Teleüberwachung von Motorschutzschaltern

Der freie unkomplizierte Informationsaustausch von Maschinen und Anlagen ist die neue Vision einer sich selbst organisierenden Zusammenarbeit mit verschiedensten Überwachungsstellen. Die Lösung heißt Telematik & Webservice als Basis sämtlicher Spezifikationen herstellerübergreifender Standards. Damit wird eine offene Vernetzung gewährleistet und die einst proprietäre Lösung in die Schranken verwiesen.

Einleitung

Im Zeitalter der Globalisierung ist das Bedienen und Beobachten einzelner Komponenten oder ganzer technischer Prozesse aus der Ferne eine zwingende Notwendigkeit, der sich kein Gerätehersteller mehr verschließen kann.

Bei weltweit eingesetzten Geräten lassen sich ausgewählte Betriebszustände überwachen und im Hinblick auf eine präventive Wartung bewerten. Spontan auftretende Betriebsstörungen werden an eine zentrale Servicestation gemeldet. Dort erfolgt durch Spezialisten eine Fehlerdiagnose und die Einleitung von Maßnahmen zu ihrer Beseitigung.

Die wesentlichen Vorteile dieser Technik sind:

  • Sofortige Reaktion auf Anlagenfehler, um Folgefehler zu vermeiden
  • Fehlerdiagnose durch Spezialisten in der Zentrale und kompetente Anweisungen an das Personal vor Ort zur Fehlerbeseitigung
  • Reduzierung der Stillstandzeiten und bessere Ausnutzung von Produktionsanlagen
  • Bewertung von Betriebszuständen zur Einleitung präventiver Wartungsmaßnahmen
  • Reduzierung der Personalkosten durch Wegfall von Reisezeiten und Reisekosten
  • Erfassung von Betriebszeiten zur Berechnung von Leasing-Gebühren
  • Erfassung und Protokollierung aller Betriebsereignisse in Datenbanken


Mit der Verfügbarkeit kostengünstiger und zuverlässiger Kommunikationsmodule der Mobilfunktechnik lassen sich solche Projekte zum Beobachten und Bedienen problemlos realisieren. Beispiele für aus der Ferne zu überwachende Komponenten sind Pumpen (Bild 1) zur Wasserversorgung, zum Abpumpen von Grundwasser und zum Umpumpen von Schmutzwasser in Klärwerken.

Hardware

Mit der Entwicklung der Mobilfunktechnik haben sich zur Fernüberwachung ganz neue Lösungen ergeben. Dazu wird ein GSM-Modul eingesetzt, wie es im Mobiltelefon verwendet wird, nur dass hier die Akustikeinheit durch ein I/O-Modul ersetzt ist.

Dieses verfügt bei den meisten GSM-Modulen über zwei digitale Eingänge, zwei digitale Ausgänge und eine serielle Schnittstelle.

Sofern diese Ein-/Ausgänge zur Fernüberwachung und -bedienung eines Prozesses ausreichen, sind außer dem GSM-Modul keine weiteren Komponenten erforderlich. Soll mit einer größeren Anzahl von Sensoren und Aktoren eines Prozesses aus der Ferne kommuniziert werden, so ist zu deren Anschluss ein zusätzlicher Microcontroller erforderlich, der mit dem GSM-Modul über die serielle Schnittstelle kommuniziert.

Prozessseitig sind die Sensor- und Aktorsignale dann an die verfügbaren Signalpegel des Microcontrollers anzupassen. Zur Speicherung von Anwendersoftware und Variablen müssen das GSM-Modul und, falls erforderlich, der Microcontroller über ausreichenden Flashspeicher und RAM-Speicher verfügen.

Software

Je nach ausgewähltem GSM-Modul existieren auch verschiedene Möglichkeiten zur Erstellung der erforderlichen Software.

Die bevorzugte Variante ist die Erstellung der Software in einer Windows-Umgebung unter Verwendung einer Hochsprache. Das compilierte Anwenderprogramm sollte möglichst vom PC in das GSM-Modul über eine RS232-Schnittstelle übertragen werden, wobei der PC das GSM-Modul als zusätzliches Laufwerk betrachtet.

Um das Anwenderprogramm vom PC in den Flashspeicher des GSM-Moduls zu laden, muss dieses herstellungsseitig über ein BIOS oder mindestens über einen Boottrap-Loader verfügen.

Kommunikation und Übertragungswege

Derzeit bieten sich für die Kommunikation mit einem GSM-Modul zwei Übertragungswege an (Bild 1).

Dies sind der über das Mobilfunknetz zu einem Mobiltelefon (SMS) und der über das Mobilfunknetz und weiter über das Internet (GPRS).

Bei der Kommunikation zwischen GSM-Modul und Mobiltelefon kann im Alarmfall vom Prozess eine SMS geschickt werden.

Je nach Anwendung wird diese an einen oder mehrere Empfänger gesandt oder kann als Staffelalarm konfiguriert werden. Im letztgenannten Fall wird bei ausbleibender Quittierung immer ein anderer Teilnehmer angerufen. Dies erfolgt so lange, bis der Alarm quittiert wird.

Ebenfalls per SMS kann auf diesem Wege auch eine Parametrierung des GSM-Moduls erfolgen. Wird das Internet in den Übertragungsweg einbezogen, können alle Möglichkeiten zur Kommunikation genutzt werden, die dieses Medium bietet. Dies gilt sowohl für die Parametrierung des GSM-Moduls als auch für die Übertragung der Prozessdaten vom GSM-Modul zu einem Server.

Datenbankanbindung

Zur Dokumentation der Prozessabläufe und zur Verwaltung des eingesetzten Personals und der verwendeten Geräte bietet eine Datenbank die ideale Unterstützung für jeden Benutzer.
Dabei sollte die Datenbankstruktur sowohl vom Lieferanten der GSM-Module als auch vom Anwender nutzbar sein.

Der Lieferant erstellt und pflegt eine so genannte "PROVIDER-Datenbank". Diese enthält alle Geräte mit allen für den Benutzer notwendigen Daten einschließlich der Rufnummern der implementierten GSM-Module, die an Kunden ausgeliefert sind.

Jeder Benutzer hat nun Zugriff auf diese Datenbank, aber nur auf die von ihm eingesetzten Geräte, womit keine Berechtigung verbunden ist, Änderungen an den Datenbankinhalten vorzunehmen. Ein Neukunde erhält vom Lieferanten die Software zur Generierung einer "CUSTOMER-Datenbank". In dieser kann er die von ihm eingesetzten GSM-Module verwalten. Um die Erstellung und Pflege dieser Datenbank zu erleichtern und zu vereinfachen, werden zunächst für alle Gerätegruppen Listen erstellt. Diese enthalten Einsatzorte, Projektnamen, Namen und Mobiltelefonnummern von Servicetechnikern, Alarmarten, Eingänge der GSM-Module, Ausgänge der GSM-Module, u. a.

Die "CUSTOMER-Datenbank" enthält alle von einem Anwender eingesetzten Geräte mit den zugehörigen Informationen. Zur ihrer Erstellung wird ein CONFIGURATIONSMENÜ aufgerufen. Dieses enthält Comboboxen für die oben genannten Listen. Die Comboboxen werden nacheinander vom Anwender angeklickt. Danach können aus den hinterlegten Daten die für die einzelnen Anwendungen zutreffenden Merkmale ausgewählt und zugeordnet werden. Mit dieser Vorgehensweise kann auf einfache Art die "CUSTOMER-Datenbank" erstellt werden mit den eingesetzten Geräte und den zugeordneten Angaben für


  • Einsatzort
  • Projektname
  • Gerätetyp
  • Servicetechniker
  • Alarmart
  • Eingangssignale
  • Ausgangssignale


Der Gerätetyp mit den zugehörigen Informationen ist der "PROVIDER-Datenbank" zu entnehmen. Während des laufenden Betriebes können von den einzelnen Geräten die durch Parametrierung ausgewählten Prozessdaten über Internet an den Server übertragen und dort in einem Statusbericht angezeigt werden (Bild 2).

In der Datenbank werden diese den entsprechenden Geräten zugeordnet und protokolliert. Dort stehen sie für weitere Auswertungen zur Verfügung und können für andere Anwendungen exportiert werden.

Sicherheitsmaßnahmen

Um die Betriebssicherheit der in der Ferne installierten Anlagen zu gewährleisten und Zugriffe Unbefugter zu vermeiden, können in die Software Sicherheitsmaßnahmen integriert werden. Dies ist z. B. dadurch möglich, dass jede zur Bedienung der Anlage autorisierte Person durch eine PIN und/oder ein Kennwort von dem GSM-Modul erkannt werden muss.

Um die Funktionsfähigkeit der GSM-Module zu kontrollieren, besteht bei Verwendung von Servern die Möglichkeit, regelmäßig in bestimmten Zeitabständen von den GSM-Modulen Messages anzufordern. Bei Ausbleiben einer solchen Message können durch den Server Maßnahmen zur Klärung der Ursachen und gegebenenfalls zur Fehlerbehebung eingeleitet werden.