PDF

np FACHTHEMA
Fernwirktechnik
Fernwirktechnik liefert relevante Daten auf Web-Portal
Mobilfunkbetreiber bemüht sich
um Energieeffizienz
Es sind unterschiedliche Einflüsse, die den
Mobilfunkmarkt in Deutschland derzeit bewegen: Die hohe Zahl von Mobiltelefonen
– sie übersteigt bereits die Einwohnerzahl
– und ihre stetig zunehmenden Anwendungsmöglichkeiten lassen den Energieverbrauch im Mobilfunk rasant ansteigen.
Auf der anderen Seite fordert das im Jahr
2008 gestartete integrierte Energie- und
Klimaprogramm der Bundesregierung von
den Verbrauchern einen generell sparsameren Umgang mit Energie. Um das zu
ermöglichen, wurde der Markt des Messwesens bei Strom und Gas für den Wettbewerb geöffnet, um damit innovative
Technologien zu fördern und ein »intelligentes Messwesen« entstehen zu lassen
Dieses »Smart Metering« wird als Voraussetzung für die Umsetzung von Energieeinsparungen angesehen und dürfte als
zukunftsweisende Technologie das Zählund Messwesen und auch die damit verbundenen Übertragungstechnik für die
Messdaten in den nächsten Jahren revolutionieren.
Optimierung des Energieverbrauchs in Funknetzen
Es überrascht daher nicht, dass
Mobilfunkbetreiber und Messtechnik-Hersteller sich bemühen, gemeinsam Voraussetzungen zur Erhöhung der Energieeffizienz im
Mobilfunkbetrieb zu schaffen. Ein
derartiges Pilotprojekt besteht seit
Anfang des Jahres 2009 zwischen
dem technologisch besonders innovativen Netzbetreiber E-Plus und
der Wago Kontakttechnik GmbH &
Co. KG. Inhalt des Projektes ist es,
Wolfgang Laufmann, WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG,
Minden und Bernhard Tillmanns, Arkadon IT-Engineering GmbH
36
np
Jg.49 (2010), Heft 12
eine begrenzte Zahl von dezentralen Funkmasten mit intelligenter
Messtechnik auszurüsten und die
aufgenommenen Daten (vor allem
den Energieverbrauch in Abhängigkeit von der Nutzungsfrequenz,
aber auch von anderen Einflussfaktoren) per Fernwirktechnik auf einem zentralen Web-Server zur Auswertung bereit zu stellen. Die Ergebnisse sollen dann u. a. Ansätze
liefern, welche Funkstationen aufgrund ihrer besonders hohenfl
Nutzung für die Umrüstung mit energiesparender Funktechnik (Green
IT) bevorzugt in Betracht kommen.
Mobilfunknetze gleichen einem
Maschennetz, wobei in jeder Masche (Zelle) eine Basisstation mit
Funkmast betrieben wird. Die Maschenweite liegt unter 100 Metern in
dicht bebauten und bis zu mehreren
Kilometern in wenig oder nicht bebautem Gelände. Aus den weit über
100.000 Masten und damit ebenso
vielen Basisstationen in Deutschland (für die Netze aller Funkbetreiber zusammen) wird die Bedeutung von Maßnahmen zur Energieverbrauchsoptimierung deutlich.
Wago-To-Pass-Fernwirktechnik
Automatisierungskomponenten
von Wago gehören zu den besonders innovativen Bausteinen in der
Instrumentierung der Mess-, Prozess- und Verfahrenstechnik. Auch
die neue Gerätefamilie To-Pass Modular zur Lösung von anspruchsvollen Fernwirkaufgaben bestätigt
diesen Sachverhalt. War die bisherige To-Pass-Produktfamilie auf Module mit fester Anzahl von Ein- und
Ausgängen begrenzt, so ist To-Pass
Modular in der Lage, auch eine
größere Anzahl an Datenpunkten
und komplexere Aufgabenstellungen zu bearbeiten und z. B. Daten
von der Messstation per GSM-Netz
auf ein Webportal zu schreiben.
Die Komponenten von To-Pass
Modular sind besonders für die
Überwachung kleiner, abgelegener
Objekte konzipiert und mit ihrem
Temperaturbereich von -20 °C bis
+70 °C für deren typische Umgebungsbedingungen bestens vorbereitet.
Wago-To-Pass Modular bildet ein
lückenloses Fernwirksystem, das
neu entwickelte Module mit solchen aus dem bewährten I/O-System 750 kombiniert:
• To-Pass-Fernwirkmodule (Störmelder) in verschiedenen Ausführungen bis hin zu individuellen Komplettlösungen in einem
Systemverteiler mit der Schutzart
IP66 für die direkte Montage im
Außenbereich oder als mobile
Einheit. Für die Datenübertragung sind die kompakten Module
mit einem GSM-Quadband-Modem ausgestattet. Diese Verbindung ist zuverlässig, wartungsarm
und äußerst wirtschaftlich zu betreiben.
• To-Pass-Modem, VPN-Router mit
Firewall in einem Gerät (Bild 1),
• Fernwirkcontroller (SPS) aus dem
I/O-System 750, direkt anschließbar an das I/O-Klemmensystem
(Bild 1)
Bild 1: To-Pass-VPN-Router (links) und Fernwirkcontroller
Begriffserklärungen
CoDeSys (Controller Development System)
ist eine lizenzfrei nutzbare Entwicklungsumgebung für Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) nach dem IEC-61131-3-Standard.
Darin stehen alle fünf der von der IEC 61131-3 spezifizierten Programmiersprachen zur Verfügung:
• IL (Instruction List) bzw. AWL (Anweisungsliste)
• ST (Structured Text) bzw. Strukturierter Text
• LD (Ladder Diagram) bzw. KOP (Kontaktplan)
• FBD (Function Block Diagram) bzw. FUP (Funktionsplan).
• SFC (Sequential Function Chart) bzw. AS (Ablaufsprache)
Virtual Private Network (VPN)
ist eine Kommunikationsschnittstelle in einem Netzwerk und dient dazu, Geräte aus ihrem ursprünglichen Netz heraus an ein benachbartes
Netz zu binden, ohne dass die Netzwerke zueinander kompatibel sein
müssen.
Quadband
bezeichnet die Eigenschaft eines Mobiltelefons, die vier Haupt-GSMFrequenzen zu unterstützen und es damit kompatibel zu den meisten
Netzen weltweit zu machen. Die vier unterstützten Frequenzbereiche
sind 850 und 1900 MHz (auf dem amerikanischen Kontinent genutzt)
sowie 900 und 1800 MHz, die in den meisten restlichen Ländern der Welt
verwendet werden (in Europa, Asien und Australien).
MySQL-Datenbank
ist eine relationale Datenbank, die als Open-Source-Software sowie als
kommerzielle Enterprise-Version für verschiedene Betriebssysteme verfügbar ist und die Grundlage für viele dynamische Web-Auftritte bildet.
Roll-out-Prozess
Vorgang des Veröffentlichens und Verteilens von Software-Produkten auf
entsprechende Clients. Im weiteren Sinn auch das »Verteilen« ganzer
Projekt-Themen wie Bereitstellung einer neuen Anwendung, eines neuen oder geänderten Service-Konzeptes u. ä.
Rollouts treten in verschiedenen Ausprägungen und Skalierungen auf.
• I/O-Klemmensystem mit Ausführungen für z. B. Impulszählung,
Dreiphasen-Messung, Temperaturmessung sowie für analoge/digitale Ein/Ausgänge. Damit sind weit
verzweigte Anlagen ebenso wie abgelegene Stationen erfassbar.
• Wago-I/O-PRO-CAA-Programmiertool (Software) zur Anpassung der Funktionalität an die jeweilige Applikation durch Programmierung des Controllers mit
den Sprachen gemäß IEC 61131-3
• To-Pass-Web-Portal mit kundenspezifischen Bereichen, Accounts, Zugriffsrechten und Datenbank.
Mit diesen Standard-Komponenten können Messstationen ohne
Digital-Subscriber-Line(DSL)- oder
Standleitungen ihre Daten, versehen mit einem Zeitstempel, zu einem Web-Server im Internet übertragen und in einer Datenbank
speichern.
Herkömmliche Datenlogger werden überflüssig, die Daten können
jederzeit per Internet-Browser verwaltet werden.
Die Anwendungen erstrecken
sich von einfacher Datenübertragung bis hin zu Bearbeitung von
SPS-Funktionalitäten mit programmierbarem Controller.
np
Jg.49 (2010), Heft 12
37
np FACHTHEMA
Fernwirktechnik
chem selbständige Unternehmen
als zertifizierte »Wago-SolutionProvider« in ihrem Kernkompetenzbereich anwenderspezifische
Lösungen unter Einsatz von WagoKomponenten realisieren.
Zu diesen Solution Providern
gehört auch die Arkadon IT-Engineering GmbH in NeukirchenVluyn, die u. a. als Spezialist für
webbasierte Integrations- und Service-Plattformen und das Management von umfangreichen Datenmengen tätig ist und bei seinen
Projekten das Wago-To-Pass-Fernwirksystem einsetzt. So war es auch
in dem gemeinsam mit und für EPlus realisierten Pilotprojekt zur
messtechnischen Überwachung
von Funkmaststationen.
Fernwirkprojekt für E-Plus
Bild 2: Fernwirklösung für E-Plus –
Gesamtüberblick
Wago-Solution-Provider
Genaue Kenntnis der Anwenderbedürfnisse und Erfahrung im
praktischen Einsatz der eigenen
Produkte sind Garanten für geschäftlichen Erfolg. Wago hat diesen Zusammenhang schon früh erkannt und in die Praxis umgesetzt:
In Gerätetechnik und Geräteanwendung erfahrene Ansprechpartner (Firmen) wurden vor Ort etabliert. Daraus ist dann das erfolgreiche »Wago-Solution-ProviderProgramm« entstanden, in wel-
Aufgabenstellung
Wie eingangs ausgeführt, besteht
in Mobilfunknetzen dringender Bedarf an einer zeitgenauen Energieverbrauchsmessung an den Funkmasten mit dem Ziel, dafür binnen
einiger Jahre flächendeckend eine
intelligente Messtechnik (Smart Metering) einzuführen. In diesem Kontext startete der Netzbetreiber E-Plus
Anfang des Jahres 2009 ein Pilotprojekt und rüstete eine begrenzte Zahl
von Sendemasten mit Fernwirk-Messstationen aus, die – bedingt durch
den Pilotcharakter – besonders flexibel an die Applikation anpassbar
und nachrüstbar sein sollten.
Aufgabenstellung von E-Plus war:
• Erfassung von Stromverbrauch
und Zusammenhang zwischen
Stromverbrauch und Gesprächsvolumen pro Funkmast, Temperatureinflüssen oder Unterschieden
zwischen Ballungsgebieten und
ländlichen Regionen als Entscheidungshilfen für z. B. Wartungsoptimierung u. a.,
• Übertragung der über eine SPSbasierte Messtechnik dezentral
erfassten Daten einschließlich
Störmeldungen in Form sämtlicher Anlagenzustände mittels Global System for Mobile Communication (GSM)/General Packet Radio Service (GPRS) an einen zentralen Web-Server mit Datenbank,
• Verfügbarkeit aller Daten der verschiedenen Stationen standortunabhänig über eine Informationsplattform,
• Erkennung von Lastspitzen; Optimierung der Anlagenwartung,
• Schnelles und kostengünstiges
Nachrüstkonzept ohne wesentlichen Einfluss auf den laufenden
Betrieb der Sendemasten
Realisierung
E-Plus entschied sich für den
Einsatz der To-Pass-Fernwirktechnik als gerätetechnische Basis. Der
geforderte kundenspezifische Zuschnitt (Customizing) einschließlich der Entwicklung des applikationsspezifischen Web-Portals und
der MySQL-Datenbank erfolgte
durch Arkadon. Die Projektverantwortung lag ebenfalls bei Arkadon,
ebenso wie das Hosting der Datenbank.
Bild 3: Ansichten des To-Pass-Dynamic-Portals – Standortübersicht (links) und Alarmmeldungen
38
np
Jg.49 (2010), Heft 12
Basis sind Komponenten aus dem
Fernwirksystem To-Pass Modular
und dem I/O-System 750 von Wago,
die mit dem anwendungsspezifisch
angepassten To-Pass-Dynamic-Portal und einer Datenbank von Arkadon zusammengeführt werden.
Je Funkmast wurde eine Messbox
mit Klemmen, Messwandler, Controller und Virtual-Private-Network(VPN-Modem/-Router vorkonfektioniert und an Arkadon geliefert. In einem zweiten Schritt
wurden die Boxen dort mit der anwendungsspezifischen ArkadonSoftware und der SIM-Karte bestückt und von außen mit einer
eindeutigen Seriennummer versehen. Auf diese Weise wurden die
To-Pass-Komponenten in einen automatisierten Arkadon-RolloutProzess eingebunden, was dem Anwender die Möglichkeit gibt, eine
vorkonfektionierte Box an jedem
beliebigen Standort zu aktivieren.
Die bei dieser Lösung eingesetzten Wago-Bausteine waren:
• Komponenten aus dem WagoI/O-System 750 zur Aufnahme der
Messwerte und Zustandsmeldungen der Funkmasten.
• Wago-Fernwirkcontroller zur Aufbereitung der erfassten Messdaten und ihre Bereit-stellung zur
drahtlosen Weiterleitung,
• Wago-VPN-Router zur Weiterleitung der Daten über GSM,
• Programmiertool Wago-CAA zum
Programmieren der logischen Verknüpfung der auf-genommenen
physikalischen Daten. Das erfolgt
sehr einfach über eine der in der
IEC 61131-3 standardisierten Programmiersprachen. Die im Programmiertool enthaltene graphische Visualisierung ermöglicht die
Darstellung der Parametrieroberflächen, was eine wesentliche Vereinfachung bedeutet.
Über die im Klemmensystem integrierten Messdatenwandler werden die Zählerdaten gesammelt, im
Controller aufbereitet und alle zehn
Minuten über eine GSM-Verbindung auf den Web-Server übertragen, wo sie dann auf einem WebPortal zur Auswertung (einzeln für
jede Station) bereit stehen (Bild 2).
Nach Auswahl eines Standortes lassen sich die detaillierten Stromoder Spannungsphasen sowie die
Wirkleistungen visualisieren, mit
Benchmarks vergleichend bewerten
und dann als Entscheidungsgrundlage für Optimierungen nutzen.
Arkadon To-Pass-Dynamic-Portal
Die besondere Stärke von Arkadon kommt dann zum Tragen,
wenn die hohe Flexibilität der ToPass-Komponenten zur Abbildung
kundenspezifischer Prozesse mit
den Möglichkeiten des von Arkadon
gemeinsam mit Wago entwickelten
anpassungsfähigen Web-Portals ToPass Dynamic kombiniert wird.
Dieses ist mehr als eine einfache
Web-Plattform, sondern eine individuell für die gegebene Applikation
konzipierte Lösung einschließlich
Corporate Design, Zugangsberechtigung, automatischer Zuordnung
der SPS-Variablen, individuell kon-
figurierbaren Kennzahlen, Alarmgenerierung auch über Short Message Service (SMS) oder E-Mail.
Das Portal enthält neben der Standortansicht auch eine dynamische
Monitoransicht mit verschiedenen
Graphen zur ständig aktuellen Darstellung der Verläufe (Bild 3).
Anwendernutzen
• Höchste Flexibilität bei der leitungsfreien Übertragung von Messdaten an ein Web-Portal durch die
Kombinationsmöglichkeit von
Komponenten der Wago-Baureihen To-Pass Modular und I/OSystem 750.
• Bestmögliche Umsetzung der anwendungsspezifischen Applikationen an den Messstationen durch
die freie und einfache CoDeSysProgrammierung des Controllers.
• Hohe Anlagenverfügbarkeit und
Entlastung des Service-Personals
von zeitaufwändigen Kontrollgängen zu den u. U. sehr entlegenen
Stationen durch den Fernzugriff
von außen über GSM auf die
Geräte.
• Maßgeschneiderte Web-Plattform
in Form des To-Pass-Dynamic-Portals für u. a. Datensicherheit durch
Zugangsberechtigung, Effizienz
durch automatische Zuordnung
von SPS-Variablen und Sollwerten
und Betriebssicherheit durch
selbsttätige Alarmgenerierung.
[email protected]
www.wago.com
np
Jg.49 (2010), Heft 12
39