Auswahl über das Mobilfunknetz

Datenlogger für die Fernüberwachung

Auswahl über das
Mobilfunknetz

Unbemannte Überwachungssysteme für den Einsatz in verteilten Infrastrukturen weit voneinander entfernter, isolierter Gebiete waren lange Zeit durch die Grenzen der Langstreckenkommunikation eingeschränkt. Üblicherweise war die Mobilfunk-Kommunikation ein Teil der Lösung. Obwohl sich dieses Kommunikationsmedium als sehr kostengünstig herausstellte, stellten die Begrenzung der verfügbaren Übertragungsgeschwindigkeiten, die langen Übertragungszeiten und die große Wahrscheinlichkeit des Datenverlusts in erweiterten Übertragungsgebieten bisher große Nachteile dar.

Push-Kommunikation sendet Daten nur im Falle eines Ereignisses und vermindert so drastisch die Bandbreitennutzung. (Bild: Moxa Europe GmbH)

Push-Kommunikation sendet Daten nur im Falle eines Ereignisses und vermindert so drastisch die Bandbreitennutzung. (Bild: Moxa Europe GmbH)


Die Einführung fortschrittlicher Mobilfunk-Kommunikationstechnologien hat Systemintegratoren von diesen Nachteilen befreit und neue Potenziale für Fernüberwachungslösungen eröffnet. Bei der Steuerungs- und Überwachungskommunikation über Mobilfunk können Ingenieure eine Fernverwaltungsplattform einsetzen, die einfach und kostengünstig zu installieren ist, Vor-Ort-Besuche zur Konfiguration und Wartung minimiert und sowohl Bandbreiten-intensive Anwendungen, wie die Videoüberwachung, als auch Alarme mit niedriger Bandbreitennutzung zuverlässig abdecken kann.
Ein optimiertes Datenbankverwaltungssystem für OPC-Lösungen fungiert als Brücke zwischen Felddaten und gespeicherten Datenbanken oder Tabellen. (Bild: Moxa Europe GmbH)

Ein optimiertes Datenbankverwaltungssystem für OPC-Lösungen fungiert als Brücke zwischen Felddaten und gespeicherten Datenbanken oder Tabellen. (Bild: Moxa Europe GmbH)

Herausforderungen und Lösungen

Die technischen Herausforderungen an die dezentrale Messdatenerfassung ergeben sich insbesondere bei den extremen Entfernungen in Anwendungen, wie Pipelines, Pumpen, der Stromversorgung oder Gleisausstattung im Schienenverkehr.

Datenqualität – Schlüsseleigenschaft des Datenloggers:

Ein Datenlogger ist dazu bestimmt, das manuelle Ablesen von Zählern und Geräten zu ersetzen. Auch wenn er eine Maschine ist, muss dennoch die Datenqualität hinsichtlich Integrität, Genauigkeit und Präzision und überprüft werden.

Integrität:

Stromausfälle oder Kommunikationsunterbrechungen können einen Datenverlust hervorrufen. Um dies zu vermeiden, empfiehlt es sich, eine redundante Spannungszufuhr sicherzustellen, die ununterbrochen für Strom sorgt. In der Fernüberwachung kann es gelegentlich zu Unterbrechungen der Kommunikation kommen. Der Datenlogger sollte deshalb die Pufferung der Daten ermöglichen und das erneute Übertragen der Daten erlauben, um deren Integrität sicherzustellen.

Genauigkeit:

Wenn Datenlogger physische Signale erfassen, sind die Datenauflösung und die Abtastrate zwei wichtige Themen. Normalerweise bieten Datenlogger eine Auflösung von 12 bis 24Bits. Höhere Auflösungen sind meist kostenintensiver, können aber – abhängig von der Anwendung – durchaus sinnvoll sein. Die Abtastrate hängt auch von der Anwendung ab. Wenn es sich um ein langsames Signal handelt, wie die Umgebungstemperatur, reicht eine Erfassung der Daten einmal pro Minute aus. Manche Signale ändern sich jedoch schneller als alle 10ms und die Datenlogger müssen entsprechend schnell aufzeichnen.

Präzision:

Manche Ereignisse haben eine bestimmte Relevanz und müssen wiederauffindbar sein. Wie aber lässt sich eine einzelne Sequenz aus tausenden Datensätzen filtern? Abhilfe schafft ein präziser Zeitstempel. Mit dieser Idee im Hinterkopf sollten Datenlogger das Netzwerkzeitprotokoll (Network Time Protocol) unterstützen, um für jede Einheit im Netz über TCP/IP eine Zeitsynchronisierung durchzuführen und präzise Zeitstempel im Millisekunden-Bereich liefern. Die Datenqualität ist schließlich das Fundament aller Datenerfassung – nur mit präzisen Daten lassen sich zielführende Analysen erstellen.

OPC-Software ermöglicht es, ein Gerät so zu konfigurieren, dass es sich selbst am zentralen Scada-Server anmeldet. (Bild: Moxa Europe GmbH)

OPC-Software ermöglicht es, ein Gerät so zu konfigurieren, dass es sich selbst am zentralen Scada-Server anmeldet. (Bild: Moxa Europe GmbH)

Warum Mobilfunk?

Wenn Mobilfunk-Kommunikation für die Verwaltung von Pipelines eingesetzt wird, konfigurieren Systemintegratoren üblicherweise Remote Terminal Units (RTUs), um Daten in lokalen Speichermedien zu erfassen und dann Wartungspersonal von Standort zu Standort, um die Daten zu sammeln. Da die Daten nicht in Echtzeit übertragen werden, führen Bandbreiten-intensive Anwendungen wie die Videoüberwachung oftmals zu unüberwindbaren Problemen mit der Verwaltung von Ressourcen, während teure Ressourcen für die Sammlung und Analyse der Daten von den entfernt gelegenen Standorten bereit gestellt werden müssen. Folglich sprechen immer mehr Systemarchitekten der Mobilfunk-Kommunikation zu, um eine flexiblere, effiziente Kommunikationsplattform zu erhalten. Das Schöne am Mobilfunk ist die Tatsache, dass er IP-Netzwerke unterstützt, und dass aufgrund der mittlerweile vorherrschenden Mehrheit von IP-fähigen Feldgeräten alle Arten von Felddaten über Mobilfunkverbindungen gesendet werden können. IP-Kommunikation allein reicht jedoch nicht aus, es gilt ebenso, Kriterien wie Bandbreite und Latenz zu bedenken. Da Mobilfunknetzwerke über wesentlich weitere Strecken übertragen, als herkömmliche Funk- oder Mikrowellen-Kommunikationsschnittstellen, ist die notwendige Anzahl an Relais-Knotenpunkten vergleichsweise stark reduziert. Darüber hinaus sind bei der Nutzung bestehender Kommunikationsinfrastrukturen von Mobilfunk-anbietern aufgrund der größeren Bandbreite und besseren Immunität gegen Interferenzen weitaus weniger Relais-Punkte erforderlich, was die Reduzierung der Ausgaben für die Infrastruktur weiter vorantreibt. Mit der kürzlich erfolgten Umstellung von GPRS auf HSPA hat die Mobilfunktechnologie drastische Verbesserungen bei Bandbreite und Netzwerklatenz erfahren. Die maximale Bandbreite für Mobilfunk-Uplinks kann derzeit bis zu 5,76Mbps betragen, und die Downlink-Bandbreite kann bis zu 14,4Mbps gehen. Die Latenz im Mobilfunk wurde darüber hinaus drastisch reduziert, in manchem Netzwerk bis zu 100ms. Alles in allem bedeutet dies, dass die heutige Mobilfunk-Leistung fast alle anderen verfügbaren Langstrecken-Kommunikationstechnologien im Markt schlägt.

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Moxa Europe GmbH
www.moxa.com

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