Der Weg des IIoT beginnt mit der Remote-Telemetrie

Die erste Regel der Überwachungssteuerung und Datenerfassung (SCADA) lautet, dass die Kommunikation fehlschlägt. Eine Herausforderung besteht darin, dass steigende Datenmengen sowohl den Hauptserver als auch die damit verbundenen Kommunikationsnetzwerke zunehmend belasten.

Hier, Craig Abbot, Vertriebsleiter für die Region Asien bei Ovarro , erklärt, warum Remote Telemetry Units (RTU) für die Minimierung von Staus in intelligenten Strom-, Versorgungs-, Rundfunk- und Transportanwendungen von entscheidender Bedeutung sind.

Das Internet der Dinge (IoT) hat die Vision, Daten von kostengünstigen Sensoren über Kommunikationsverbindungen und zur Analyse in riesige Datenbanken in der Cloud zu melden. Mit mehr Daten sollen zusätzliche Informationen gewonnen werden, um Prozessanlagen, Städte oder sogar den Alltag zu optimieren.

Es ist von immensem Wert, den Betrieb zu optimieren und bevorstehende Probleme schneller zu erkennen und darauf zu reagieren.

Aus diesem Grund werden RTUs seit Jahrzehnten zur Überwachung des Stromverbrauchs und der Batteriepufferung an Telekommunikationsmasten eingesetzt. In einer Prozessanlage mit Wi-Fi- oder 5G-Netz, mit Servern in der Cloud oder in einer nahegelegenen, klimatisierten Leitwarte sammeln RTUs Informationen über kritische Anlagen. Im Falle eines Netzausfalls ermöglicht die RTU den Betreibern, die Anlagen weiterhin zu überwachen, um einen unterbrechungsfreien Betrieb zu gewährleisten.

RTUs arbeiten unter der einfachen Prämisse, dass, wenn der Zustand einer Anlage verstanden wird, diese effizient verwaltet und schnell auf Veränderungen reagiert werden kann. In jüngerer Zeit wurden sie in Windkrafttürmen eingesetzt, um die Produktion und nicht den Verbrauch an jedem einzelnen zu überwachen.

Die RTU muss über genügend Kapazität verfügen, um die begrenzte Anzahl von Input/Output (I/O)-Punkten zu verwalten, die an jedem Stromerzeugungsturm erforderlich sind. In der verarbeitenden Industrie bietet Industrial IoT (IIoT) ähnliche Vorteile für eine Vielzahl von Geräten wie Pumpen, Ventile, Kompressoren und sogar Bahnleitungen und Trinkwasser. Aber es gibt Herausforderungen, eine davon ist die Cybersicherheit.

Cybersicherheit und RTUs

Viele industrielle Anwendungen betreffen die öffentliche Sicherheit wie den Transport von Personen oder Gefahrstoffen oder die Herstellung von Lebensmitteln, Getränken und Medikamenten für den menschlichen Verzehr. Die Risiken eines externen Zugriffs auf Kontrollsysteme können die offene Konnektivität verhindern, die ein wesentlicher Treiber für das IoT ist.

Eine weitere Herausforderung sind steigende Datenmengen mit zunehmender Belastung sowohl des Hauptservers als auch der damit verbundenen Kommunikationsnetzwerke.

RTUs sammeln Daten von Sensoren am entfernten Standort und verarbeiten sie für eine sofortige, lokale Reaktion. Es gibt keine Latenz beim Senden von Daten an einen zentralen Server und beim Warten auf dessen Antwort. Es löst auch das Problem von Ausfällen, wenn keine Verbindung zum Hauptserver besteht. RTUs sind autonom und können die lokale Kontrolle über längere Zeiträume ohne Aufsicht aufrechterhalten.

Sie sind auch Datenkonzentratoren, aber das Senden jeder Datenprobe an einen Hauptserver wird eine Kommunikationsverbindung schnell überlasten. Stattdessen minimieren RTUs die Überlastung, indem sie die Daten auf das Nötigste konzentrieren.

Schnellere Antwort mit geringer Latenz

Eine RTU kann zu Alarm- und Kontrollzwecken mehrmals pro Sekunde den Füllstand eines Wassertanks oder die Spannung einer Zugstromleitung abtasten und nur wichtige Details an den Hauptserver senden.

Dadurch wird der Kommunikationsverkehr auf ein Minimum reduziert. Beispielsweise reduziert das Senden einer minimalen, maximalen, durchschnittlichen, gesamten und Standardabweichung für einen Datenpunkt stündlich und nicht jede zweite Stichprobe den Kommunikationsverkehr um 99,9 %. Auf diese Weise können RTUs einen Einblick in die Remote-Systeme geben, wenn so gut wie keine verfügbare Bandbreite verfügbar ist.

Als Analysetools sammeln RTUs Daten von lokalen Sensoren, analysieren sie und reagieren dann auf Veränderungen. Die typischen heute verwendeten Algorithmen beziehen sich auf die Prozesssteuerung, genau wie eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). Im Zuge der Weiterentwicklung des IIoT werden immer mehr und vielfältigere Funktionen entwickelt.

Zum Beispiel der Eisvogel CP-35 führt ein Linux-Betriebssystem auf einem 1-GHz-Prozessor aus.

Dies ist ein erhebliches Maß an Verarbeitungsleistung, das im Feld verfügbar ist und für die Analyse von Daten von einem einzigen Standort aus bestimmt ist. Eine Flotte von 100 solcher RTUs in einem Netzwerk bietet 100 GHz Rechenleistung. Die erste Regel von SCADA lautet, dass die Kommunikation fehlschlägt. RTUs müssen nicht nur autonome Controller sein, sondern auch Datenlogger sein.

Im Offline-Zustand verwaltet eine RTU einen Datenspeicher, der an den zentralen Server gesendet und später hochgeladen wird, sobald die Verbindung wiederhergestellt ist. Die neuesten RTUs können Hunderttausende und möglicherweise Millionen von Ereignissen speichern. Um dies ins rechte Licht zu rücken:100.000 Ereignisse entsprechen einem Stundendurchschnitt von etwa 140 Tagen von 30 entfernten Sensoren.

Im IoT besteht die Rolle eines Edge-Computers darin, Daten vorzuverarbeiten und zu handeln, bevor die Daten an den Hauptserver weitergegeben werden. Dies ermöglicht eine schnellere Reaktion mit geringer Latenz und minimiert den Datenverkehr zwischen dem zentralen Server und dem Edge.

Genau diese Rolle kann eine RTU im IIoT erfüllen. Mit den richtigen Schutz- und Sicherheitsfunktionen können diese Stauminimierer die erste Regel von SCADA, dass die Kommunikation fehlschlägt, so weit wie möglich in Schach halten.

Der Autor ist Craig Abbot, Vertriebsleiter für die Region Asien bei Ovarro .