600-Phoenix-Contact-Aufmacher

(Bild: Shutterstock)

| von Werner Pollmann

Eckdaten

Zur Ausschöpfung der heutigen Möglichkeiten sowie zur Ausrichtung auf zukünftige Anforderungen sollten Städte und Gemeinden auf eine Plattform setzen, welche die Ansprüche an Flexibilität, Offenheit, Zugriffssicherheit und Multiprogrammierbarkeit bestmöglich unterstützt. In Kombination mit dem PLC Next Controller AXC F 2152 und der Proficloud verfügt die PLC Next Technology über sämtliche Voraussetzungen, um ein solches System aufzubauen und zukunftsorientiert aufzustellen.

Derzeit wird viel über die Städte der Zukunft gesprochen. Das geschieht unter anderem, weil immer mehr Menschen vom Land in die Metropolen ziehen. Außerdem stellen die Bürger aufgrund eines neuen Denkens in puncto Mobilität, Kommunikation und Lebensgefühl andere Forderungen an ihre Wohn- und Arbeitsorte. Und die Digitalisierung tut ein Übriges. In diesem Zusammenhang wird oft von der Smart City geredet. Doch was verbirgt sich hinter dem Begriff? Das Deutsche Institut für Normung (DIN) definiert die Bezeichnung wie folgt: „Smart Cities sind Siedlungsräume, in denen systemisch nachhaltige Produkte, Dienstleistungen, Technologien, Prozesse und Infrastruktur eingesetzt werden, in der Regel unterstützt durch hochintegrierte und vernetzte Informations- und

Kommunikationstechnologien.“ Der Grundgedanke einer Smart City besteht also darin, durch das Zusammenspiel von Technologie, Systemen und Prozessen einen Mehrwert für die Bürger, die Umwelt sowie die Anbieter von Leistungen innerhalb einer Stadt herbeizuführen.

Vom Sensor bis in das Leitsystem und die Cloud

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Bild 1: Aufgrund der digitalen Überwachung tritt das Schöpfwerk sofort in Aktion, wenn ein bestimmter Wasserstand überschritten ist. Phoenix Contact Electronics

Um innerhalb der Stadt neue Geschäftsmodelle speziell für Bürger aufzubauen, muss einerseits mehr Wissen gesammelt und auf der anderen Seite tiefer in die Systeme eingegriffen werden können. Die Grundlage dafür bildet beispielsweise die Vernetzung des Sensors/Aktors einer Straßenleuchte bis in das Leitsystem oder ein Datenmanagementsystem wie die Cloud. Ergänzt werden diese Informationen durch Daten aus vorhandenen Leitsystemen, Apps und Webseiten, die große Mengen an Zahlen generieren. Durch die Einbeziehung von Big-Data-Analysen lassen sich aus diesem Datenwust neue Erkenntnisse gewinnen, die wiederum noch unbekannte technologische, systemische und prozessuale Möglichkeiten eröffnen. Eine große Herausforderung und gleichzeitig Chance der Digitalisierung im Hinblick auf eine nachhaltige und integrierte Stadtentwicklung liegt in der Bereitstellung von Open Data und der Nutzung neuer Datenquellen. Auf dieser Grundlage können dann konkrete Probleme im Stadtraum gelöst und parallel dazu die Stadtentwicklung und -verwaltung sowie Transparenz und Teilhabe gestärkt werden.

Als Beispiel für die Möglichkeiten der Digitalisierung sei die Messung der Luftqualität in Echtzeit genannt. Im Zusammenspiel mit den gewerbetreibenden Unternehmen lassen sich die Bedürfnisse aller Beteiligten – Anwohner, Geschäfte, Handwerker, Kunden etc. – anschließend abgleichen und der Verkehr kann entsprechend beeinflusst werden. Darüber hinaus bietet sich die digitale Überwachung des Wasserstands in Flüssen an, sodass bei einem Niedrigstand der Schiffsverkehr gelenkt, Stauseen geöffnet oder vor einer möglichen Überflutung frühzeitig Maßnahmen initiiert werden können. Aus diesen Daten leiten sich auch Informationen für die Bürger ab. Auf diese Weise sind sie näher am Geschehen und können ihre eigenen Aktivitäten unter Umständen besser planen (Bild 1).

Thema der nächsten Seite: Kommunikation über einfach zu implementierende Standards

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Bild 2: Die Straßenbeleuchtung lässt sich unabhängig von der Einwohnerzahl betrachten. Phoenix Contact Electronics

Abhängig von der Einwohnerzahl der Stadt variieren viele Faktoren, die auf das Stadtleben einwirken, weshalb in jeder Kommune andere Anforderungen umzusetzen sind. Die Verkehrsdichte und -lenkung unterscheiden sich ebenso wie der Wohnraum und die Anbindung an die Einkaufszentren. Deshalb kann eine mittelgroße Stadt nicht die positiven Ansätze einer Metropole kopieren. Neben den generellen Rahmenbedingungen, die sich aus der Stadtgröße ergeben, gibt es jedoch ebenfalls Konzepte, die unabhängig von der Einwohnerzahl betrachtet werden können.

Ein Beispiel ist die Handhabung der Straßenbeleuchtung. Generell wird heute zwischen Tag, Nacht und Dämmerung differenziert. Hinzu kommt, dass die Straßenbeleuchtung, das Verkehrsleitsystem und die Tunnelbeleuchtung derzeit meist in getrennten Systemen gemanagt werden. Mit einer intelligenten Lösung lässt sich im Umfeld des Verkehrsnetzes die Straßen- und Tunnelbeleuchtung in Zukunft gemäß der Helligkeit und des Verkehrsaufkommens steuern. Im Bereich der Fußgängerzonen kann die Beleuchtung an das Tageslicht und die Öffnungszeiten der Geschäfte angepasst werden. Findet nun ein Event wie ein verkaufsoffener Sonntag statt, reagiert die Beleuchtung entsprechend. Denkbar ist auch, dass die Lichtsteuerung von den Gewerbetreibenden ausgelöst wird. Zahlreiche Städte und Gemeinden sind allerdings nicht in der Lage, genaue Aussagen zu treffen, wann hier ein Nutzen für die Stadt, den Handel oder die Bürger entsteht (Bild 2).

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Bild 3: Einfache strukturierte Vernetzung auf Basis der Proficloud Phoenix Contact Electronics

Vor diesem Hintergrund bietet Phoenix Contact abgesehen von der Beratung der Kommunen die Möglichkeit des Aufbaus von Überwachungssystemen. Die relevanten Daten lassen sich so vom Sensor bis in die unternehmenseigene Proficloud kostengünstig transparent machen, sodass die Städte die Vorteile für die Beteiligten besser abschätzen können. Hierzu prüfen die Experten, welche Daten der vorhandenen Systeme verwendbar sind. Gegebenenfalls werden weitere Sensoren installiert und deren Daten über einfach zu implementierende Kommunikationsstandards wie das Low-Power-Wireless-Netzwerkprotokoll Lorawan eingesammelt. Die Informationen lassen sich dann in der Proficloud zusammenführen und analysieren. Im Anschluss kann die Stadt oder Gemeinde entscheiden, an welcher Stelle tatsächlich ein Nutzen generiert wird und welche Investitionen somit sinnvoll sind (Bild 3).

Auf der nächsten Seite geht es um die Anpassung der Lösung an neue Rahmenbedingungen

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Bild 4: Über das Proficloud Gateway können vorhandene Netzwerke problemlos angebunden werden. Phoenix Contact Electronics

Wie bereits erwähnt setzen viele Kommunen schon heute an ein Leitsystem angebundene Kommunikations- und Fernwirklösungen ein, um beispielsweise die Straßenbeleuchtung oder den Verkehr zu steuern. Damit sich der Übergang in die Stadt der Zukunft möglichst optimal gestaltet, sollten diese Daten ebenfalls in das neue Automatisierungskonzept integriert werden. Zu diesem Zweck lassen sich mit der offenen Steuerungsplattform PLC Next Technology (eigene Schreibweise: PLCnext) von Phoenix Contact zum Beispiel Gateways aufbauen, welche die bestehende Infrastruktur mit ihren Übertragungsstandards wie etwa dem IEC-Protokoll 60870-5-104 an die Proficloud ankoppeln. Darüber hinaus können die aktuellen Leitsysteme auch an die Proficloud angeschlossen werden, sodass sich die Überführung des derzeitigen Automatisierungskonzepts in ein zukunftsorientiertes System vereinfacht. In der Übergangsphase sind bereits zahlreiche Vorteile nutzbar, beispielsweise das Devicemanagement (Bild 4).

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Bild 5: Die PLC Next Technology bildet die Plattform für eine zukunftsorientierte, flexible Automatisierung. Phoenix Contact Electronics

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Bild 6: Apps aus dem PLC Next Store können einfach in die Programme eingebunden werden. Phoenix Contact Electronics

Ein zukunftweisendes System lässt sich außerdem kontinuierlich erweitern. Als Beispiel sei die Straßenbeleuchtung genannt. Neben ihrer primären Aufgabe stellen die vielen verbauten Lichtmasten eine gute Infrastruktur zur Verfügung, an die weitere Sensoren und Aktoren angebracht werden können, die dann mit dem Leitsystem kommunizieren. So lassen sich andere relevante Daten erfassen sowie den Bürgern zusätzliche Dienste anbieten. Dazu zählt beispielsweise ein Notfallsensor, der auf allen Kranken- und Feuerwehrwagen montiert oder mitgeführt wird. Kommt es nun beispielsweise zu einem Autounfall, sorgt der Sensor dafür, dass die Beleuchtung am Unfallort auf die maximale Helligkeit hochgefahren wird. Alternativ löst die Meldung über den Unfall entsprechende Aktionen aus, etwa die Sperrung der Straße sowie Anzeige einer Ausweichstrecke.

Plattform als konsequent gelebter Ansatz

Mit der PLC Next Technology bietet Phoenix Contact ein Ökosystem, das sich durch Offenheit sowie die konsequente Verfolgung des Plattformgedankens auszeichnet. So lassen sich in IEC 61131-3, Hochsprache oder Matlab Simulink erstellte Programme flexibel miteinander kombinieren. Die ausgetauschten Daten stehen den unterschiedlichen Anwendungen stets synchron zur Verfügung. Darüber hinaus können Open Source Software und Apps in die Programme eingebunden werden. Ende 2018 wurde der PLC Next Store live geschaltet, der die zentrale Plattform für Softwarebausteine und Lösungen rund um die PLC Next Technology bildet. Neben Phoenix Contact können auch andere Unternehmen ihre Software für die PLC Next Technology in den Store einstellen. Dabei kann es sich um IEC-61131-Bibliotheken handeln, die sich in das Engineering-System PLC Next Engineer integrieren lassen. Ferner sind Softwarelösungen, sogenannte Apps, denkbar, die Anwender über den Store direkt auf die Steuerung laden (Bild 6). Die PLC-Next-Steuerungen können einfach an die unternehmenseigene Proficloud angekoppelt werden. Hier gilt ebenfalls der Anspruch der Offenheit: Auf den Steuerungen werden Anwender verschiedene Cloud-Agenten installieren können, die beispielweise eine Verbindung in die Mindsphere von Siemens, Microsoft Azure oder AWS herstellen.

Integration von selbst entwickelten Anwendungen und Internet-Diensten

Das Proficloud-System von Phoenix Contact macht die standortübergreifende Kommunikation und Steuerung von vielfältigen Anwendungen einfach und sicher. Dazu setzt es sich aus einem Koppler, der Steuerung, der Proficloud-Lizenz und den Proficloud-Diensten zusammen. Die Installation funktioniert einfach und schnell: Der Anwender baut sein Automatisierungsnetzwerk in der gewohnten Entwicklungsumgebung auf. Am lokalen Standort ist der Proficloud-Koppler verbaut, der das lokale Profinet-Netzwerk über das Internet mit der Proficloud verbindet. An den dezentralen Standorten koppeln sich die Proficloud-fähigen Steuerungen über das Internet an die Cloud an. Ohne weitere Konfiguration oder zusätzliche Programmierung erscheinen nun die dezentralen Geräte wie lokale Teilnehmer im Profinet-Netzwerk. Die TLS-Verschlüsselung sorgt für Datensicherheit. Die Proficloud bietet die Möglichkeit, selbst entwickelte Anwendungen oder Dienste aus dem Internet in das Profinet-Netzwerk zu integrieren. So können beispielsweise Wetterdaten aus dem Internet abgefragt werden. Durch Eingabe der Längen- und Breitengrade erhält das System aktuelle oder prognostizierte Wetterinformationen, die für zahlreiche Anwendungen in der Stadt relevant sind. Ein anderes Beispiel ist der Proficloud-Dienst Cloud Service Calc, mit dem aufwendige Rechenoperationen in die Cloud ausgelagert werden. Auf diese Weise reduziert sich der Programmieraufwand deutlich und es lassen sich bislang nicht umsetzbare Berechnungen realisieren.

Werner Pollmann

System Manager Infrastructure, Phoenix Contact Electronics, Bad Pyrmont

(neu)

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