Anlage betrachtet) als teure Lösung entpuppen. Auch die Zuverlässigkeit des Netzes kann man im NöDatFu selbst bestimmen. Wer schon einmal versucht hat, mit dem Mobiltelefon zu Silvester einen Freund oder Verwandten zu erreichen oder auch nur eine SMS zu versenden weiß, dass die Verfügbarkeit von Mobilfunknetzen keineswegs garantiert ist. Wer hier kein Risiko eingehen will oder darf, ist mit einer eigenen Lösung sicher besser bedient. So kann z.B. durch den Einsatz von unterbrechungsfreien Stromversorgungen oder Solarpanels das Netz vollkommen autark betrieben werden. | Wie könnte ein Funknetzwerk aussehen? Am Beispiel der Geräte des Spezialisten für drahtlose Übertragungstechnologien Funk-Electronic Piciorgros aus Köln soll im Folgenden skizziert werden, wie ein solches Funknetzwerk aussehen könnte.  Bild: Funknetz mit Zentrale und unterschiedlichen Unterstationen Da es sich bei diesem Funksystem um ein wirklich umfangreiches Sortiment handelt, können hier natürlich nur Ausschnitte vorgestellt werden, die beispielhaft zeigen, aus welchen Komponenten so ein Funknetzwerk aufgebaut wird. |
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| Funk-Systemübersicht Das hier vorgestellte System besteht aus einem zentralen Funk-Fernwirkserver sowie dezentralen Unterstationen. Zahlreiche Erweiterungsmodule einschließlich einer Profibus-DP-Anschaltbaugruppe ermöglichen die Anpassung an die jeweilige Aufgabe. Die Komponenten werden mit einer Windows-basierten Software konfiguriert. Für kleine Steuerungsaufgaben kommt eine Soft-SPS zum Einsatz. Alle Geräte wurden für Heavy-Duty-Anwendungen entwickelt und zeichnen sich durch den weiten Temparaturbereich von -20 bis + 70°C aus, in dem die Geräte zuverlässig arbeiten. Die DIN-Schienenmontage sowie der weite Versorgungsspannungsbereich sind weitere Merkmale industriell einsetzbarer Geräte. Das Gehäuse besteht aus einem Aluminium-Strangguss und die Kunststoff-Seitenkappen sind intern mit einer ESD-Aluminiumfolie ausgekleidet. 7  Bild: Funknetz MDP | Die Funk-Zentrale Die zentrale Komponente im Funknetzwerk der Firma Piciorgros ist der Funk-Fernwirkserver (MDP-310.200). Eine solche Zentralstation kann bis zu 240 Unterstationen zyklisch abfragen. Integrierte Feldstärkeanzeigen und per Funk programmierbare Sendeleistungen erleichtern Inbetriebnahme und Ausrichten der Antennenanlagen. Die Unterstationen werden von der zentralen Baugruppe automatisch abgefragt und die übertragenen Werte in Datenbausteinen zwischengespeichert. Durch diese Technik können Automatisierungsgeräte oder Leitsysteme kontinuierlich auf die gepufferten Daten der Unterstation schreibend und lesend zugreifen, ohne sich um das Funkhandling kümmern zu müssen. Die im Fernwirkserver abgelegten Datenbausteine der Außenstationen können mit bis zu 300 Verknüpfungen untereinander 'verdrahtet' werden. Damit ist es möglich, Daten zwischen den einzelnen Stationen automatisch auszutauschen oder diese an der lokalen Ein-Ausgabe der MDP-310 auszugeben. Durch die Ausgabe dieser Werte können parallel zum Leitsystem die Daten visualisiert, Überwachungsfunktionen realisiert oder Alarme ausgelöst werden. Ein integrierter Datenlogger zeichnet alle Unregelmäßigkeiten im Funkverkehr auf (Ausfall von Funkfeldstärke, |  Bild: Funk-Zentrale MDP-310.200 Ausfall der DCF-Uhr usw. Die Funktionen des Funkservers werden mit der Software MDP-Config komfortabel am PC konfiguriert bzw. programmiert. Hier lassen sich auch alle HF-technischen Merkmale wie Frequenzen, Sendeleistung sowie alle Unterstationsparameter konfigurieren. Die 'Funkzentrale' wird mit einem COM-Port, einem AuxPort sowie einem Erweiterungsport für Erweiterungsmodule ausgeliefert. Alle Schnittstellen können wahlweise als RS232 oder RS485/422 ausgeführt werden. Optional steht auch eine Profibus-DP-Schnittstelle zur Verfügung. Der Zugriff auf die Daten der Funkanlage erfolgt über das Modbus-RTU-Protokoll oder über MoP/MoP2. Für den Zugriff von windowsbasierten Programmen steht ein OPC-Server zur Verfügung. |
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| Die Unterstationen: Die Unterstationen oder auch Remote Terminal Unit (RTU) haben bereits integrierte binäre und analoge Ein- und Ausgänge sowie integrierte Betriebsstunden- und Ereigniszähler. Feldstärke und E/A-Status werden durch LEDs direkt am Gerät angezeigt. Der Clou ist allerdings: Die Geräte können optional mit einer Micro-SPS (PicoLogo) ausgestattet werden und dadurch einfache Steuerungsaufgaben ausführen.  Bild: RTU710/DA1 Die Unterstationen (z.B. die RTU-710) verfügen über zahlreiche Ein- und Ausgänge. 16 galvanisch getrennte Binäreingänge können wahlweise in 4er-Gruppen plus- oder minusschaltend benutzt werden. Zusätzlich zu der E/A-Funktion ist jeder Eingang auf einen 16-Bit-Zähler aufgelegt, der als Impulszähler oder Betriebsstundenzähler konfiguriert werden kann. Die maximale Zählfrequenz beträgt dabei 10Hz. | Die 8 ebenfalls galvanisch getrennten PNP-Schalttransistoren getrennte Binäreingänge können wahlweise in 4er-Gruppen plus- oder minusschaltend benutzt werden. Zusätzlich zu der E/A-Funktion ist jeder Eingang auf einen 16-Bit-Zähler aufgelegt, der als Impulszähler oder Betriebsstundenzähler konfiguriert werden kann. Die maximale Zählfrequenz beträgt dabei 10Hz. Die 8 ebenfalls galvanisch getrennten PNP-Schalttransistoren der Binärausgänge können bis zu 500mA Strom schalten und sind für den Betrieb von 12 bis 24V ausgelegt. Vier Analogeingänge sind als Stromeingänge ausgelegt und können von 0 bis 20mA bzw. 4 bis 20mA Sensoren angesteuert werden. Die Auflösung beträgt 12Bit. Auch die Unterstationen können über den Erweiterungsport um E/As und Funktionsmodule erweitert werden, die beim Einschalten der Funkbaugruppe automatisch erkannt werden. Alle Funkbaugruppen verfügen über eine integrierte Routingfunktionalität, die es ermöglicht, Funkrelaisketten über bis zu 31 Funkstationen aufzubauen. Eine umständliche Programmierung der Kommunikationsbeziehungen ist nicht notwendig. | PicoLogo Soft-SPS Die Funkbaugruppen von Piciorgros bieten als besonderes Feature eine Soft-SPS, mit der einfache Steuerungsaufgaben realisiert werden können.Der Funktionsumfang dieser Soft-SPS entspricht in etwa dem Logo von Siemens. Sie umfasst 7 Kontakttypen, 6 Grundfunktionen, 18 Sonderfunktionen (z.B. Einschaltverzögerung, Ausschaltverzögerung, Blinkgeber, Schaltuhren, RS-Flip-Flop, Treppenhausschalter usw.) und 6 Analogfunktionen (z.B. Pumpenwechselschaltung, Hochbehälterfüllung usw.). Die Programmierung erfolgt mit einem grafischen Editor (PLEEditor)  Bild: RTU mit PLE oder kann als Anweisungsliste (C-ähnlicher Code) erzeugt werden. Bei der Verwendung des Editors ist eine Simulation der aufgebauten Schaltung am Bildschirm möglich. |
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| Erweiterungsmodule Wie bereits erwähnt besitzen die Piciorgros-Funkbaugruppen einen Erweiterungsport (auf Intel BitBus-Basis). Über diesen können bis zu 16 Erweiterungsbaugruppen angeschlossen werden. Damit lassen sich die Anzahl der Eingänge und Ausgänge nahezu jeder Anwendung entsprechend ausbauen. Insgesamt stehen 8 unterschiedliche Module zur Auswahl für analoge oder digitale Ein- oder Ausgänge.  Bild: RTU-710 mit 2 PEM Liste PEM-Module | Unabhängigkeit Wer dort, wo die Funkstation betrieben werden soll keinen Strom zur Verfügung hat, dem steht mit der SS20F eine Funk-Solarstation zur Verfügung. Aber auch dort, wo die Verfügbarkeit vom öffentlichen Stromnetz unabhängig erfolgen soll, greift man auf dieses Modul zurück. Diese kompakte Solarfunkbaugruppe besteht aus einem Montagekopf mit Rundstrahlantenne, einem 10W Solarpanel und der Elektronikbaugruppe, die bereits das Funkgerät, die Messtechnik, den Laderegler sowie den Solarakku enthält. Sie eignet sich z.B. für die Messung von Grundwasserpegeln, Durchflussmengen, Wasserpegeln oder für den Einsatz an druckgesteuerten Hochbehältern. Der mittlere Stromverbrauch der ganzen Einheit beträgt lediglich 4mA und ist somit in etwa 100\% überdimensioniert ausgerüstet. | Fazit Wer eine Wireless-Lösung für sein Unternehmen benötigt, der sollte gewissenhaft prüfen, welche Lösung unter dem Strich die günstigste ist. NöDatFu ist eine echte Alternative zu GSM-Modems. Mit dem Funksystem von Funk-Electronic Piciorgros steht der Industrie und Versorgungsbetrieben ein System zur Verfügung, das es ermöglicht, auch komplexe Netzstrukturen einfach und betriebssicher zu errichten und zu betreiben. Zeitschlitzfunk TETRA-RTU, TETRA-Modem GSM-Störmelder |
