GPRS und das abgeschottete Netzwerk - Panasonic Electric Works ...

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übermittelt werden. Um das Datenvolumen jedoch gering zu halten, erfolgt dies in der Regel nur dann, wenn es auch notwendig ist. Es gibt viele verschiedene Aufgaben und Anforderungen, die Daten sofort zu übertragen. Beispielsweise dann, wenn die Anlage gestört ist, der Verkaufsautomat wieder befüllt werden soll, ein wichtiges Ereignis im Regenüberlaufbecken aufgetreten ist, ein Aggregat eingeschaltet werden soll oder eine Verkehrssteuerung verändert werden muss. Über die Verbindung, die zwischen der Maschine und dem Überwachungs- oder Protokollsystem dauerhaft hergestellt ist, können auch Daten vom Realbetrieb am Einsatzort übermittelt werden, ohne die Übertragungskosten über Gebühr zu strapazieren. Mit Hilfe der zusätzlichen Information lässt sich der Ablauf in den laufenden Geräten oder Steuerungen optimieren und mit den gewonnenen Erkenntnissen können zukünftige Systeme weiter entwickelt werden. Durch die etablierte GSM-Mobilfunktechnik, die weltweit verfügbar ist, wird keine zusätzliche Infrastruktur benötigt. Es sind keine aufwändigen Installationen erforderlich, die weitere Kosten verursachen. Mit Hilfe des Internet bleiben die Kosten auch im weltweiten Einsatz gering. Größte Herausforderung bei der GPRS-Technik ist paradoxerweise der Datenempfänger (Datensammler von einzelnen Maschinen oder verteilten Anlagen), der in der Regel stationär und per Kabel an globale Infrastrukturen angebunden ist und nicht die per Funk angeschlossene Station, Anlage oder Maschine. Da die Daten der GPRS- Verbindung über das Internet vermittelt werden, ist ein entsprechender Breitbandzugang zum Beispiel per DSL oder über das Firmennetz notwendig. Dabei muss es ermöglicht werden, dass sich die weit entfernten GPRS-Endgeräte an das Empfangssystem anmelden. Genau hier liegt das Problem: In einem Firmennetz ist diese Prozedur normalerweise durch die vorgeschaltete Sicherheitstechnik nicht erlaubt. Firewalls wirken wie eine Einbahnstraße für die Daten, es kann im Internet zwar recherchiert werden (z.B. mit einem Browser), es dürfen aber von außen keine Geschäftsdaten im globalen Netz abgerufen werden können. Der Anschluss zum Internet selbst besteht in der Regel aus einer einzelnen Netzwerkadresse. Dadurch ist es grundsätzlich erst einmal nicht möglich, ein Gerät im dahinter liegenden Firmennetz zu erreichen. Die größte Barriere für eine funktionierende Fernwirktechnik per GPRS liegt aber nicht in der Technik sondern oft in der Administration des Netzwerks. Zum einen erkennen die Administratoren nicht die Notwendigkeit für eine Freischaltung in der komplexen Firewall eines Firmennetzwerks, zum anderen wird durch die benötigte Freischaltung das Netzwerk undurchsichtiger und schwieriger in der Verwaltung, da Sonderdienste, wie sie bei der GPRS-Technik verwendet werden, immer bei späteren Änderungen und Umorganisationen berücksichtigt werden müssen. Wartungsfreie Lösung ohne PC Automatisierungs- und Übertragungssysteme müssen ohne Wartung 24 Stunden am Tag ihre Arbeit verrichten können. Dieses Ziel ist mit einem PC-basierenden System nicht ohne Einschränkungen möglich. Der Computer selbst enthält in der Regel mechanische Teile wie Festplatte und Lüfter. Negative Einflüsse wie Staub, Öldunst und Korrosion beeinträchtigen in Industrieanlagen die Funktionalität der Rechner. Da ein PC für die GPRS-Aufgabe direkt im Internet kommunizieren muss, ist ein aktuelles Betriebssystem mit ständigen Updates zwingend erforderlich. Manche Aktualisierungen benötigen einen Systemneustart, so dass die GPRS-Verbindungen getrennt werden müssten. Ein Neustart in weniger als zehn Sekunden ist mit einem PC-basierenden System kaum vorstellbar. Aus den gerade genannten Gründen würde sich deshalb ein System ohne typische PC-Eigenschaften, für den begrenzten Aufgabenbereich ohne
Technikum SONDERTEIL: AUTOMATION & DRIVE Die Abschottung eines Netzwerks steht im Gegensatz zur GPRS-Datenkommunikation. Lösungsbeispiel mit GPRS-LinkManager. ein überladenes Betriebssystem besonders eignen. GPRS in der Praxis Unbestritten die beste und sicherste Lösung ist ein VPN-Tunnel, der es erlaubt, beliebige TCP/IP-Daten gesichert von den Stationen zum Datensammler oder Leitrechner zu übermitteln. Für diese Lösung sind jedoch hohe Investitionen für die Hardware erforderlich und die laufenden Kosten für die Datenmengen sind für den Dauerbetrieb ebenfalls nicht unerheblich. In bestehenden Anlagen werden vorwiegend serielle RS232-(V.24)- Schnittstellen zur Kommunikation verwendet, die nur aufwändig in ein VPN-Tunnel basierendes System eingebunden werden können. Benötigt wird deshalb ein durchgängiges System, bei dem Daten von seriellen Endgeräteschnittstellen einfach und sicher übermittelt werden können. Aus den vielen hier angesprochenen Anforderungen für die GPRS- Datenübertragung wurde ein Konzept entwickelt, das besonders auf die fernwirktechnischen Bedürfnisse in Automatisierungssystemen eingeht. Mit dem GPRS-LinkManager wird eine einfache und dennoch praxisgerechte und sichere Lösung ermöglicht. Ein separater Internetzugang, bevorzugt ausgeführt mit der DSL- Technik, die von vielen Providern kostengünstig inklusive einem Gateway mit integrierter Firewall angeboten werden, ist die Basis für die Kommunikationsplattform. Mit einem nachgeschalteten GPRS- LinkManager werden die von externen Maschinen und Anlagen initiierten Verbindungen verwaltet und überwacht. Das Gerät ist eine Ein-Chip-Recheneinheit, ausgerüstet mit einem Flash-Speicher. Da keine elektromechanischen Teile im Gerät verwendet werden, keine Batterie eingesetzt werden muss und die Elektronik ohne zusätzliche Kühlung durch Lüfter, auch im industriellen Umfeld zurechtkommt, wird der Wunsch nach einem wartungsfreien System erfüllt. Als GPRS-Endgerät eignen sich verschiedene GSM-Terminals mit GPRS-Unterstützung, die sich mit dem GPRS-LinkManager über eine Anmeldeprozedur verbinden. Geräte einiger Hersteller unterstützen bereits die Industrienorm (DIN 43863-4), die den Verbindungsaufbau und die Verschlüsselungstechnik beschreibt, so dass in den angeschlossenen Steuerungen keine GPRS-spezifischen Kommandos programmiert werden müssen. Der GPRS-LinkManager enthält bereits die komplette Technik für die Übertragung. Die anlagenspezifischen Parameter beschränken sich auf Anmeldenamen und Passwort und einige wenige Angaben zur Organisation des DSL-Anschlusses. Die Übertragungstelegramme sind nicht auf ein einzelnes proprietäres Protokoll festgelegt. Viele der in der Automatisierung eingesetzten Kommunikationsprotokolle werden unterstützt. Bei Einsatz einiger Telegrammarten ist auch eine Weiterleitung der Daten von einer Steuerung in eine andere möglich. Die Datenübertragung nach dem Verbindungsaufbau der GPRS-Standleitung ist in beiden Richtungen möglich – von den Stationen zum Beispiel mit Messdaten oder Statusinformationen und in die Gegenrichtung mit Sollwerten und Befehlen. Damit kann auch eine einfache Zählerdatenerfassung über SO-Karten oder M-Bus realisiert werden, die direkt über GPRS in die Zentrale übertragen werden. In der Zentrale selbst stehen alle verfügbaren Protokolle, zum Beispiel auch das IEC60870-5-104-Protokoll für die Weiterleitung der Daten an das vorhandene Prozessleitsystem zur Verfügung. Absolut sichere Trennung zum lokalen Netzwerk Die Daten, die über den Breitbandanschluss von den GPRS-Endgeräten übermittelt werden, stehen an der seriellen RS232-Schnittstelle des GPRS-LinkManagers zur Weiterverarbeitung zur Verfügung. Mit dieser Auskopplung aus der Netzwerktechnik wird eine „galvanische“ Trennung zum weiterführenden lokalen Netzwerk erreicht. Der Weg von der seriellen Schnittstelle zum Datensammler oder einem Prozessleitsystem ist vielfältig und applikationsspezifisch. Zwischen GPRS, Internet und Datenkommunikation für die Automatisierungstechnik steht nun kein Sicherheitsproblem mehr. Geeignete Endgeräte und eine durchdachte Verbindungstechnik erlauben eine einfache Installation nicht nur für Experten. Die Zeit ist reif für die GPRS-Übertragungstechnik, die effizient und kostensparend nun die Steuerungswelt erobern kann. Thomas Rottler Softwareentwickler mit Schwerpunkt Fernwirktechnik für Speicherprogrammierbare Steuerungen bei Panasonic Electric Works Deutschland 70 KONSTRUKTION & ENTWICKLUNG 8/2006
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