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Fernwirken
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Unter Fernwirken (auch: Fernwirktechnik oder Telecontrol) wird die Fernüberwachung und -steuerung räumlich entfernter Objekte mittels signalumsetzender Verfahren, von einem oder mehreren Orten aus, verstanden.[1][2]
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Es werden spezielle Datenübertragungsprotokolle genutzt, um die Prozessdaten sicher über Weitbereichsnetze geringer Bandbreite und Übertragungsqualität zu übertragen.
Das Thema ist mit der Telemetrie, Telematik, Teleoperation[3] und Fernwartung verwandt, sowie der Leittechnik und Automatisierungstechnik.
Einsatzgebiete
Beispiele sind:
- Fernsteuerung von betriebs- und haustechnischen Anlagen wie Heizung, Küchengeräten, Videorekordern
- Gefahrenmeldung (Einbruch, Feuer)
- Kontrolle und Steuerung des Energieverbrauchs (Gaszähler, Stromzähler – siehe auch Rundsteuer- und Funkrundsteuertechnik)
- Steuern von Versorgungsnetzen (Strom, Gas, Wasser, Fernwärme) als Teil der Netzleittechnik
- Steuern von Straßenverkehrsanlagen: Ampeln, Straßenbeleuchtung, Taumittelsprühanlagen
- Notruf
- Telemedizin[4]
- Telerobotik[5]
Systembeschreibung
Übertragene Informationsarten
In der Fernwirktechnik werden übertragen:
Systemanforderungen
Solche Dienste sind technisch charakterisiert durch bestimmte Anforderungen an Geräte und Übertragungswege:
- geringe Ausfallwahrscheinlichkeit
- geringe Bitfehlerhäufigkeit
- schnelle Datenübermittlung
- besondere Maßnahmen für Sicherheit und Datenschutz.
Fernwirktechnik (System)
Die Fernwirktechnik gliedert sich in:
- Fernwirk-Unterstellengeräte (die im Prozess bzw. prozessnah installiert sind)
- Fernwirkzentralen (Synonyme: Prozesskoppelsysteme, Fernwirk-Gateways; sind heutzutage prozessfern aufgebaut und werden den Leitsystemkomponenten zugerechnet).
Fernwirk-Unterstellen und -Zentralen sind über WAN-Verbindungen gekoppelt.
Aufbau eines Fernwirkgeräts
Ein Fernwirkgerät besteht typischerweise aus
- vielen verschiedenen Prozessbaugruppen (Schnittstelle zwischen Prozess- und Systembus. Sie passen die Signalpegel an die Prozessbedingungen an. Ihre Funktion besteht in der Analog/Digital-Umwandlung und der Digital/Analog-Umwandlung von Informationen, aber auch in der Summierung von Zählimpulsen.)
- dem Systembus
- der Steuereinheit/Zentraleinheit
- dem Sende-/Empfangskopf, der die Schnittstelle zur Übertragungstechnik bildet.
Wird ein Fernwirkgerät mit mehreren Sende-/Empfangsköpfen ausgestattet, so können auch mehrere Gegenstellen bedient werden. Dazu kann auch über unterschiedliche Fernwirkprotokolle kommuniziert werden.
Protokolle
Es hat in der Vergangenheit mehrfach Versuche gegeben, die Techniken für das Fernwirken zu vereinheitlichen. Diese Versuche waren zunächst nicht erfolgreich. Durch die gemeinsame Spezifikation der IEC-Protokolle durch mehrere Hersteller bildet sich inzwischen eine deutliche Standardisierung bei Neuinstallationen heraus. Durch die relativ hohe Lebensdauer von Fernwirksystemen beträgt die Lebenszeit der Protokolle etwa 10–20 Jahre, so dass auch weiterhin viele alte Protokolle im Einsatz sind.
Aktuell trifft man z. B. folgende Protokolle:
- IEC 60870 mit den Anwendernormen IEC 60870-5-101, IEC 60870-5-104 (aktueller Standard in Europa und Asien)
- IEC 61850: weltweit angewendet für Kommunikation in Schaltanlagen und im Energiebereich
- DNP3.0 (US-Standard)
- FW535/537, SINAUT (Siemens AG),
- Modbus RTU (AEG)
- ODP, Modbus-basiert (Videc GmbH)
- Modnet-1F/SEAB-1F (früher AEG, heute OHP GmbH)
- TG 065, TG 709, TG 80x (früher L&G, heute Siemens AG)
- UNIP (SAE-ELEKTRONIK)
- DULZ/DULU (IDS-Gruppe)
- Ridat (Rittmeyer AG)
- ReSyNet (Phoenix Contact)
- HST TeleMatic, IP-basiertes Protokoll gemäß DWA-M 207 (HST Systemtechnik GmbH)
- MFW-1G (EES - Elektra-Elektronik GmbH & Co Störcontroller KG).
Produktabhängige Leistungsmerkmale sind zum Beispiel:
- ereignisgesteuerte Datenübertragung
- Archivierung anhand von Zeitstempeln
- Überwachung und Visualisierung der WAN-Verbindungen
- automatisches Aufdaten (Aktualisieren) nach Beseitigung von Verbindungsstörungen.
Verwendete TK-Netze (PHY)
Fernwirkanlagen nutzen praktisch alle physikalischen Telekommunikationsnetze (TK), die Datenübertragung ermöglichen, z. B.:
- Standleitungen (Kupferadern und Glasfaser)
- Wechselstromtelegrafie
- Private Funknetze
- Analoges Telefonnetz über Modem
- Digitales ISDN-Netz
- Mobilfunk-Netz (GSM, 900 MHz und 1800 MHz, in Deutschland D-Netz und E-Netz und GPRS)[6]
- Satellitenkommunikation
Richtlinien/Empfehlungen
Siehe auch
- Industrial IoT (IIoT)
- Industrial Control System (ICS)
- OSI-Modell
Literatur
- Heinrich-Karl Podszeck: Trägerfrequenz-Nachrichtenübertragung über Hochspannungsleitungen. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 1971, ISBN 978-3-662-10586-3, doi:10.1007/978-3-662-10585-6.
- Fritz Jörn: Der Telefon-Ratgeber. Franzis Verlag, München 1992, ISBN 3-7723-4751-7.
- Zhijun Li, Yuanqing Xia, Chun-Yi Su: Intelligent Networked Teleoperation Control. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 2015, ISBN 978-3-662-46897-5, doi:10.1007/978-3-662-46898-2 (englisch).
- Dirk W. Hoffmann: Einführung in die Informations- und Codierungstheorie. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 2023, ISBN 978-3-662-68523-5, doi:10.1007/978-3-662-68524-2.