Steuern im privaten Funknetz

In den Versorgungsnetzen der Zukunft ist zuverlässige Kommunikation unerlässlich. Foto: succo/pixabay

Das 450MHz-Kommunikationsnetz bietet viele Vorteile für die Datenübertragung im Smart Grid. SAE IT-systems hat ein passendes Fernwirkgerät entwickelt.

Mit der neuen Hardware können zahlreiche Anlagen über eine 450 MHz-Funkzelle kommunizieren. Foto: SAE IT-systems

Das Versorgungssystem der Zukunft wird aus Millionen dezentraler Einheiten bestehen, die praktisch ununterbrochen miteinander in Verbindung stehen. Insbesondere gilt es, eine immer größer werdende Anzahl von Energieerzeugern, -verbrauchern und -anlagen ins System zu integrieren und zuverlässig zu steuern. Entsprechend hoch sind die Anforderungen der Netzbetreiber an die Sicherheit und Zuverlässigkeit ihres Kommunikationsnetzes. Für die Anlagen im Smart Grid stehen zumeist noch keine festen Kommunikationswege bereit. „Viele Anwender greifen auf die klassischen Mobilfunknetze zurück“, weiß Günter Kurtenbach, Leiter der Softwareabteilung und Funknetzexperte bei der SAE IT-systems. Die SAE ist unter anderem auf Fernwirktechnik und Datenkommunikation spezialisiert. „Die Effektivität der etablierten Netze in diesem Einsatzbereich steht und fällt allerdings mit deren Verfügbarkeit“, so Kurtenbach. Viele Fachleute, darunter auch der VDE (Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik) empfehlen daher branchenspezifische Funknetze im 450 MHz Frequenzband als Lösung der Wahl.

Das 450 MHz- Frequenzband

Das 450 MHz-Frequenzband ist ein weltweit aktives Mobilfunkspektrum. Die Technologie bietet eine hervorragende Gebäudedurchdringung bis in Kellerräume hinein und, dank der niedrigen Frequenz und damit großen Wellenlänge, eine besonders hohe Reichweite von bis zu 80 Kilometern. Entlegene Regionen und sonst nur schwer zugängliche Bereiche können so zuverlässig erreicht werden. „Damit kann eine wirklich flächendeckende Kommunikation zwischen den Komponenten der Versorgungsnetze und deren Steuerungen erzielt werden“, sagt Günter Kurtenbach. Aufgrund seiner großen Zellstruktur erfordert das Netz zudem viel weniger Sendeanlagen als die etablierten Mobilfunknetze (GPRS, UMTS, LTE) – ein Faktor, der sich positiv auf die Kosten für den Ausbau und die Nutzung der Technologie auswirkt.

Insbesondere aber haben Anwender die Möglichkeit, private Funkzellen aufzubauen und private Funkstationen und Masten eigenverantwortlich zu betreiben. Dies bietet erhebliche Vorteile. So zeichnen sich private Netze grundsätzlich durch eine deutlich höhere Verfügbarkeit aus, da die Kommunikationswege nicht von anderen Nutzern, zum Beispiel bei Großveranstaltungen, negativ beeinflusst werden können. Zusätzlich können Anwender ihre privaten Funkzellen in Eigenverantwortung puffern, um die Funktionsfähigkeit der Kommunikationsinfrastruktur auch bei einem Spannungsausfall sicherzustellen. Verschlüsselungen und sichere Anmeldeszenarien erhöhen überdies das Sicherheitslevel eines privaten Kommunikationsnetzes. „Damit sind diese Netze für die Kommunikationsanforderungen der zunehmend dezentral ausgerichteten Energiewirtschaft strukturell perfekt geeignet“, sagt Günter Kurtenbach.

Dies gilt auch mit Blick auf die typischen Kommunikationsanforderungen in der Versorgungsbranche, wo üblicherweise viele kleinere „Pakete“ von Daten und Steuerbefehlen in größeren zyklischen Abständen, etwa als 15-Minuten-Werte übermittelt werden müssen. Günter Kurtenbach: „Auch hierfür ist das 450 MHz- Band optimal, da das Netz einen Schlafmodus bietet, bei dem die Stationen die Funkstrecke nicht permanent ,belegen’, sondern nur zum Zeitpunkt der Datenübertragung.“ Dadurch kann eine hohe Anzahl Stationen angeschlossen werden, die das Netz nur im Bedarfsfall nutzen. „Im Umkehrschluss ist das Netz bei Anschluss vieler Stationen für eine dauerhafte Übertragung, zum Beispiel von Sekunden- Werten, weniger gut geeignet“, ergänzt Kurtenbach. Ein weiteres Feature ist die hohe Flexibilität: die PPP-Kopplung ermöglicht die freie Wahl des Übertragungsprotokolls. Zudem können, wie im LAN, weitere Dienste parallel genutzt werden.

Fernwirktechnik für das 450 MHz-Netz

In den Versorgungsnetzen der Zukunft ist zuverlässige Kommunikation unerlässlich. Foto: succo/pixabay

Damit Netzbetreiber, Versorger und Stadtwerke dieses neue Kommunikationsnetz effektiv und netzdienlich nutzen können, hat SAE IT-systems nun Fernwirksystem und 450 MHz-Modul in einem Gerät vereint. Auf der E-world 2018 in Essen wird das FW-5- GATE-450 erstmalig vorgestellt. Dirk Peters: „Als Feldgerät bietet das FW-5-GATE-450 die volle Performance der zukunftsorientierten Technologiestufe series5e.“ Als konkrete Pluspunkte nennt der Abteilungsleiter der Hardwareentwicklung bei SAE IT-systems die hohe Performance, die eine schnelle Netzwerkkommunikation und Prozesspunktbehandlung gewährleistet.

Hinsichtlich der IT-Sicherheit entspricht das Gerät den aktuellen Anforderungsprofilen des BDEW-Whitepaper sowie den Empfehlungen des BSI. Zu den zahlreichen Zusatzfunktionen des FW-5-GATE-450 gehören beispielsweise erweiterte Diagnosemöglichkeiten.

„Das Alleinstellungsmerkmal ist die Symbiose von Fernwirkgerät und 450 MHz-Funkmodul“, erklärt Dirk Peters. Durch diese Kombination will SAE IT-Systems den Anwendern die Bewältigung anspruchsvoller Kommunikations- und Automatisierungsanwendungen über das 450 MHz-Kommunikationsnetz mit allen Funktionen und Sicherheitsmerkmalen moderner Fernwirktechnik ermöglichen. Das Mengengerüst kann mit bis zu zwölf steckbaren Erweiterungsbaugruppen wie E/A-Erweiterungen oder Schnittstellenmodulen erweitert und an die Anforderungen verschiedener Anwendungen angepasst werden. „Selbstverständlich unterstützt das System alle markttypischen Kommunikationswege und Protokolle wie IEC-104, IEC-101, Modbus RTU/TCP sowie IEC 61850 und bietet alle relevanten Fernwirkfeatures der etablierten net-line Produktreihe wie komfortablen Rangierungen, flexible SPS-Funktionalität oder die Möglichkeit zur einfachen Einbindung externer Komponenten“, erläutert Dirk Peters.

Das FW-5-GATE-450 ist Fernwirkgerät und 450 MHz-Modem in einem. Foto: SAE IT-systems

So ausgestattet kann das FW-5-GATE-450 in den unterschiedlichsten Anwendungsfällen genutzt werden:

  • Stations- und Feldgerät in Ortsnetzstationen und Mittelspannungsschaltanlagen
  • Regelgerät für Verteilnetzautomatisierung und Einspeisemanagement nach EEG
  • Überwachungs- und Steuerungsgerät für Versorgungs- und Entsorgungswirtschaft sowie die Industrie
  • Erfassungs- und Kommunikationssystem oder Protokollwandler in Verkehr und Infrastrukturanwendungen

Durch die Montage auf DIN-Hutschienen und die besonders kompakte Bauform kann das Gerät direkt im Schrank verdrahtet und auf kleinstem Raum eingesetzt werden. Die Parameter für den Netzzugang und die Authentifizierung werden vorgegeben und im System vorkonfiguriert; eine SIM Karte ist nicht notwendig. Für eine gesicherte Datenverbindung zur Netzleittechnik stehen zwei Optionen bereit:

  1. Die verschlüsselte Anbindung über einen VPN- Tunnel. Hierbei stehen die aktuell sichersten Authentifizierungssowie Verschlüsselungsverfahren und Hash Algorithmen zur Verfügung.
  2. Die Kommunikation mittels verschlüsselter TLS-Protokolle über einen GRE-Tunnel.

In beiden Fällen wird die Verbindung mit Triple-A (Authentication Authorization Accounting) sowie PPP-Authentifizierung aufgebaut.

SAE IT-systems Stand 6-321

Kontakt: SAE IT-systems GmbH & Co. KG, Matthias Schuster, 50767 Köln, Tel. +49 (0)221 59808-0, Matthias.schuster@sae-it.de

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