Applikationen einer sicheren Anlagenfernwartung Effektivere Fernwartung durch schlüsselfertige Anwendungen

Die Anlagenfernwartung hat sich in den letzten Jahren im Maschinen- und Anlagenbau etabliert. Die Vorteile einer kostengünstigen Möglichkeit zur Erhöhung von Anlagenverfügbarkeiten, Kosteneinsparungen im Personalwesen, sowie die Fähigkeit global zu operieren, machen dieses Werkzeug für viele Unternehmen unverzichtbar. Der Aspekt der Datensicherheit wird seit Einführung des Internets und dessen Nutzung für Teleservicedienste schon immer groß geschrieben. Eine Möglichkeit, die Kommunikation zu sichern, ist die Verwendung von Zertifikaten nach dem X.509 Standard und eine TLS-basierte Verschlüsselung der Kommunikationskanäle. Der Aufbau einer gesicherten Verbindung sieht wie folgt aus: Nachdem sich der Client beim Server mittels seines Zertifikates authentifiziert hat, wird ein VPN-Tunnel aufgebaut, durch den der verschlüsselte Datenverkehr geleitet wird. Nun ist es möglich, auf entfernte Geräte zuzugreifen, die über eine Ethernet-Schnittstelle verfügen. Dies sind beispielsweise Steuerungen, Touchpanels oder Frequenzumrichter. Solche Fernwartungslösungen sind heutzutage vielerorts Standard und werden in einer Vielzahl von Produkten angeboten. Dabei beschränkt sich die Nutzung der Hardware, die für die Fernwartung notwendig ist, meistens allein auf den Zweck der sicheren Verbindung zwischen Servicezentrale und Anlagennetz. Die eigentlichen Werkzeuge zur Fernwartung und Diagnose sind nicht im Fernwartungssystem implementiert, sondern Anwendungen, die lediglich den gesicherten Kommunikationskanal für Ihre Aufgaben nutzen. Einen Schritt weiter gehen Das Ziel der eurogard GmbH ist es, den klassischen Fernwartungszugang mit sinnvollen Funktionen so zu erweitern, dass die Investition in die Hardware eine bessere Wertschöpfung bringt. Durch die Implementierung neuer Funktionen soll dem Anwender die Möglichkeit gegeben werden, seine Anlage mithilfe des Fernwartungssystems zu optimieren. Für eine solche Optimierung bietet sich insbesondere die Anforderung der Anlagenverfügbarkeit an, da der wirtschaftliche Erfolg von produzierenden Unternehmen direkt abhängig ist von der Einsatzbereitschaft der Produktionsanlagen. Stillstandszeiten, die hauptsächlich auf Anlagenstörungen und Wartungen zurück zu führen sind, können durch den Einsatz eines optimierten Fernwartungssystems reduziert werden. Durch die Vernetzung mit den Automatisierungskomponenten besitzt das Fernwartungssystem bereits den Zugriff auf eine Vielzahl von Anlagenparametern und damit die Möglichkeit, Prozesse zu beeinflussen. Wie dieses bisher ungenutzte Potenzial ausgeschöpft werden kann, wird im Folgenden am Konzept der Secure Service Applications beschrieben. Es handelt sich um ein sicheres Fernwartungssystem, in das schlüsselfertige Applikationen zur Anlagenoptimierung implementiert sind. Die Basis: Server & Router Die Basis des Fernwartungssystems bilden der ServiceRouter V2 und der ServiceServer. Dabei wird der Router direkt vor Ort an der Anlage installiert. Er stellt durch seine Schnittstellen den Zugangspunkt für das Remote-Netzwerk dar. Die Schnittstellen sind so konzeptioniert, dass sowohl eine Einbindung in eine bestehende Netzwerkinfrastruktur, als auch der autarke Betrieb des Systems möglich ist. Soll der Router in ein bestehendes Netzwerk integriert werden, so ist dies via Ethernet-Kabel oder WLAN möglich. Soll der Router dagegen unabhängig von vorhandenen Netzwerkstrukturen betrieben werden, stehen ein integriertes UMTS/GPRS-Modem und der Anschluss an einen DSL-Anschluss via PPPoE zur Auswahl. Das Gegenstück zum ServiceRouter bildet der ServiceServer, der zentral alle Verbindungen zu den entfernten Hosts verwaltet. Je nach Typ ist der Server in der Lage, bis zu 500 Router und die daran angeschlossenen Geräte in skalierbaren Kundennetzwerken zu organisieren. Alle Geräte, die einem Kundennetz zugeordnet sind, verhalten sich trotz räumlicher Trennung so, als wären sie in einem gemeinsamen LAN. Dabei ist es nicht möglich, von einem Kundennetz auf Geräte innerhalb eines anderen Kundennetzes zuzugreifen. Der Zugriff auf die entfernten Geräte ist generell erst nach erfolgreicher Authentifizierung anhand von Zertifikaten möglich. Der gesamte Datenverkehr wird ab diesem Zeitpunkt durch den Aufbau eines VPN-Kanals gesichert. Applikation 1: Störmeldesystem Bei Auftreten eines Störfalles sollte die Reaktionszeit so gering wie möglich gehalten werden. Voraussetzung dafür ist ein gut ausgestattetes Alarmierungssystem, das die entsprechenden Personen unabhängig von Uhrzeit und Aufenthaltsort über das Problem in Kenntnis setzen kann. Zu diesem Zweck ist der ServiceRouter V2 mit vier digitalen Ein- und zwei digitalen Ausgängen in Verbindung mit einem konfigurierbaren Störmeldesystem ausgestattet. Über die digitalen E/As können bis zu 16 verschiedene Meldungen detektiert und bis zu vier Aktionen ausgegeben werden. Das Störmeldesystem, das über eine Weboberfläche parametriert werden kann, entscheidet anhand des Zustandes der E/As, welche Aktionen ausgeführt werden sollen. Das System verfügt über ein interaktives Eskalationsmanagement, das in der Lage ist, einen bestimmten Nutzerkreis über die anstehenden Meldungen via SMS und/oder E-Mail zu informieren. Antwortet der Benachrichtigte innerhalb einer festlegbaren Zeit nicht auf das Ereignis, wird automatisch der nächste Nutzer benachrichtigt, bis letztendlich auf das Ereignis reagiert wird. Die Antwort eines Nutzers kann beispielsweise eine Fernquittierung der Störungsursache über den digitalen Ausgang auslösen. Die Nutzung eines professionellen SMS-Portals ermöglicht den dezentralen SMS-Versand. Applikation 2: Energiedatenerfassung Das kontinuierliche Erfassen von Prozessdaten mit einer komfortablen Auswertungsmöglichkeit gewinnt immer mehr an Bedeutung. In allen Bereichen nimmt der Einsatz von Systemen zu, die über Schnittstellen zur Datenerfassung verfügen. Bei der Energiedatenerfassung kommen Systeme zum Einsatz, die das manuelle Ablesen von Zählern automatisieren und den damit verbundenen Aufwand deutlich minimieren. Über eigene Bussysteme, wie z.B. den M-Bus, sind Zähler für verschiedene Medien vernetzt und dies meist für ganze Gebäudekomplexe. Ein Zugriff auf die wertvollen Daten ist somit ohne viel Aufwand möglich. Wird dieser Zugriff automatisiert und die Daten anschließend evaluiert, können Energieverbräuche optimiert werden, indem sie mit anderen erfassten Variablen verknüpft werden. Optimierungen bieten sich ebenfalls während der Inbetriebnahme und in der ersten Betriebszeit von Anlagen an, da der Prozess erst noch an die Umgebungsbedingungen angepasst werden muss. Die Secure Service Applications beinhalten eine integrierte Prozessdatenverarbeitung mit Auswertesoftware. Diese stellt den Ausgangspunkt für eine erfolgreiche Evaluierung von Daten zur Verfügung. Die Prozessdaten, sowohl analoge als auch digitale, werden zyklisch erfasst und dezentral gepuffert. Dies kann entweder durch die Software Remlogg direkt im Arbeitsspeicher der SPS oder in einer relationalen Datenbank auf dem Router geschehen. So werden Datenverluste vermieden und ein unterbrechungsfreier Datenpool gewährleistet. Die Daten zwischen dem entfernten Gerät und dem Server werden beim Aufbau einer gesicherten Verbindung synchronisiert und in einer SQL-Datenbank gespeichert. Die Adresse dieser Datenbank ist wahlfrei, um beliebigen Anwendungen Zugriff auf die Prozessdaten zu ermöglichen. Das eurogard-Tool ermöglicht die Evaluierung der gespeicherten Daten. Anhand von Templates ist es möglich, Daten von verschiedenen Anlagen zu konditionieren und zur Auswertung vorzubereiten. Um Ereignisse und deren Zusammenhänge besser darstellen zu können, werden die digitalen Daten in einem Meldesystem verarbeitet und zeitlich mit der Kommt- bzw. Geht-Information versehen. Das Meldesystem bietet zudem verschiedene Statistik-Funktionen. Die Auswertung der analogen Daten erfolgt in x-t-Diagrammen. So können verschiedene Prozessvariablen zeitlich verknüpft dargestellt werden, um den Zusammenhang von Ursache und Wirkung zu veranschaulichen. Die Einbindung der digitalen Signale in Form von Rechteckimpulsen kann weitere wichtige Schlüsse liefern. Die Daten werden in Form von anwenderspezifischen Protokollen aufbereitet. Applikation 3: Condition Monitoring Die Vorausfalldiagnose spielt für Anlagenbetreiber eine immer wichtigere Rolle, da sie vor einem eventuell anstehenden Bauteildefekt warnt und einen planbaren Stillstand ermöglicht. Dieser fällt i.d.R. deutlich kürzer aus als ein störungsbedingter Stillstand, sodass Stillstandszeiten minimiert, Fachkräfte gezielter eingesetzt und letztendlich Kosten gespart werden können. Um die Vorteile von Condition Monitoring nutzen zu können, setzen die Secure Service Applications an zwei verschiedenen Punkten an. Zum einen können im ServiceRouter V2 Schwellenwerte für bestimmte Analogwerte festgelegt werden. Bei deren Überschreitung kann das Störmeldesystem genutzt werden, um den Betreiber über die aktuelle Entwicklung zu informieren. Zum anderen können mittels Remlogg zyklisch geloggte Daten auf dem ServiceServer ausgewertet werden, um negative Tendenzen von Anlagenbauteilen detektieren zu können, wie beispielsweise transiente Zustandsänderungen. Fazit Das Potenzial der Zugriffsmöglichkeit auf eine vernetzte Anlageninfrastruktur anhand von sicheren Fernwartungssystemen sollte erschlossen und genutzt werden. Gerade in Puncto Anlagenverfügbarkeit und Prozessoptimierung bieten moderne Fernwartungssysteme Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung und damit letztendlich zur Kosteneinsparung. Die Systeme der eurogard GmbH kombinieren eine sichere Fernwartung mit den Vorteilen des Konzepts der Secure Service Applications.