Über Schmalbandfunk fernwarten

Das Konzept der sicheren Datenautobahn für die Energiewirtschaft setzt auf eine deutschlandweite Funkfrequenz.Welotec

Gerade kleinere Energieversorgungsunternehmen (EVU) fordern heute Lösungen, mit denen sich Energienetze einfach und zuverlässig überwachen und fernsteuern lassen. Dabei gibt es zwei wesentliche Anforderungen an solche Kommunikationslösungen: Ausfall- und Datensicherheit. Die Datenübertragung muss fehlerfrei und schnell vonstattengehen, auch bei Stromausfall. Überlastungen des Kommunikationsnetzes und damit Fehlschaltungen sind nicht hinnehmbar. Außerdem dürfen Hacker die Daten nicht manipulieren können.

Auch das Unternehmen Bayern BHKW aus Dorfen hatte zunehmend Probleme mit der sicheren und störungsfreien Fernwartung von Blockheizkraftwerken in abgelegenen Biogasanlagen. Zusammen mit den Unternehmen Bayoenergy und Koco wurde deswegen das Grundkonzept einer sicheren Datenautobahn für die Energiewirtschaft entwickelt. Die Lösung setzt auf eine Kombination einer eigenen deutschlandweiten Funkfrequenz mit zuverlässigen Hard- und Software. An den Substationen der Blockheizkraftwerke sammelt eine Remote Terminal Unit (RTU) Daten aus der Anlage. Diese werden dann per UHF-Modem ans Umspannwerk oder, je nach Fall, auch direkt an die Leitwarte des Energieversorgers übertragen. Ist dort bereits ein Leitsystem vorhanden, lassen sich die Daten einfach darin integrieren. Andernfalls wird auch ein eigener Leitstand samt Server und optionaler Datenbank angeboten. Auch eine Steuerung der Anlage aus der Ferne möglich ist möglich; samt der vom EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz) geforderten Leistungsregelung in den Stufen 100, 60, 30 und 0 % innerhalb des vorgegebenen Zeitfensters.

Weil die beteiligten Projektpartner großen Bedarf am Markt sehen, beließen sie es nicht bei dem Einzelprojekt. Es entstand ein eigenes Unternehmen, das das erprobte Konzept nun weiteren Energieversorgern als Gesamtlösung anbietet: die Firma Deutsche Energie Funk (D|E|F).

Das UHF-Funkmodem verfügt über Netzwerkmanagement und integrierte 128-bit-AES Verschlüsselung.Welotec

Schnell, sicher und zuverlässig übertragen

Während andere Kommunikationslösungen auf DSL, GSM, eigene Glasfasernetze oder Tetrabandfunk setzen, nutzt die Lösung der D|E|F Schmalbandfunk. Durch den Aufbau eines eigenen Funknetzes ist der Energieversorger unabhängig von Stromausfällen, Zusammenbrüchen des Mobilfunknetzes oder Serverabstürzen externer Anbieter. Denn gerade diese Situationen sind es, in denen es auf eine zuverlässige Kommunikation ankommt. Außerdem eignet sich Schmalbandfunk in diesem Falle so gut, weil im Wesentlichen nur Nutzdaten ohne großen Protokoll-Overhead übertragen werden und damit keine große Bandbreite gefordert ist. Gleichzeitig lassen sich beim Schmalbandfunk, im Gegensatz zum Mobilfunknetz, die Laufzeiten berechnen, was die Verfügbarkeit der Verbindung weiter erhöht. Zugesicherte Datenvolumina und Datengeschwindigkeiten ermöglichen eine unterbrechungsfreie Datenübertragung. Die Übertragungsdauer ist nur von der Distanz zwischen Sender und Empfänger abhängig. Und schließlich spielt die Datensicherheit eine wichtige Rolle. Auch hier punktet der Schmalbandfunk, weil ein eigenes Kommunikationsnetzwerk per se nicht so leicht angreifbar ist, wie ein öffentliches Netz. Unter anderem müsste der Hacker vor Ort sein, um einen Angriff durchzuführen. Für zusätzliche Sicherheit sorgt auch, dass für die M2M-Kommunikation über serielle Schnittstellen zu den Anlagen Modbus RTU zum Einsatz kommt. Durch die Übertragung reiner Modbus-Register-Einträge in kleinen, verschlüsselten Datencontainern ist ein Ausspähen von Inhalten sehr schwierig und ein Einbruch zur Systemmanipulation nahezu unmöglich.

Datenfunkmodems mit 128-bit-Verschlüsselung

Zuverlässige Konzepte lassen sich aber nur mit zuverlässiger Hardware realisieren, das gilt auch für den Schmalbandfunk. Die Anwendung setzt daher auf Satel-Funkmodems aus dem Hause Welotec. Stefan Lichy, Geschäftsführer der D|E|F, berichtet dazu: „Bei Bayern BHKW hatten sich die Funkmodems dieses Herstellers bereits in der Praxis bewährt. Da war es naheliegend, auch bei der neuen Lösung auf diese zuverlässigen Geräte zu setzen.“ Auch der Service spielte für den Geschäftsführer eine wichtige Rolle bei der Auswahl der Hardware: „Neben Funktionalität, Zuverlässigkeit und Qualität der Modems begeistert uns die Unterstützung, die wir von Welotec erhalten haben. Sie standen uns vor Ort bei der Realisierung beratend zur Seite.“

Die erste Anwendung nutzt Satelline 3AS Modems. Bei weiteren Anwendungen ist der Einsatz des Funkmodems Satellar 1DS angedacht, da dieses Modem sicherer ist. Es bietet eine 128-bit-AES-Verschlüsselung auf der Funkschnittstelle. Zudem lassen sich viele Topologien realisieren, von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen bis zu landesweiten Ketten mit vielen Verzweigungen, so auch Netzwerke mit bis zu 200 Substationen. Die Reichweite bei Punkt-zu-Punkt-Verbindungen liegt bei bis zu 15 km, kann bei optimalen Bedingungen aber auch bis zu 30 km betragen. Zudem lässt sich die Reichweite auch mit Hochleistungsantennen, Verstärkermodulen und Funk-Repeatern erhöhen.

Die robusten RTUs mit eingebautem Modbus Gateway sorgen für eine sichere Datenkommunikation.Welotec

Robuste Remote Terminal Units

Da ein ausfallsicheres Gesamtkonzept gefragt war, waren neben einer zuverlässigen Datenübertragung auch robuste Remote Terminal Units (RTUs) gefordert, die in den einzelnen Subanlagen Daten sammeln und zur Übertragung über das Modem bereitstellen. Hier setzt die Anwendung auf Sixnet-RTUs. Lichy dazu: „Wichtig war in erster Linie natürlich, dass die RTUs ausreichend digitale I/Os zur Verfügung stellen und wir die RTUs selbst mit geringem Aufwand programmieren konnten, um sie an die jeweiligen Gegebenheiten anzupassen.“

Die RTUs von Sixnet sind eine flexible, sichere Plattform zur Fernüberwachung und Kontrolle. Ein eingebautes Modbus-Gateway bildet eine nahtlose Schnittstelle zu vorhandenen RTUs und Steuerungen. Die Geräte verfügen über Redundanz-Funktionen, hohe Netzwerksicherheit und zuverlässiges Netzwerkmanagement. Somit leisten sie einen wesentlichen Beitrag für die in der Anwendung geforderte ausfallsichere Kommunikation. Lichy resümiert: „Unseres Wissens ist unsere sichere und gut an individuelle Gegebenheiten anpassbare Datenautobahn für die Energiewirtschaft eine bislang einmalige Kombination aus deutschlandweiter Funkfrequenz in Verbindung mit der passenden Hard- und Softwaretechnologie.“

SPS IPC Drives 2014
Halle 9, Stand 121

(mf)