Phoenix Contact Deutschland GmbH

Die Verbandsgemeindewerke Hachenburg betreiben in Rheinland-Pfalz neben einem Teil der Energieversorgung sowie dem städtischen Frei- und Hallenband auch die Wasserver- und -entsorgung ihrer 33 Ortsgemeinden mit insgesamt rund 25.000 Einwohnern.

Bild: iStock.com, Christopher Futcher

Intelligentes Fernwirksystem Auffrischung fürs Wassermanagement

29.10.2016

Mit modernisierter Fernwirktechnik und einer Trennung von Leitsystem und Außenstationen kann ein Wasserversorger dezentrale Anlagen ereignisorientiert überwachen. Das offene System nutzt eine Ethernet-basierte Kommunikation sowie standardisierte Schnittstellen und industrielle Standardkomponenten. Das macht die Anwendung unabhängig und senkt Kosten.

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Die Verbandsgemeindewerke Hachenburg betreiben in Rheinland-Pfalz neben einem Teil der Energieversorgung sowie dem städtischen Frei- und Hallenband auch die Wasserver- und -entsorgung ihrer 33 Ortsgemeinden mit insgesamt rund 25.000 Einwohnern. Für die Erneuerung des bei der Wasserversorgung eingesetzten Fernwirksystems kristallisierten sich zwei Punkte als besonders wichtig heraus: Zum einen sollte das System offen gestaltet sein, damit es sich in den kommenden Jahrzehnten einfach an veränderte technische Rahmenbedingungen anpassen lässt. Zum anderen sollte der Umbau so weit wie möglich auf der vorhandenen Struktur wie Schaltschränke und Verdrahtung aufsetzen, um die Investitionskosten für das Umrüsten auf ein neues System gering zu halten. Dies auch, weil sich die bestehende, 15 Jahre alte Lösung für die zu erwartenden künftigen Anforderungen sowie im Hinblick auf die Übertragungssicherheit als unflexibel erwiesen hatte. Deshalb fiel die Entscheidung auf eine Trennung von Leitsystem und Außenstationen sowie die Verwendung standardisierter Schnittstellen.

Kommunikation über das Mobilfunknetz

In ihrem neuen Konzept setzen die Verbandsgemeindewerke Hachenburg auf eine Ethernet-basierte Kommunikation. Dabei spielt es keine Rolle, ob die gesammelten Daten via SHDSL über ein privates Kabelnetz, per Mobilfunk, DSL-Anschluss mit IP-SEC-Tunnel oder Richtfunk übertragen werden. Zur Fernwirk-Kommunikation über die genannten physikalischen Ethernet-Verbindungen nutzen viele Betreiber entweder den IEC-Standard 60870-5-104 oder das ODP-Protokoll (Open Data Port).

Im Rahmen der Wasserversorgung werden nun das Fernwirksystem Resy+ von Phoenix Contact sowie die Web-basierte SCADA-/Leitsystem-Lösung Atvise der Videc Data Engineering verwendet. Resy+ ermöglicht eine sichere, ereignisorientierte und kostengünstige Überwachung der dezentralen Anlagen. Mit Atvise lassen sich selbst komplexe Bedien- und Beobachtungsaufgaben orts- und geräteunabhängig umsetzen, denn der Anwender kann mit jedem Standard-Browser auf die Software zugreifen. Das Alarmmanagement-Tool AIP, das via OPC an Atvise angekoppelt ist, informiert das Servicepersonal im Fehlerfall per VoIP, SMS, Email oder AIP-App (Android und Windows). Sämtliche Anlagen- und Betriebsdaten werden schließlich im Anlagenchronisten Acron gespeichert. Über die Protokollfunktion kann der Anwender dann zyklisch aussagekräftige sowie individuell gestaltbare Diagramme und Berichte abrufen.

Das Fernwirksystem nutzt hauptsächlich das Mobilfunknetz zur Datenübertragung. Die 40 Außenstationen setzen sich stets aus einer Steuerungseinheit mit modular anreihbaren Ein- und Ausgabemodulen, der Stromversorgung und dem Modem zusammen. Zudem können die Anlagen um den passenden Überspannungsschutz von Phoenix Contact ergänzt werden. Als Steuerung verwenden die Verbandsgemeindewerke Inline Controller ILC 1x1, die sich im harten industriellen Umfeld bewährt haben. An den ILC 1x1 können je nach Bedarf analoge und digitale Signale sowie weitere Funktionsbaugruppen angebunden werden. Bei den Funktionsbaugruppen handelt es sich zum Beispiel um serielle Schnittstellen-Module für ältere Messtechnik, Energiemesswert-Module oder Kommunikationsmodule zur Integration der Lösung in andere Bussysteme wie beispielsweise Profibus-DP.

Nur betroffene Funktionseinheiten austauschen

Die Steuerungseinheit wird über eine Software-Bibliothek um das jeweilige Fernwirk-Protokoll ergänzt, in diesem Fall ODP. Der in den ILC 1x1 eingebaute Webserver lässt sich ferner einsetzen, um vor Ort typische HMI-Aufgaben darzustellen, ohne ein Bedienterminal vorhalten zu müssen. Im einfachsten Fall benötigt der Anwender zur Anzeige der Daten lediglich ein Notebook mit aktuellem Browser. Die Web-Visualisierung von Phoenix Contact erfordert hier keine Java-Erweiterung auf den Anzeigegeräten mehr, da sie auf dem HTML5-Standard basiert. Alle Außenstationen werden mit einer 24-V-Stromversorgung gespeist, die von einer unterbrechungsfreien Stromversorgung gepuffert wird. So lassen sich eventuelle Ausfallzeiten im Fernwirksystem minimieren. Außerdem erhält der Anwender eine Information, falls die Stromversorgung komplett ausgefallen ist.

Inline-Steuerungen können die Applikationsaufgaben in den Außenstationen auch ausführen. Die Verbandsgemeindewerke Hachenburg und der Systemintegrator Gedako haben sich bewusst für eine Trennung von Steuerung und Modem entschieden. So können etwaige Änderungen beim Mobilfunk-Standard oder im Bereich der IT-Sicherheit besser umgesetzt werden. Ergeben sich während des Lebenszyklus der Außenstationen neue technische Anforderungen, müssen die Verbandsgemeindewerke so nicht das gesamte Fernwirksystem austauschen, sondern nur die betroffenen Funktionseinheiten.

Der Ansatz der Verbandsgemeindewerke Hachenburg hebt sich insofern von den Konzepten anderer Wasserversorger ab, als sie die aus SCADA-System, Alarmmanagement und Datenarchivierung bestehende Software-Landschaft nicht selbst lokal betreiben.Diese Aufgabe haben die Verantwortlichen an einen professionellen Dienstleister übertragen, der die Software-Tools in einem sicheren Rechenzentrum hostet. Die Mitarbeiter der Verbandsgemeindewerke Hachenburg können jederzeit sowie von jedem Arbeitsplatz und gemanagten Mobilfunkgerät aus per Web-Browser über gesicherte Verbindungen auf alle Informationen zugreifen. Zu den Vorteilen einer solchen Lösung zählen, die eigene IT-Infrastruktur nicht angepasst werden muss, eine aufwendige und teure PC- und Betriebssystempflege der verwendeten Software-Tools nicht nötig ist und dass ein ständiger Zugriff auf eine im 24/7-Betrieb arbeitende Software-Umgebung möglich ist. Außerdem ist die Öffnung von Ports in der Firewall nicht notwendig, was für einen hohen zertifizierten Sicherheitsstandard sorgt.

Auslagerung der Software und IT-Infrastruktur

Diese Punkte führen in der Summe zu einer Reduzierung der Investitions- und Betriebskosten. Das neue Fernwirksystem ist von Gedako realisiert worden. Das Systemhaus aus Hennef unterhält ein eigenes Rechenzentrum und verfügt über langjährige Erfahrungen im Bereich Mobilfunk und IT. Daher hat es das Projekt innerhalb kurzer Zeit umgesetzt. Die im laufenden Betrieb anfallenden Wünsche und Anpassungen hinsichtlich des SCADA-Systems lassen sich zudem kostengünstiger durch den Dienstleister durchführen, der dazu nicht mehr vor Ort in Hachenburg sein muss. Nicht zu vergessen, dass die IT-Sicherheitsstandards des Rechenzentrums stets dem aktuellen Stand der Technik entsprechen.

Durch den Einsatz von industriellen Standard-Komponenten sparen die Verbandsgemeindewerke Hachenburg bereits beim Kauf der Hardware Kosten ein. Die standardisierten Kommunikationsprotokolle machen die Anwendung darüber hinaus auch unabhängig von den einzelnen Komponentenherstellern. Auf diese Weise lassen sich zudem die Investitionskosten bei später anfallenden Erweiterungen besser aufteilen und senken. Den größten Einspareffekt erzielen die Verbandsgemeindewerke jedoch durch die Auslagerung der Software und IT-Infrastruktur.

Bildergalerie

  • An die Steuerung Inline Controller ILC 1x1 können analoge und digitale Signale und weitere Funktionsbaugruppen angebunden werden.

    Bild: Phoenix Contact

  • Mit der Software Atvise können komplexe Bedien- und Beobachtungsaufgaben orts- und geräteunabhängig umgesetzt werden.

    Bild: Phoenix Contact

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