Anwender, die aus der Ferne auf Daten aus Gebäuden, Maschinen oder Anlagen zugreifen wollen, haben ganz unterschiedliche Anforderungen. Während der eine den Fernzugriff nur zur Fernprogrammierung nutzt, will der andere auch noch aus der Ferne steuern und Parameter optimieren. Wieder andere möchten ihre Prozessdaten auf diesem Wege analysieren. Eines haben jedoch alle gemeinsam: Sie wollen möglichst einfach auf die Daten zugreifen, ohne dabei auf ein hohes Maß an Sicherheit verzichten zu müssen. Ideal wäre eine modulare Lösung, bei der sich einzelne Komponenten nach Bedarf ergänzen lassen.

Um aus der Ferne auf die Automatisierungskomponente einer Anlage zugreifen zu können, sollte ihr idealerweise eine feste IP-Adresse zugewiesen sein. Je nach Anwendungsfall ist die feste IP aber teurer, als es der Nutzen rechtfertigt. Aus der Ferne eine VPN-Verbindung zu einem Gerät ohne feste IP herzustellen, ist zwar möglich, aber aufwendig und erfordert (einiges) IT-Know-how, über das nicht jeder (zwangsläufig) verfügt. Schließlich gibt es eine Vielzahl an VPN-Methoden, die nicht miteinander kompatibel sind – etwa PPTP, IPsec/L2TP, openVPN oder TLS/SSL. Der Ansatz von HMS geht daher einen völlig anderen Weg:
Zentrale Komponente des alterna­tiven Konzeptes zum Verbindungsmanagement ist ein cloud-basiertes Datenportal mit dem Namen Netbiter-Argos, das allen Anwendern der Lösung gleichermaßen zur Verfügung steht. Bindeglied zwischen dem Portal und der Automatisierungskomponente im Feld ist das Gateway EC350. Dieses wird vor Ort – also im Gebäude oder der Anlage – über eine serielle oder Ethernet-Schnittstelle mit dem Automatisierungsgerät – zum Beispiel einer SPS – verbunden. Anschließend verbindet sich das Gateway über Mobilfunk oder Ethernet automatisch mit dem Datenportal und sendet in regelmäßigen Abständen alle für die Kommunikation notwendigen Informationen wie etwa seine aktuelle IP-Adresse. Um die erforderliche Sicherheit zu gewährleisten, nutzt es geeignete Verschlüsselungsprotokolle.

Über das Datenportal kann der Anwender jedes Automatisierungsgerät, auf das er aus der Ferne zugreifen möchte, mit einem feststehenden symbolischen Namen erreichen. Er loggt sich im Fernwartungsportal über Standard-Webbrowser ein und erhält automatisch Zugriff auf die entsprechende Komponente. Die aufwendige Suche nach der richtigen IP-Adresse für den Fernzugriff entfällt somit komplett.

Höhere Sicherheit per „TAN-Verfahren“

Im Vergleich zu Site-to-Site-VPN-Lösungen bringt dieser Ansatz verschiedene Vorteile: Während ein Zugriff über VPN oft „alles oder nichts“ bedeutet, lassen sich in der Portallösung Benutzerrechte definieren. Verschiedene Personen können also mit ganz unterschiedlichen Berechtigungen Zugriff auf die Automatisierungskomponente erhalten. Während der eine nur Zugang zur Datenvisualisierung erhält, kann der nächste darüber die Anlage fernsteuern. Selbst Parametrierung oder sogar Programmierung aus der Ferne sind möglich.

Dazu ist ein weiterer Sicherheitsmechanismus implementiert: Mitarbeiter, die fernprogrammieren wollen, müssen sich eigens dafür anmelden und eine Mobilfunknummer angeben. Für jeden Programmiervorgang loggen sie sich dann zuerst im Portal ein und fordern anschließend – ähnlich wie beim Online-Banking – eine Art TAN an, die ihnen per SMS an die angegebene Mobilfunknummer geschickt wird. Erst mit dieser TAN ist es anschließend möglich, die Anlage zu programmieren.

Während bei VPN zu jeder Automa­tisierungskomponente eine eigene Verbindung aufzubauen ist, sind im Portal Automatisierungskomponenten, die gegebenenfalls auch weit verteilt sind, in einem Projekt zusammengefasst. Nach dem Login kann man deren Parameter einzeln steuern und überwachen. Dienstleister, die beispielsweise die Fernwartung mehrerer Gebäude oder Anlagen übernehmen, können sich an zentraler Stelle alle Projekte gleichzeitig anzeigen lassen. Auch Vergleiche – zum Beispiel von Zähler 1 im Gebäude 1 mit Zähler 2 im Gebäude 2 – sind auf diese Weise viel einfacher möglich.

Je nachdem, um welche Daten und Applikationen es sich im Einzelfall handelt, besteht auch die Möglichkeit, die Daten ohne Speicherung im Portal direkt an den Benutzer durchzureichen. In diesem Fall muss sich der Anwender selbst um die Speicherung und Archivierung der Daten kümmern und hat dabei das sensible Thema Datensicherheit vollständig selbst im Griff.

Ein weiterer Vorteil des Portal-Ansatzes besteht darin, dass der Online-Status des Gateways regelmäßig abgefragt wird. Dadurch wird der Spannungsausfall einer Anlage sofort bemerkt, während der Anwender bei der VPN-Lösung davon schlimmstenfalls zuerst einmal überhaupt nichts mitbekommt. Bei einem Spannungsausfall setzt das Portal automatisch einen Offline-Alarm als E-Mail oder SMS ab.

SPS-Fernprogrammierung integriert

Im Unterschied zu Fernzugriffslösungen der SPS-Hersteller arbeitet die geschilderte Lösung herstellerunabhängig, sprich: Es lassen sich damit Steuerungen verschiedener Hersteller ansprechen und in ein gemeinsames Projekt einfügen. Das ist besonders vorteilhaft für Maschinenbauer, die ihre Serienmaschinen und Anlagen je nach Kundenwunsch mit unterschiedlichen SPS-Steuerungen ausrüsten.

Das Fernwartungs-Gateway unterstützt neben GSM/GPRS auch UMTS. Es können fünf verschiedene 3G-Frequenzbereiche genutzt werden.

© HMS

Die Verbindung zwischen dem EC350-Gateway und dem Automati­sierungsgerät erfolgt entweder seriell (RS 232) oder über Ethernet. Für den Zugriff auf die Daten beziehungsweise die Programme der angeschlossenen Automatisierungskomponenten unterstützt das Gateway verschiedene Protokolle und Zugriffsmechanismen.

Damit sich der Anwender nicht mit den Details dieser Kommunikation auseinandersetzen muss, wird bei der Konfiguration der Verbindung das angeschlossene Gerät aus einer Liste freigegebener Steuerungen ausgewählt. Im ersten Schritt unterstützt die Lösung Steuerungen von Siemens (S7-1200-Serie) und Rockwell Automation (ControlLogix-Familie). Für die Fernprogrammierung der SPS-Steuerungen werden die vom jeweiligen SPS-Hersteller vorgesehenen SPS-Programmiersysteme benutzt, also das TIA-Portal für die Siemens-Steuerungen und RSNetworx für die Rockwell-Steuerungen.

Lösung wächst mit den Anforderungen

In Summe beinhaltet die skalierbare Cloud-Lösung also neben dem Gateway einen Daten-Hosting- und Routing-Service sowie ein Webportal als Bedienoberfläche. Eine Einsteiger­lösung kann beispielsweise nur aus dem Gateway und einem Zugriff über das Datenportal für die Fernpro­grammierung der Steuerung in einer Anlage bestehen. Andere Anwendungen fokussieren die Funktionen zur Betriebsdatenerfassung (Erfassung, Speicherung, Trendanalyse, Reporting, Alarmierung) und die mehrstufige Benutzer- und Projektverwaltung.

Drei Anwendungsbeispiele des cloud-basierten Datenportals: Oben eine Alarmdarstellung, unten links die Visualisierung von Trends und rechts Anwendung aus dem Bereich GPS-Tracking.

© HMS

Mit dem Gateway erhält der Anwender zunächst eine kostenlose Basisversion der cloud-basierten Portalservices. Diese beinhaltet ein festgelegtes, maximales monatliches Datentransfer-Volumen für die Fernprogrammierung sowie eine limitierte Anzahl an Datenpunkten und Alarmmeldungen für das Condition Monitoring und Alarmmanagement. Für die intensivere Nutzung der Portalfunktionen stehen abgestufte, kostenpflichtige Zusatzpakete zur Verfügung.

Aber auch in einem anderen Punkt bietet die cloud-basierte Fernüberwachung Flexibilität. So lassen sich mit ein und demselben Portal beliebig viele Projekte verwalten. Wer beispielsweise als Dienstleister verschiedene Liegenschaften oder Anlagen fernüberwacht, muss dazu nicht mehrere Programme parallel betreiben. Vielmehr lassen sich im Datenportal in verschiedenen wählbaren Übersichten zum Beispiel die Alarme aller Projekte gleichzeitig darstellen.

Autor: Michael Volz ist Geschäftsführer von HMS Industrial Networks.

Zentrale Komponente der Lösung

Das cloud-basierte Netbiter-Argos-Portal bildet die zentrale Komponente der Lösung. Cloudbasiert heißt konkret, dass der Portalserver unter einer festen Adresse im Internet betrieben wird und so jederzeit und von überall her erreichbar ist. Das Hosting erfolgt im HMS-eigenen Rechen­zentrum; um die Verfügbarkeit zu erhöhen, werden die Daten nochmals auf externe Server gespiegelt. Im einfachsten Fall arbeitet das Portal nur als Routing-Portal, um dem Benutzer den Verbindungsaufbau zu den dezentralen Anlagen zu erleichtern. Greift der Benutzer auch auf die Funktionen für die Betriebsdatenerfassung zurück, so werden zudem die von den dezentralen Anlagen erfassten Daten im Portal gespeichert. Das erspart es dem Benutzer, sich über den Aufbau eigener Serverlösungen Gedanken machen zu müssen. Über das webbasierte Benutzerinterface lassen sich ohne spezielle IT-Kenntnisse individuell gestaltete Reports, Trendkurven und Alarmlogs erstellen.