LTE für Automatisierungs- und Prozessleittechnik Evolution im Feld

Verbraucher wünschen sich seit Jahren mehr Datenvolumen und schnellere Reaktionszeiten bei der Mobilfunkübertragung. In den Werbeprospekten der führenden Mobilfunkanbieter taucht deshalb immer häufiger der neue Standard LTE (Long Term Evolution) auf – der weltweit erste gültige Mobilfunkstandard für Nordamerika, Europa und Asien. Auch in der Automatisierungs- und Prozessleittechnik und speziell in verschiedenen Branchen wie Energieerzeugung und -verteilung, Gebäudemanagement und Wasserversorgung kommt solche Technik zum Einsatz. Sie wird jedoch immer erst dann interessant, wenn sie technisch ausgereift ist und den erhöhten Anforderungen genügt.

LTE in Deutschland

Die LTE-Technik ist eine Weiterentwicklung von UMTS und HSPA. Diese sowie bisherige GSM-Mobilfunknetze soll LTE jedoch nicht ersetzen, sondern ergänzen. Dabei wird es einen nahtlosen Übergang von UMTS zu LTE geben. Aufgrund der hohen Anzahl an UMTS- und HSPA-Endgeräten werden beide Techniken mehrere Jahre koexistieren. Die Datengeschwindigkeit von LTE ist im Vergleich zu dem lange genutzten Datenservice GPRS beim Download etwa 100 mal höher. Während GSM und UMTS zuerst in Ballungsräumen zum Einsatz kamen und die Netzabdeckung nur schrittweise auf geringer besiedelte Gegenden ausgeweitet wurde, startet LTE in Deutschland in ländlichen Gebieten mit Ortschaften unter 5.000 Einwohnern. Die Politik erhofft sich davon eine schnelle Versorgung der Breitband-unterversorgten Gebiete.

Türöffner für Teleservice und -control

Um Automatisierungsanlagen fernzuwarten und fernzusteuern musste bisher zumindest ein analoges Telekommunikationsnetz zur Verfügung stehen, um „remote“ auf die Anlagen zugreifen zu können. Dies wird klassisch etwa über das Telecontrol- und Teleservice-Produktportfolio von Siemens umgesetzt. Aufgrund der zunehmenden Verbreitung des neuen Mobilfunkstandards LTE kann die drahtlose Verbindung bis in die Feldebene technisch einfach realisiert werden. Zu den Vorteilen dabei gehören hohe Datenübertragungsraten und geringe Latenzzeiten.

Dieser Technologiesprung erlaubt unter anderem Wartungszugriffe des Maschinenlieferanten bei einem Anwender auf der anderen Seite der Welt, die ohne störende Wartezeiten oder Verbindungsabbrüche erfolgen können. Ebenso ist es möglich, nicht nur sporadische auf weit verteilte Anlagen zuzugreifen, sondern permanent Prozessdaten, die etwa aus einer entfernten Pumpstation stammen, in die Leitzentrale zu schicken. Auch hier unterstützt das Telecontrol-System von Siemens.

Anforderungen an industrielle LTE-Endgeräte

Die stetig wachsenden Datenmengen, die durch die Digitalisierung aller Lebensbereiche anfallen, bieten zwar neue Chancen der Datenverwertung, rücken auf der anderen Seite aber auch das Thema Datensicherheit verstärkt in den Blickpunkt. So ist es notwendig, die Risiken der verschiedenen Systeme neu zu bewerten. Bei einem Angriff auf die IT-Infrastruktur ist „nur“ die Daten­integrität gefährdet und im schlimmsten Fall droht der Verlust von Geschäftsdaten.

Ein Hackerangriff auf die Prozesse und Automatisierungswelt dagegen kann zu einer Gefährdung von Menschen führen und die Zerstörung von Produktionskapazitäten bis hin zu unkontrollierbaren Schäden auf die Umwelt zur Folge haben. Wenn Automatisierungsanlagen über das öffentliche LTE-Netz betrieben werden, ist also ein Mindestmaß an IT-Sicherheit gefordert, in dem die Geräte über Firewall und VPN-Technik die Daten sicher übertragen können.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dass Anlagen, die mit den LTE-Endgeräten ausgestattet werden, auch oftmals weltweit betrieben werden. Deshalb ist es wichtig, dass die LTE-Endgeräte eine breite Abdeckung von Funk-Länderzulassungen bieten. Jedes Mobilfunkendgerät benötigt eine Länderzulassung, die sorgfältig geplant werden muss. Diese Planung umfasst die Beachtung der jeweiligen nationalen Anforderungen bei der Entwicklung, die Berücksichtigung der Durchlaufzeiten einer Zulassung bis hin zur Erneuerung der teilweise zeitlich begrenzten Zulassungen.

LTE industrietauglich eingesetzt

All diese Anforderungen findet man nur selten in LTE-Endgeräten, die für den Konsumerbereich entwickelt wurden. Aus diesem Grund ist es – gerade im Anlagenbau – wichtig, auf „industrietaugliche“ Geräte zu setzen. Für die Überwachung und Steuerung entfernter Maschinen und Anlagen mittels Mobilfunknetzen wie GPRS, UMTS oder LTE oder über andere Fernnetze wie das Internet und DSL bietet Siemens die Produktreihe TeleControl Basic an. Dazu gehören auch Router der Scalance-M-Reihe in der Aufbauform der Steuerungen Simatic S7-1500 für die nahtlose Integration.

Das Fernwirksystem für einfache Anwendungen verbindet die Leitstelle mit den Unterstationen, die auf Steuerungen Simatic S7-1200 basieren. Typische Anwendungsgebiete liegen in der Steuerung prozesstechnischer Anlagen, dem optimierten Betrieb kommunaler Einrichtungen zur Wasseraufbereitung, Energieverteilung und Verkehrsüberwachung, sowie der Wartung und Instandhaltung. Außerdem ist es möglich, die neuen Logikmodule Logo!8 mit dem dazugehörigen Kommunikationsmodul CMR2040 in die öffentlichen Mobilfunkstrecken einzubinden.

Mit der Einführung von LTE ist ein großer Technologiesprung bezüglich Datengeschwindigkeit bereits vollzogen und kann unter den richtigen Rahmenbedingungen auch im industriellen Umfeld genutzt werden. Genau dort müssen jedoch die erhöhten Anforderungen an die Endgeräte erfüllt werden. Siemens bietet eine auf seine Automatisierungskomponenten spezialisierte LTE-Anbindung an, mit der Wartungszugriffe, Messwertübertragungen oder auch Cloud-basierte Analyseverfahren umgesetzt werden können.