Funknetz für die Wasserversorgung planen: Zentrale, Funkfeld, Leitstelle

Schritt 1: Stationen zählen, nicht schätzen

Die Größe des Netzes entscheidet über die Zentrale. Eine MDP-810 als Funk-Server bedient bis zu 64 Funk-Außenstationen vom Typ RTU-810 (E/A-Funkbaugruppe), TRM-810 (serielles Funkmodem), SS20F (Solar-Funkstation) sowie LIO-Erweiterungsmodule für lokale Ein- und Ausgänge. Zusätzlich fragt sie die GSM/LTE-Baugruppen SS20G und GMO-81 ab – ein Netz kann also von Anfang an gemischt geplant werden.

Zählen Sie pro Station auch die Signale mit. Eine RTU-810 bringt in der Grundausstattung zwei unabhängige serielle Schnittstellen, einen Ethernetport mit 10/100 Mbit/s und einen Port für bis zu 16 Erweiterungsmodule vom Typ PEM mit. Die E/A-Varianten reichen von 16 digitalen Eingängen mit 8 Ausgängen bis zu Kombinationen mit analogen Ein- und Ausgängen, sodass kleinere Stationen ohne eigene SPS auskommen.

Schritt 2: Die Funkgenehmigung bestimmt den Takt

Ob die Zentrale kontinuierlich im Dauerfunk sendet oder die Außenstationen zyklisch im Minutentakt abfragt, hängt an der Funkgenehmigung. Beides beherrscht dieselbe Anlage: Die Unterstationen werden automatisch abgefragt, die Werte landen in Datenbereichen der Zentrale.

Für die Frequenzvorgaben ist die RTU-810 als Software-defined Radio ausgelegt. Sie arbeitet mit 6,25 kHz, 12,5 kHz, 20 kHz und 25 kHz Bandbreite und überträgt größere Datenraten, ohne dafür mehr Bandbreite zu belegen. Wer keine eigene Frequenz beantragen möchte, kommt für kurze bis mittlere Entfernungen mit der RTU-81 im ISM-Band bei 433 bis 434 MHz aus: Mit 10 mW ist sie nicht genehmigungspflichtig und kann als Master die Ein- und Ausgänge von bis zu acht Slave-Geräten austauschen.

Schritt 3: Funkfeld mit abgesetzten Basisstationen

Bei der MDP-810 ist das Funkgerät ein eigenes Gerät. Bis zu acht Basisstationen vom Typ TRM-810H werden per Ethernet abgesetzt betrieben. Das vereinfacht die Funknetzplanung erheblich und hält die Verzögerung klein, die sonst über Relaisstationen entsteht. Reicht es trotzdem nicht bis zur letzten Messstelle, arbeitet die Anlage transparent über eine Relaiskette von bis zu 31 Zwischenstationen.

Die Sendeleistung ist von 0,1 bis 6,0 Watt einstellbar, der Frequenzbereich liegt bei 410 bis 470 MHz. Für die Inbetriebnahme hilft die Feldstärkeanzeige: Die LED-Balkenanzeige zeigt die Feldstärke auf der konfigurierten Frequenz – einschließlich fremder Sender, was sich gut zur Beobachtung von Störern nutzen lässt. Eine Peak-Hold-Anzeige hält den Wert des letzten empfangenen Datentelegramms und blinkt, wenn dieser älter als 15 Minuten ist. Vorkalibriert ist die Anzeige auf -60 bis -115 dBm.

Messstellen ohne Netzanschluss

Grundwasserpegel, Durchflussmengen und druckgesteuerte Hochbehälter liegen selten am Stromnetz. Die Solarstation SS20F bringt Funkgerät, Messtechnik, Laderegler und Akku in einer Baugruppe mit Montagekopf, Antenne und 10-Watt-Solarpaneel zusammen. Der mittlere Stromverbrauch der Einheit liegt bei etwa 4 mA, das Paneel ist damit rund 100 Prozent überdimensioniert; bei vollen Akkus läuft die Station auch ohne Sonne drei bis vier Wochen weiter.

Für die Betriebsart gibt es zwei Wege: Der integrierte Datenlogger speichert Viertelstundenwerte bis zu vier Wochen und überträgt je Funkzugriff maximal acht Datensätze, oder die Station meldet im Onlinebetrieb die aktuellen Binär- und Analogsignale – zum Beispiel bei der Hochbehälterbefüllung. Die Funkzyklen sind auf 5, 10, 15, 30 oder 60 Minuten einstellbar. Das Gehäuse ist Alu-Druckguss in Schutzart IP-65, der Temperaturbereich reicht von -20 °C bis +70 °C.

Anbindung ans Leitsystem: Modbus/IP einplanen

Weil die Zentrale alle Werte zwischenpuffert, greifen Automatisierungsgeräte und Leitsysteme lesend und schreibend auf Datenbereiche zu und müssen sich nicht um das Funkhandling kümmern. Über die serielle Schnittstelle läuft dabei Modbus-RTU, als Schicht 1 wahlweise 3964R oder Timeout.

Bei neuen Funknetzen empfehlen wir, den Zugriff über Ethernet und Modbus/IP zu planen. Viele Steuerungen – unter anderem S7-1200 und S7-1500 – haben Ethernet und das Protokoll bereits an Bord, was gegenüber einem zusätzlichen CP-Baustein die günstigere Lösung ist. Für windowsbasierte Programme steht ein OPC-Server zur Verfügung.

Praktisch ist das integrierte Rangierfeld: Bis zu 300 Verknüpfungen verdrahten die Daten der Außenstationen virtuell untereinander oder geben sie über PEM-Module als binäre und analoge Signale aus. So lassen sich Werte zwischen Stationen austauschen oder parallel zum Leitsystem visualisieren und überwachen.

Störungen sehen, bevor jemand anruft

Ein integrierter Protokoll-Logger zeichnet Unregelmäßigkeiten im Funkverkehr auf: bis zu 400 Ereignisse mit Zeitstempel, vom Ausfall einer Station bis zum Absinken der Feldstärke. Der Funk-Monitor lässt sich über die Ethernetschnittstelle auch im laufenden Betrieb mitlesen – damit wird im Störungsfall sichtbar, an welcher Stelle der Funkstrecke es klemmt.

Störmeldungen kommen unabhängig vom Leitsystem heraus: über Erweiterungsmodule oder über das GSM/LTE-Modul, das in der MDP-810 integriert ist und als Störmelder arbeitet.

Redundanz und der Weg vom Altgerät

Wo ein Ausfall nicht hingenommen werden kann, lassen sich mit zwei MDP-810 und zwei TRM-810-Basisstationen redundante Funknetze aufbauen; Funkrouten, Basisstationen und MDP-Baugruppen gehören dann gemeinsam zum Redundanzkonzept.

Bestehende Anlagen müssen dafür nicht neu konfiguriert werden. Die MDP-810 ersetzt die MDP-310.200 mit allen Funktionen und liest per Clone-Funktion über die serielle Schnittstelle deren komplette Konfiguration aus – die neue Zentrale ist damit in wenigen Minuten betriebsbereit. Zu beachten ist nur, dass der AUX-Port entfällt; er diente ausschließlich zum Programmieren und Konfigurieren. Auch auf Seiten der Außenstationen bleibt Bestand nutzbar: Die RTU-810 ist mit den älteren Geräten der Reihen RTU-7xx und TRM-7xx voll kompatibel.

Die technischen Daten aller genannten Geräte stehen bei den Funk-Modems im Produktprogramm, die Broschüren und Datenblätter im Downloadbereich.