Bild 01: Im Zentrum der Anwendung steht die Steuerung PLCnext Control, die alle beteiligten Rollen miteinander vernetzt. Sie ermöglicht eine sichere und normgerechte Kommunikation zwischen der dezentralen Energieerzeugung und dem Netzbetreiber. (Quelle: Phoenix Contact)
In der Automatisierungs- und Leittechnik nehmen sowohl klassische SPS-Systeme als auch Fernwirkanlagen zentrale unterscheiden sie sich deutlich in Aufbau, Anwendungsgebiet und Kommunikationsstruktur. SPS-Systeme sind primär für die lokale Steuerung und Automatisierung von Maschinen und Prozessen konzipiert. Sie finden typischerweise Verwendung in industriellen Produktionsanlagen, der Gebäudetechnik oder in verfahrenstechnischen Prozessen. Charakteristisch für SPS-Systeme ist ihr Echtzeitverhalten mit sehr kurzen Zykluszeiten im Millisekundenbereich. Die Datenübertragung erfolgt in der Regel über industrielle Feldbusse wie Profibus, Profinet oder Ethercat innerhalb eines abgeschlossenen Netzwerks. Der Schwerpunkt von SPS-Systemen liegt auf der Prozesssicherheit und einem deterministischen Verhalten.
Sicherheit durch Verschlüsselung und Redundanz
Fernwirkanlagen sind hingegen für die Fernüberwachung und -steuerung räumlich verteilter Anlagen ausgelegt. Typische Einsatzbereiche stellen die Energieversorgung, Wasserwirtschaft oder Verkehrstechnik dar. Der Datenaustausch geschieht über größere Distanzen mit standardisierten Fernwirkprotokollen wie IEC 60870-5-101/104 [1,2], DNP3.0 [3] oder IEC 61850 [4], häufig über öffentliche oder private Weitverkehrsnetze (WAN), Mobilfunk oder Internet. Aufgrund dieser Übertragungswege ist die Kommunikation zwischen Leitsystem/Gegenstelle und RTU überwiegend ereignisorientiert und weist Latenzen von mehreren Millisekunden bis zu Sekunden auf. Für Überwachungs- und Steuerungsfunktionen reicht dieser Wert aus. Schnelle Schutzfunktionen, wie das Trennen eines Leistungsschalters bei Netzfehlern, werden dagegen lokal innerhalb der Anlage mit Reaktionszeiten von einer bis vier Millisekunden realisiert.
Ein weiterer wesentlicher Unterschied besteht im Bereich der Sicherheits- und Redundanzanforderungen. Während bei SPS-Systemen die Prozesssicherheit und deterministische Abläufe im Vordergrund stehen, fokussieren sich Fernwirkanlagen auf die Übertragungssicherheit und Verfügbarkeit: Die Verschlüsselung sensibler Daten und redundante, oft voneinander unabhängige Kommunikationswege stellen den Betrieb auch bei Netzwerkausfällen sicher. Das ist ein Muss in kritischen Infrastrukturen, um für die gesetzlich geforderte Versorgungssicherheit zu sorgen (Bild 2).
Erweiterung durch branchenspezifische Apps
Mit PLCnext Technology wachsen klassische SPS-Steuerungen und Fernwirktechnik zusammen. Die Plattform vereint das Echtzeitverhalten einer SPS mit den Übertragungsmöglichkeiten einer RTU. Auf diese Weise lassen sich Steuerungs- und Fernwirkaufgaben auf einer gemeinsamen Hardware umsetzen. Das Herzstück der Lösung bilden branchenspezifische Apps, mit denen sich eine SPS gezielt zur RTU erweitern lässt – und das auf Basis offener, international etablierter Standards. Aktuell stehen im PLCnext Store unter anderem Apps für IEC 60870-5-101/104, DNP3.0 und DNP.0 zur Verfügung. Diese Protokolle decken die regional unterschiedlichen Anforderungen der Energiebranche ab:
- IEC 60870-5-101 als herkömmliches Fernwirkprotokoll, das vor allem in Bestandsanlagen verbreitet ist,
- IEC 60870-5-104 als Standard in Europa und Asien, inklusive der Zertifizierung gemäß IEC 62351-3 und -5 (ergänzt um IEC 60870-5-7),
- IEC 61850 (Goose & MMS) zur vorrangigen Anbindung von IED (Intelligent Electronic Devices), inklusive der Zertifizierung nach IEC 62351 -3 und
- DNP3 (IEEE 1815) als dominierendes Protokoll in Nordamerika.
Damit lassen sich auf einer einzigen Plattform regionale ebenso wie funktionale Anforderungen erfüllen – von klassischen Fernwirkaufgaben bis zu sicherheitskritischen Applikationen.