Gut vernetzt in die Zukunft

Je komplexer Versorgungsnetze werden, desto wichtiger ist der Einsatz moderner Technik. Nur so lässt sich Sicherheit, Nachhaltigkeit und Effizienz in der Praxis erreichen. Das gilt auch für die Wasserver- und -entsorgung. Mit standardisierten Protokollen und einer optimierten Übertragungstechnik sehen Verbundleitstellenmitarbeiter heute auf Knopfdruck auch Informationen, die früher mühevoll zusammengetragen werden mussten.

von Jonas Völker | 15.02.13

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Wasserversorgungsnetze können auf Basis der internationalen Norm IEC 60870-5-101 und IEC 60870-5-104 standardisiert Informationen zwischen Außenstellen und Verbundleitwarten übertragen.

Gut vernetzt in die Zukunft

Je komplexer Versorgungsnetze werden, desto wichtiger ist der Einsatz moderner Technik. Nur so lässt sich Sicherheit, Nachhaltigkeit und Effizienz in der Praxis erreichen. Das gilt auch für die Wasserver- und -entsorgung. Mit standardisierten Protokollen und einer optimierten Übertragungstechnik sehen Verbundleitstellenmitarbeiter heute auf Knopfdruck auch Informationen, die früher mühevoll zusammengetragen werden mussten.

Aufgrund der Fernautomatisierung von Wasser- und Abwasseranlagen über verschiedene, nicht kompatible Systeme war eine gemeinsame Nutzung von Informationen in der Vergangenheit nur schwer möglich. Seit über zehn Jahren regeln jedoch die Normen IEC 60870-5-101 und IEC 60870-5-104 die serielle Datenübertragung beziehungsweise die Kommunikation über Ethernet mit Hilfe von TCP/IP.

Als Erste haben lokale Energieversorger die Möglichkeiten einer standardisierten und optimierten Fernwirktechnik genutzt. Mittlerweile etabliert sie sich sukzessive auch bei Versorgungsbetrieben der Wasser- und Abwassertechnik. Denn über eine standardisierte, genormte Datenübertragung lassen sich beispielsweise selbst Wasserversorgungsnetze und Abwasseranlagen, die sich schon Jahrzehnte lang im Einsatz befinden, auf einfache Weise modernisieren und erweitern. Grundsätzlich bilden zentrale Leitstellen wichtige Knotenpunkte in einem funktionierenden Versorgungssystem. Die Anbindung daran wird durch entsprechende technische Lösungen, wie zum Beispiel durch das Fernwirksystem Siplus RIC (Remote Interface Control) von Siemens, nachhaltig unterstützt. Hierbei handelt es sich um eine Produktfamilie, die ein skalierbares Fernwirken und Automatisieren auf Basis des Automatisierungssystems Simatic S7 ermöglicht. Während die kleinste Einheit aus Hard- und Software (Bundle) bis zu 200 Informationspunkte verarbeitet, kann die höchste Ausbaustufe – bestehend aus einer Steuerung Simatic S7-400H und der Siplus RIC Library – bis zu 5.000 Informationspunkte handhaben.

Auch die Abwassertechnik profitiert vom Fernwirksystem, das Informationen zeit- und ereignisgesteuert an eine Leitstelle meldet. Durch den Zeitstempel werden die Forderungen der Umweltämter erfüllt.

Einfache Anbindung dezentraler Stellen an Leitsysteme

Damit lassen sich Brunnen, Wasserspeicher, Pumpstationen, Hochbehälter, Wasseraufbereitungen et cetera einfach an die besagten Leitstellen anschließen. Ein wesentlicher Aspekt der Datenübertragung mit Hilfe der bereits genannten internationalen Standards ist die Datenmengenreduktion. Während nämlich die Kommunikation eines Automatisierungssystems wie Simatic immer zyklisch arbeitet, sorgt Siplus RIC für einen ereignis- oder zeitgesteuerten Datenaustausch.

Einerseits werden dadurch die Kommunikationswege erheblich entlastet und andererseits auch die Kosten gesenkt. Zudem gibt es viele Übertragungsmöglichkeiten im Wide Area Network (WAN) wie zum Beispiel Modemtechnik, LWL-Standleitungen, private Funknetze, aber auch DSL, GPRS und UMTS. All diese Technologien unterstützen die Remote-Interface-Control-Lösung von Siemens. Die Sicherheit im Netzwerk sollte durch geeignete Mittel wie etwa ein VPN (Virtual Private Network)-Tunnel gelöst werden, da dies nicht in der Norm enthalten ist. Dabei sind Schutzmaßnahmen – unter anderem IT-Security, zum Beispiel Netzwerksegmentierung – zu ergreifen, um einen sicheren Betrieb der Anlage zu gewährleisten.

Entscheidend bei der Optimierung der Datenübertragung ist, dass das Remote-System dennoch die geltenden Vorschriften erfüllt. Eine davon ist beispielsweise, dass die Informationen einen genauen Zeitstempel erhalten, damit die Umweltbundesämter die Daten aus der Wasser- und Abwassertechnik präzise auswerten können. Jedoch ist es auch bei einer Fehlersuche im Zuge einer Störungsbehebung wichtig zu wissen, welche Ereignisfolge eingetreten ist, um die Ursache exakt und schnell ermitteln zu können.

Zeitstempel für die exakte Informationszuordnung

Siplus RIC arbeitet mit einem solchen Zeitstempel und bietet damit die Möglichkeit der Archivierung sämtlicher Informationen nach Verbindungswiederkehr. Hierzu werden sämtliche Datentelegramme bereits erfassungsseitig mit Zeitstempeln versehen und ausfallsicher in der CPU gepuffert. Für eine hochgenaue Zeiteinstellung aller Netzwerkteilnehmer bietet Siemens die Produktfamilie Siclock. Die Masterzeit kann vom DCF77-Sender (Langwelle 77,5 KHz ) in Deutschland und Mitteleuropa oder durch eine GPS-Antenne weltweit empfangen werden. Diese Zeit wird an die Anlagen-Zentraluhren Siclock TC400 oder TC100 weitergeleitet und über das Netzwerk mit dem Network Time Protocol (NTP) an alle Netzwerkteilnehmer verteilt. Bei Ausfall oder Störung des Master-Uhrzeitsenders übernimmt die hochgenaue Quarzzentraluhr die Uhrzeitfunktion und gewährleistet die kontinuierliche Uhrzeitsynchronisation der Netzwerkteilnehmer. Die Zeitgleichheit aller Netzteilnehmer sorgt für einen reibungslosen Ablauf des Normalbetriebs und ist zwingende Voraussetzung bei der Analyse von Störfällen.

Standardisiert übertragen werden durch Siplus RIC Prozessdaten wie Schalt- und Stellbefehle, Schalterstellermeldungen, Kenn- und Warnmeldungen, Messwerte und Zählwerte. Die Bibliothek Siplus RIC enthält für die beiden international genormten Protokolle etwa ein Dutzend Bausteine für eine komfortable Parametrierung. Dabei können Anwender bestimmen, welche Informationen standardisiert an die Leitstelle übertragen werden. Der praktische Nutzen dieser Fernwirktechnik ist die Kompatibilität mit vielen Scada-Systemen wie etwa Simatic WinCC TeleControl, Simatic PCS7 TeleControl und Simatic WinCC Open Architecture.

Flexibler Aufbau von Verbundleitwarten

Sind bereits Leitstellen – selbst unterschiedlicher Anbieter – vorhanden, können die IEC-Protokolle verwendet werden, um eine Verbundleitwarte aufzubauen. Bedient sich eine solche Verbundleitwarte eines Siplus-RIC-Bundles, lassen sich die Möglichkeiten der Fernwirktechnik in vollem Umfang nutzen. Denn der Trend zur datentechnischen Zusammenführung von Versorgungsnetzen wird konsequent fortgeführt. So lassen sich mit Siplus RIC Stern- und Linienstrukturen aufbauen. Für die redundante Datenübertragung kann eine Station mit zwei Übertragungswegen auch über unterschiedliche Schnittstellen gekoppelt werden.

Die gesicherte Datenübertragung – bei Bedarf auch die Datenpufferung – ist mit dieser modernen Steuerungslösung von Siemens gegeben. Neben der beschriebenen Zeitsynchronisierung und Datenerfassung mit Zeitstempel gibt es auch eine Datenpufferung zur Überbrückung von Kommunikationsunterbrechungen. Abhängig von der CPU sind bis zu 16 Prioritätspuffer mit jeweils bis zu 1.500 Telegrammen verfügbar. Damit gelingt die lückenlose Archivierung der Prozessdaten – selbst nach Verbindungsausfall. Zusätzlich gibt es eine überwachte Befehlsausgabe zur sicheren Erkennung von Fehlfunktionen.

Standardisierung vereinfacht Vernetzung

Die heute vorhandenen Möglichkeiten aufgrund der standardisierten Fernwirktechnik auf Basis der IEC 60870-5-101 und IEC 60870-5-104 unterstützen den Trend zur Vernetzung nachhaltig. Davon profitieren unter anderem auch Anwender wie zum Beispiel Wasserversorgungs- sowie Entsorgungs- und Aufbereitungsbetriebe. Denn Fernwirktechnik ist eine klare Investition in die nachhaltige und effiziente Versorgung mit den elementaren Gütern des täglichen Lebens. Mit Siplus RIC unterstützt Siemens diesen Trend zur systematischen Datenvernetzung und zum Aufbau entsprechender Leitstellen beziehungsweise Verbundleitwarten. Für den Einsatz in Klärwerken und unbeheizten Außenstellen gibt es sogar Siplus RIC extreme Bundles mit erweitertem Temperaturbereich inklusive Schutz bei Betauung und außergewöhnlicher medialer Belastung. Vor allem die vereinfachte Kommunikation in Verbindung mit standardisierten Bausteinen macht es Versorgern damit sehr leicht, funktionierende Informationsnetze aufzubauen und gleichzeitig alle gesetzlichen Vorgaben einzuhalten. Damit sind ideale Voraussetzungen geschaffen, die Versorgung auf lange Sicht zu garantieren.

Kontakt: Dieter Söhlmann

Siemens AG, Industry Sector

Industry Automation

Control Components and Systems Engineering

Siemens AG, Fürth

www.siemens.de

Bilder: Siemens

Branche

Wasserversorgungsnetze können auf Basis der internationalen Norm IEC 60870-5-101 und IEC 60870-5-104 standardisiert Informationen zwischen Außenstellen und Verbundleitwarten übertragen.

Gut vernetzt in die Zukunft

Je komplexer Versorgungsnetze werden, desto wichtiger ist der Einsatz moderner Technik. Nur so lässt sich Sicherheit, Nachhaltigkeit und Effizienz in der Praxis erreichen. Das gilt auch für die Wasserver- und -entsorgung. Mit standardisierten Protokollen und einer optimierten Übertragungstechnik sehen Verbundleitstellenmitarbeiter heute auf Knopfdruck auch Informationen, die früher mühevoll zusammengetragen werden mussten.

Aufgrund der Fernautomatisierung von Wasser- und Abwasseranlagen über verschiedene, nicht kompatible Systeme war eine gemeinsame Nutzung von Informationen in der Vergangenheit nur schwer möglich. Seit über zehn Jahren regeln jedoch die Normen IEC 60870-5-101 und IEC 60870-5-104 die serielle Datenübertragung beziehungsweise die Kommunikation über Ethernet mit Hilfe von TCP/IP.

Als Erste haben lokale Energieversorger die Möglichkeiten einer standardisierten und optimierten Fernwirktechnik genutzt. Mittlerweile etabliert sie sich sukzessive auch bei Versorgungsbetrieben der Wasser- und Abwassertechnik. Denn über eine standardisierte, genormte Datenübertragung lassen sich beispielsweise selbst Wasserversorgungsnetze und Abwasseranlagen, die sich schon Jahrzehnte lang im Einsatz befinden, auf einfache Weise modernisieren und erweitern. Grundsätzlich bilden zentrale Leitstellen wichtige Knotenpunkte in einem funktionierenden Versorgungssystem. Die Anbindung daran wird durch entsprechende technische Lösungen, wie zum Beispiel durch das Fernwirksystem Siplus RIC (Remote Interface Control) von Siemens, nachhaltig unterstützt. Hierbei handelt es sich um eine Produktfamilie, die ein skalierbares Fernwirken und Automatisieren auf Basis des Automatisierungssystems Simatic S7 ermöglicht. Während die kleinste Einheit aus Hard- und Software (Bundle) bis zu 200 Informationspunkte verarbeitet, kann die höchste Ausbaustufe – bestehend aus einer Steuerung Simatic S7-400H und der Siplus RIC Library – bis zu 5.000 Informationspunkte handhaben.

Auch die Abwassertechnik profitiert vom Fernwirksystem, das Informationen zeit- und ereignisgesteuert an eine Leitstelle meldet. Durch den Zeitstempel werden die Forderungen der Umweltämter erfüllt.

Einfache Anbindung dezentraler Stellen an Leitsysteme

Damit lassen sich Brunnen, Wasserspeicher, Pumpstationen, Hochbehälter, Wasseraufbereitungen et cetera einfach an die besagten Leitstellen anschließen. Ein wesentlicher Aspekt der Datenübertragung mit Hilfe der bereits genannten internationalen Standards ist die Datenmengenreduktion. Während nämlich die Kommunikation eines Automatisierungssystems wie Simatic immer zyklisch arbeitet, sorgt Siplus RIC für einen ereignis- oder zeitgesteuerten Datenaustausch.

Einerseits werden dadurch die Kommunikationswege erheblich entlastet und andererseits auch die Kosten gesenkt. Zudem gibt es viele Übertragungsmöglichkeiten im Wide Area Network (WAN) wie zum Beispiel Modemtechnik, LWL-Standleitungen, private Funknetze, aber auch DSL, GPRS und UMTS. All diese Technologien unterstützen die Remote-Interface-Control-Lösung von Siemens. Die Sicherheit im Netzwerk sollte durch geeignete Mittel wie etwa ein VPN (Virtual Private Network)-Tunnel gelöst werden, da dies nicht in der Norm enthalten ist. Dabei sind Schutzmaßnahmen – unter anderem IT-Security, zum Beispiel Netzwerksegmentierung – zu ergreifen, um einen sicheren Betrieb der Anlage zu gewährleisten.

Entscheidend bei der Optimierung der Datenübertragung ist, dass das Remote-System dennoch die geltenden Vorschriften erfüllt. Eine davon ist beispielsweise, dass die Informationen einen genauen Zeitstempel erhalten, damit die Umweltbundesämter die Daten aus der Wasser- und Abwassertechnik präzise auswerten können. Jedoch ist es auch bei einer Fehlersuche im Zuge einer Störungsbehebung wichtig zu wissen, welche Ereignisfolge eingetreten ist, um die Ursache exakt und schnell ermitteln zu können.

Zeitstempel für die exakte Informationszuordnung

Siplus RIC arbeitet mit einem solchen Zeitstempel und bietet damit die Möglichkeit der Archivierung sämtlicher Informationen nach Verbindungswiederkehr. Hierzu werden sämtliche Datentelegramme bereits erfassungsseitig mit Zeitstempeln versehen und ausfallsicher in der CPU gepuffert. Für eine hochgenaue Zeiteinstellung aller Netzwerkteilnehmer bietet Siemens die Produktfamilie Siclock. Die Masterzeit kann vom DCF77-Sender (Langwelle 77,5 KHz ) in Deutschland und Mitteleuropa oder durch eine GPS-Antenne weltweit empfangen werden. Diese Zeit wird an die Anlagen-Zentraluhren Siclock TC400 oder TC100 weitergeleitet und über das Netzwerk mit dem Network Time Protocol (NTP) an alle Netzwerkteilnehmer verteilt. Bei Ausfall oder Störung des Master-Uhrzeitsenders übernimmt die hochgenaue Quarzzentraluhr die Uhrzeitfunktion und gewährleistet die kontinuierliche Uhrzeitsynchronisation der Netzwerkteilnehmer. Die Zeitgleichheit aller Netzteilnehmer sorgt für einen reibungslosen Ablauf des Normalbetriebs und ist zwingende Voraussetzung bei der Analyse von Störfällen.

Standardisiert übertragen werden durch Siplus RIC Prozessdaten wie Schalt- und Stellbefehle, Schalterstellermeldungen, Kenn- und Warnmeldungen, Messwerte und Zählwerte. Die Bibliothek Siplus RIC enthält für die beiden international genormten Protokolle etwa ein Dutzend Bausteine für eine komfortable Parametrierung. Dabei können Anwender bestimmen, welche Informationen standardisiert an die Leitstelle übertragen werden. Der praktische Nutzen dieser Fernwirktechnik ist die Kompatibilität mit vielen Scada-Systemen wie etwa Simatic WinCC TeleControl, Simatic PCS7 TeleControl und Simatic WinCC Open Architecture.

Flexibler Aufbau von Verbundleitwarten

Sind bereits Leitstellen – selbst unterschiedlicher Anbieter – vorhanden, können die IEC-Protokolle verwendet werden, um eine Verbundleitwarte aufzubauen. Bedient sich eine solche Verbundleitwarte eines Siplus-RIC-Bundles, lassen sich die Möglichkeiten der Fernwirktechnik in vollem Umfang nutzen. Denn der Trend zur datentechnischen Zusammenführung von Versorgungsnetzen wird konsequent fortgeführt. So lassen sich mit Siplus RIC Stern- und Linienstrukturen aufbauen. Für die redundante Datenübertragung kann eine Station mit zwei Übertragungswegen auch über unterschiedliche Schnittstellen gekoppelt werden.

Die gesicherte Datenübertragung – bei Bedarf auch die Datenpufferung – ist mit dieser modernen Steuerungslösung von Siemens gegeben. Neben der beschriebenen Zeitsynchronisierung und Datenerfassung mit Zeitstempel gibt es auch eine Datenpufferung zur Überbrückung von Kommunikationsunterbrechungen. Abhängig von der CPU sind bis zu 16 Prioritätspuffer mit jeweils bis zu 1.500 Telegrammen verfügbar. Damit gelingt die lückenlose Archivierung der Prozessdaten – selbst nach Verbindungsausfall. Zusätzlich gibt es eine überwachte Befehlsausgabe zur sicheren Erkennung von Fehlfunktionen.

Standardisierung vereinfacht Vernetzung

Die heute vorhandenen Möglichkeiten aufgrund der standardisierten Fernwirktechnik auf Basis der IEC 60870-5-101 und IEC 60870-5-104 unterstützen den Trend zur Vernetzung nachhaltig. Davon profitieren unter anderem auch Anwender wie zum Beispiel Wasserversorgungs- sowie Entsorgungs- und Aufbereitungsbetriebe. Denn Fernwirktechnik ist eine klare Investition in die nachhaltige und effiziente Versorgung mit den elementaren Gütern des täglichen Lebens. Mit Siplus RIC unterstützt Siemens diesen Trend zur systematischen Datenvernetzung und zum Aufbau entsprechender Leitstellen beziehungsweise Verbundleitwarten. Für den Einsatz in Klärwerken und unbeheizten Außenstellen gibt es sogar Siplus RIC extreme Bundles mit erweitertem Temperaturbereich inklusive Schutz bei Betauung und außergewöhnlicher medialer Belastung. Vor allem die vereinfachte Kommunikation in Verbindung mit standardisierten Bausteinen macht es Versorgern damit sehr leicht, funktionierende Informationsnetze aufzubauen und gleichzeitig alle gesetzlichen Vorgaben einzuhalten. Damit sind ideale Voraussetzungen geschaffen, die Versorgung auf lange Sicht zu garantieren.

Kontakt: Dieter Söhlmann

Siemens AG, Industry Sector

Industry Automation

Control Components and Systems Engineering

Siemens AG, Fürth

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Bilder: Siemens