Ein Unternehmen der Erdöl- und Gasbranche suchte nach einer Lösung zur verlässlichen Vernetzung entlegener Außenstationen. Mit einem funkbasierten System gelang es, Prozessdaten regelmäßig zu erfassen und in die zentrale Leitstelle zu integrieren – ohne aufwendige Infrastruktur.
Entwickelt hat das System die Schildknecht AG, ein Hersteller und Systemanbieter für Industrie-Datenfunk. Besonders bekannt ist ihr DATAEAGLE-Datenfunksystem für den industriellen Einsatz.
Vernetzung von Außenstellen in Industriebranchen
Das Unternehmen aus der Erdöl- und Gasbranche wollte die außenliegenden Stationen rund um mehrere Werke vernetzen. Ziel des Projekts war es, die Anlagen- und Prozessdaten zu erfassen – etwa Zählerstände, Druck und Temperatur. Die Informationen sollten in der zentralen Leitstelle des Unternehmens zusammenlaufen. Dort wird die gesamte Infrastruktur gesteuert und überwacht. Mit den ermittelten Daten kann das Unternehmen den Betrieb der Anlagen sicherstellen und Abweichungen frühzeitig erkennen.
Wie in der Prozessindustrie üblich, befinden sich die einzelnen Anlagen weit verstreut in einem großen regionalen Bereich. Die Entfernung zwischen den Stationen und der Zentrale beträgt in vielen Fällen einige Kilometer. Das schließt eine Verkabelung aus Kostengründen aus, sodass nur eine Datenübertragung per Industrie-Datenfunk sinnvoll ist. Die typischen IoT-Funktechnologien sind ebenfalls ungeeignet, da ihre Reichweite und Stabilität nicht ausreichen. Der Aufbau eines 5G-Campusnetzwerks wäre zwar theoretisch möglich, ist aber zu kostenintensiv und technisch anspruchsvoll.
Also bleibt in der geschilderten Situation nur der Einsatz von Mobilfunknetzen als Industrie-Datenfunk.
So soll die Lösung aussehen
Das Unternehmen benötigte eine Lösung mit den folgenden Parametern:
- Die Messdaten müssen regelmäßig, zuverlässig und in technisch sinnvollen Intervallen übertragen werden.
- Die Lösung muss ohne eigene Netzwerke oder zusätzliche Infrastruktur auskommen.
- Gefragt sind Robustheit und Flexibilität, um unter diesen Bedingungen effizient und sicher zu funktionieren.
- Wichtig sind auch Skalierbarkeit und Anpassbarkeit der Lösung, da in naher Zukunft weitere Standorte auf diese Weise vernetzt werden soll
Eine zusätzliche Herausforderung ergab sich aus der Art der Vernetzung. Das Unternehmen wollte die Daten nicht in einer Cloud-Lösung verarbeiten, sondern in der bisher benutzten, an die Bedürfnisse des Unternehmens und seiner Werke angepassten SPS. Die Daten sollten via Industrie-Datenfunk in die bestehende Automatisierungsumgebung integriert werden, ohne das Gesamtsystem zu verändern.
Die Herausforderungen im Überblick
- Messwerte mit Industrie-Datenfunk weiträumig erfassen
- Keine durchgängige Funkabdeckung an Außenstellen
- Keine Energieversorgung an Außenstellen
- Lizenzfreie Funklösungen stoßen an Grenzen
Die Lösung: Industrie-Datenfunk statt komplexer Netzwerke
Das Unternehmen wandte sich an die Schildknecht AG, um eine alternative Lösung zu finden. Der Spezialist für Industrie-Datenfunk schlug eine IoT-Lösung auf Basis von Mobilfunk vor. Da es an vielen Standorten keine Stromversorgung gibt, sind akkubetriebene Systeme mit integrierten Solarzellen am besten geeignet.
Hardware und Integration im Detail
Die Sensoren vor Ort sind Standardsensoren für industrielle Anwendungen. Sie erfassen die Werte zyklisch alle 15-30 Minuten und sind an die Gateways in den Außenstationen angeschlossen. Standorte mit Spannungsversorgung nutzen DATAEAGLE 7010, alle anderen den akkubetriebenen DATAEAGLE 7020.
Eine Vorverarbeitung der Daten im Gateway reduziert das Datenvolumen. Darauf sendet es die Informationen via Mobilfunk in die Device Cloud, sammelt sie dort und schickt sie anschließend an ein DATAEAGLE 7050 IoT Edge Gateway, das mit der SPS in der Zentrale verbunden ist. Die einzelnen DATAEAGLE-Komponenten werden in der Cloud verwaltet.
Die übertragene Datenmenge ist gering, nur einige Bytes pro Messpunkt alle 15 bis 30 Minuten. Dadurch sind die Anforderungen an Bandbreite und Netzqualität gering. Ein 2G-Fallback stellt sicher, dass auch in Regionen mit schwacher Netzabdeckung eine Verbindung aufgebaut werden kann. Der konkrete Anwendungsfall ist derzeit auf Deutschland beschränkt. Doch eine internationale Ausweitung ist durch die integrierten eSIMs leicht möglich.
Konkrete Vorteile für den Anwender
Für das Unternehmen bedeutet diese Anwendung von Industrie-Datenfunk eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Status Quo. Insgesamt gibt es die folgenden Vorteile:
- Die Lösung erlaubt eine rasche Inbetriebnahme. In bestehende Systeme wird nicht eingegriffen. Die Nutzer müssen nur Gateways aufbauen und Sensoren anschließen.
- Die beteiligten DATAEAGLE-Systeme lassen sich durch Fernzugriffe aktualisieren und konfigurieren. Zudem gibt es eine Diagnosefunktion für Fehlersuche und Wartung.
- Die Daten aus den verteilten Stationen stehen in der zentralen SPS bereit. Die gesamte Datenerfassung verläuft transparent im Hintergrund.
- Die genutzten Gateways verfügen über integrierte eSIMs mit weltweiter Abdeckung und einem einheitlichen Tarif. Damit arbeiten sie an beliebigen Standorten.
- Die Lösung ist skalierbar, sodass sich auch andere Anwendungsfälle abbilden lassen, etwa SPS-zu-SPS-Kommunikation.
- Die Integration in die Automatisierung erfolgt über bekannte Schnittstellen. Dadurch gibt es keinen Bedarf an Schulungen und IT-Unterstützung.
Das Ergebnis: Industrie-Datenfunk als Brücke zwischen IT und Automatisierung
Die Lösung zeigt, dass moderner Industrie-Datenfunk auch ohne komplexe IT-Anforderungen in bestehende Automatisierungssysteme eingebunden werden kann. Der Kunde profitiert von einer transparent integrierbaren Architektur, die sich nahtlos an die vorhandenen Prozesse anpasst. Die Konfiguration erfolgt durch den Anbieter, sodass keine speziellen Kenntnisse erforderlich sind. Die modulare, standardisierte Architektur ermöglicht eine schnelle Umsetzung bei gleichzeitiger Skalierbarkeit. Damit wird eine Brücke geschlagen zwischen Automatisierungstechnik und IT.
Die Systeme sind sofort einsetzbar und benötigen weder eine eigene Netzwerkinfrastruktur noch tiefes technisches Know-how. Schildknecht hat mit dem Projekt demonstriert, dass IoT-Lösungen auch für traditionelle Industrien ohne IT-Schwerpunkt leicht realisierbar sind. Wer industrielle Außenstationen einfach, sicher und ohne eigenes Funknetz anbinden will, findet in der Schildknecht-Lösung eine sofort einsetzbare und zukunftssichere Option.
Die Ergebnisse im Überblick
- Komplettlösung für Industrie-Datenfunk
- Einheitstarif für weltweite SIM-Karten
- Schneller Einsatz möglich
- Wenig technisches Know-how erforderlich
