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Fernüberwachung

Einführung zum Thema Prozessfernüberwachung und Prozessfernsteuerung



Die Ethernet- bzw. Internetbasierte Datenüberwachung eröffnet der Mess- und Regelungstechnik für Prozesse neue Fähigkeiten und beispiellose Zugangsmöglichkeiten. Durch die Verwendung standardmäßig verfügbarer Prozesssensoren wie Thermoelemente oder PT100-Fühler, Drucktransmitter, Durchflussmesser oder andere Sensoren mit analogem Standardausgang oder Logikausgang lassen sich Daten an fast jedem Standort überwachen, steuern oder aufzeichnen - sei es quer durch eine Werkshalle, auf der gegenüberliegenden Straßenseite, am anderen Ende der Stadt oder irgendwo auf der ganzen Welt.

Die Möglichkeiten des Internets verschaffen dem Begriff „Fernüberwachung“ eine neue Bedeutung. Mit ethernetbasierten, internetverbundenen Geräten ist ein Fernzugriff überall dort möglich, wo ein Smartphone auf Empfang gehen kann. Von der einfachsten Anwendung, wie dem Betrachten von Daten durch den Webbrowser Ihres Smartphones, Blackberrys oder Laptops bis zu komplexeren Anwendungen, wie dem Senden einer Text- oder E-Mailnachricht bei Auftreten eines Alarms oder dem Übermitteln einer Datenloggerdatei über das Internet aus einem entfernten Standort in das heimische Büro. Ein Anwender kann auf diese Daten jederzeit und von überall, wo ein Internetzugang besteht, zugreifen, 24 Stunden am Tag und 365 Tage im Jahr.

Die ethernetbasierten Systeme bieten dem Bediener einer Anlage einen hohen Überwachungskomfort. Die Anzeigen im Webbrowser geben Auskunft über den Betriebszustand der mess- und regelungstechnischen Prozesssysteme der überwachten Anlage, die eine beliebige Größenordnung aufweisen kann. Viele Geräte sind heute in der Lage, Daten auf einer SD-Karte aufzuzeichnen; diese Daten lassen sich direkt mit einem Computer auslesen oder von einem externen Gerät über ein Ethernetnetzwerk oder das Internet herunterladen.

Um einen Eindruck von den Fähigkeiten dieser Geräte zu bekommen, betrachten wir die folgende Anwendung: Die Überwachung des Warenlagers eines Unternehmens. Erforderlich ist eine Überwachung (und Aufzeichnung) der Temperatur, der Feuchte und eventuell sogar hinsichtlich der Sicherheit. Dank autonomer Geräte wie dem iSD-TH mit eingebauten Sensoren lassen sich die Temperatur, die Feuchte und auch der Taupunkt überwachen, ohne dass jemand vor Ort anwesend sein muss. Zwei auf gängige Alarmsensoren wirkende Schließkontakte sorgen für eine Alarmweiterleitung, wenn eine Tür geöffnet wird, eine Fensterscheibe zerbricht oder ein Sprinkler ausgelöst wird. Als Alarmmeldung kann das iSD-TH eine E-Mail oder eine Verteilerliste versenden; ebenso kann es eine Kurznachricht an ein Smartphone senden. Mit einer Kamera mit IP-Adresse oder einer Webcam lässt sich das Geschehen im Warenlager auf dem Computer beobachten.

Die iServer-Technologie

Mit der iServer-Technologie schafft Omega neue technische Möglichkeiten zu akzeptablen Preisen. Die Einrichtung und Verwendung des iServers erfolgt schnell und unkompliziert. Als Voraussetzung ist lediglich ein Ethernetnetzwerk erforderlich; wenn dieses Netzwerk einen Internetzugang besitzt, erledigt der iServer alles Weitere. Der iServer unterstützt alle neun Internet- und Netzwerkstandardprotokolle, damit ist für ein automatisches Einrichten und Konfigurieren vorgesorgt. Der Zugriff auf den iServer erfolgt über einen Standardwebbrowser. Der iServer erledigt alles selbst, unabhängig vom vorhandenen Computertyp und der Betriebssystemversion. Zur Anzeige der aktuellen Einstellungen, zum Ändern dieser Einstellungen oder zum Verwenden der eingebauten Hilfefunktionen können mit dem Terminalemulationsprogramm einfache Textbefehle an den iServer gesendet werden. Wenn in dem Netzwerk ein PC mit Microsoft Outlook vorhanden ist, kann der iServer darüber E-Mails oder Textnachrichten versenden.

Der Vorteil bei der Verwendung von Internetstandardprotokollen ist, dass es unkompliziert und problemlos funktioniert. Dabei ist ohne Bedeutung, welcher Computer bzw. welches Smartgerät und welches Betriebssystem verwendet wird, allein ein funktionierendes Standardinternet muss bereitstehen. Um in wenigen Minuten einsatzbereit zu sein, ist keine weitere Software erforderlich. Auch zusammen mit jedem Smartphone mit Internetzugang ist die Funktionalität gegeben. Unabhängig von dem verwendeten Mobilgerät, ob iPhone, Blackberry oder androidbasiertes Gerät, ist lediglich ein Internetzugang und ein eingebauter Browser erforderlich.

Eine Lösung für jede beliebige Anwendung

Als Komplettlösung für jede Herausforderung bietet OMEGA eine vollständige Auswahl an Produkten mit Ethernetschnittstelle an. Unsere ethernetbasierten Produkte stehen für Sie bereit, vom einfachsten Kommunikationskonverter bis zur anspruchsvollsten drahtlosen Produktlinie; für den Endanwender gestaltete Produkte, die nicht von Ihren wesentlichen Unternehmenszielen ablenken; unsere Produkte sind mit dem Anspruch konstruiert, effektiv im Hintergrund zu wirken. Unsere Produkte mit Ethernetschnittstelle lassen sich nach der Funktion in unterschiedliche Kategorien einordnen; jede wird unten ausführlich beschrieben.

Kommunikationskonverter

Der EIT iServer MicroServer™ ist ein bequemes Werkzeug für die Konvertierung der seriellen Kommunikation (RS232 oder RS485) im Ethernet. Damit wird der Zugriff auf ein serielles Gerät innerhalb eines Netzwerks in wenigen Minuten hergestellt; Benutzer des Netzwerks können auf das Gerät über einen Standardwebbrowser, einen Terminalserver oder sogar einen Router (sofern der Zugriff auf den Router über das Internet möglich ist) zugreifen. Der EIT unterstützt die Standardnetzwerkprotokolle, sodass ein schnelles und unkompliziertes Einrichten und Betreiben möglich ist. Der EIT unterstützt auch Modbus® TCP/IP, sodass auch ein Einsatz in modbusbasierten Umgebungen möglich ist. Der EIT ist in drei Versionen verfügbar: EIT-W als Modell für die Wandmontage oder als Tischgerät; EIT-D für die DIN-Schienenmontage in der Industrie; EIT-PCB als auf einer Leiterplatte basierendes Produkt, das sich in Erstausrüsterprodukte einbauen lässt, um diese bei vorhandener serieller Schnittstelle um eine Ethernetschnittstelle zu erweitern.

Lokale Überwachungssysteme

Die für zahlreiche Anwendungen geeignete iServer-Technologie lässt sich in Laboren, Reinräumen, Museen, Warenlagern, Computerräumen, Krankenhäusern, Gewächshäusern sowie in der Nahrungsmittelverarbeitung und -lagerung, der Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik, Produktionsstätten der Pharma- und Elektronikbranche und vielen weiteren Anwendungsumgebungen einsetzen.

Je nach spezifischer Anwendung lassen sich Messungen aus der folgenden Aufzählung überwachen und überall im angeschlossenen Ethernetnetzwerk verfügbar machen: Umgebungstemperatur, Feuchte, Taupunkt, Luftdruck und/oder Gasdruck (reiner, trockener, nicht korrosiver Gase) oder ein Thermoelement oder andere Prozesssensoren (Druck, Durchfluss usw.) mit analogem Spannungs- oder Stromausgang oder Logikausgang. Die schnelle und unkomplizierte Konfigurierung des iServers kann entweder von einem beliebigen Computer im Netzwerk aus mit einem Webbrowser oder mit der iConnect-Software für Windows (diese steht zum freien Download auf omega.de zur Verfügung) erfolgen. Bei Bedarf kann auch ein Terminalemulationsprogramm verwendet werden.

Die folgende Liste enthält die verfügbaren Überwachungsgeräte für den iServer™ zusammen mit einer kurzen Beschreibung:
  • iSD-TH: Kompakte, wandmontierbare Einheit für die lokale Temperatur- und Feuchteüberwachung. Mit großer LCD-Anzeige mit Echtzeituhr, Anschluss für Webcam/IP-Kamera (separat verfügbar), SD-Flashspeicherkarte mit Fernabruf, zwei Eingangskontakte für Alarm- oder andere Überwachung, zwei Alarmrelais.
  • iSD-TC: Ähnlich dem iSD-TH, diese Einheit besitzt zwei Thermoelementeingänge zur Temperaturüberwachung. Mit großer LCD-Anzeige mit Echtzeituhr, Anschluss für Webcam/IP-Kamera (separat verfügbar), SD-Flashspeicherkarte mit Fernabruf, zwei Eingangskontakte, zwei Alarmrelais.
  • iBTX: Für die Messung von Umgebungstemperatur und Luftdruck, Gehäuse entweder wandmontierbar (mit optionalem Display) oder in Industrieausführung für die DIN-Schienenmontage.
  • iBTHX: Für die Messung von Umgebungstemperatur, Feuchte, Taupunkt und Luftdruck. Sowohl wandmontierbar als auch für die DIN-Schienenmontage verfügbar.
  • iTHX: Für die Messung von Umgebungstemperatur, Feuchte, Taupunkt. Sowohl wandmontierbar (mit optionalem Display) als auch für die DIN-Schienenmontage verfügbar.
  • iPTX: Für die Messung von Druck und Temperatur eines sauberen, trockenen, nicht korrosiven Gases. Sowohl wandmontierbar als auch für die DIN-Schienenmontage verfügbar.
  • iTCX: iServer Microserver™ für die Temperaturmessung mit zwei Thermoelementen. Programmierbar für die Verwendung mit einer von 10 Thermoelementkalibrierungen. Sowohl wandmontierbar als auch für die DIN-Schienenmontage verfügbar.
  • iFPX: Frequenz- und Impulszähler, bis zu 500 kHz. Zweikanalig, verwendbar als Summierer oder Chargenzähler, kann für Frequenz oder Gesamtwert sowie für Quadratur auch Summe, Differenz, Produkt oder Quotient berechnen (+, -, × or ÷). Sowohl wandmontierbar als auch für die DIN-Schienenmontage verfügbar.


Überwachung und Steuerung in der Industrie

Die iServer-Technologie stellt ein ausgezeichnetes Zubehör für die typische mess- und regelungstechnische Prozessinstrumentierung dar, indem sie Signalumformern, Anzeige- und Messgeräten sowie Reglern neue Fähigkeiten verleiht. In den verbreiteten Standardabmessungen, wie Schalttafeleinbaumaßen 96 x 48 mm oder 48 x 48 mm oder Gehäusen für die DIN-Schienenmontage ermöglicht diese Technologie das Hinzufügen der eingebauten Ethernetfähigkeit unter Wahrung des vorhandenen Bestands, der z. B. in Form einer 19-Zoll-Schalttafel (ca. 48 cm) oder eines Schaltschranks mit DIN-Schiene vorliegt.

  • iSerie: Messgeräte und Regler mit optional eingebauter Ethernetschnittstelle in kompakten Abmessungen 96 x 48 mm oder 48 x 48 mm und großer Anzeige (4- oder 6-stellig) mit einer Höhe von 55 oder 100 mm. Als Ausgang sind optional Relais, Logik, Logikausgang oder Analogausgänge verfügbar.
  • DP41-B: Überragend leistungsstarkes Messgerät für Spannung, Strom, Thermoelement, PT100-Temperaturfühler und DMS. Optional mit eingebauter Ethernetschnittstelle iServer.
  • Serie iDR: Signalumformer und PID-Regler für die DIN-Schienenmontage. Optional mit eingebauter Ethernetschnittstelle iServer.


Drahtlose Systeme - wenn keine Kabelanbindung möglich ist

Die äußerst problemlosen Drahtlosfähigkeiten bewirken Komfortsteigerungen und Kostenreduzierungen in der Mess- und Regelungstechnik für Prozesse. Durch den Entfall der Kabelverbindungen zwischen den Komponenten ergibt sich eine schnellere, unkompliziertere und kostenreduzierte Installation. Zusätzlich vereinfacht sich das Umsetzen von Installationen. Die Drahtlostechnik vereinfacht auch die Datenerfassung, weil zwischen den meisten Drahtlosgeräten und einer Standardcomputerausrüstung problemlose Verbindungen entweder über eingebaute Ethernetschnittstellen oder USB möglich sind.

Auch wenn die Bezeichnungen von Fall zu Fall unterschiedlich sind, besteht eine drahtlose Konstellation immer aus mindestens zwei Komponenten: dem Sender oder der Endeinheit und dem Empfänger oder Koordinator. Die Rohdaten werden von dem Sender erfasst, der normalerweise direkt mit einem beliebigen Sensortyp verbunden ist (wie einem Thermoelement, Pt100-Temperaturfühler, Druckaufnehmer, Durchflussmesser oder sonstigen Sensortyp). Nach dem Erfassen der Rohdaten versendet der Sender die Daten drahtlos. Ein Empfänger empfängt die drahtlosen Signale des Senders und leitet diese Daten an eine andere Komponente weiter. Dies kann das Ethernet (für die Verteilung im Netzwerk oder über das Internet), eine lokale Anzeige/Regler oder eine industrielle Regelung sein.

Je nach der vorliegenden Anwendung kann der Empfänger eine unterschiedliche Komplexität aufweisen. Ähnlich wie ein Router in einem Computernetzwerk kann er die Daten einfach an eine andere Stelle weiterreichen, er kann ein Einbauinstrument oder ein anderes Anzeigegerät sein oder er kann ein Regler sein, der Relais-, Logik- oder Analogausgänge für das Prozessmanagement bereitstellt. Die Einheiten besitzen auch externe Alarmfähigkeiten für die Benachrichtigung des Bedieners.

Die drahtlosen Messumformer von OMEGA lassen sich entsprechend ihren Fähigkeiten und ihrer Interoperabilität in 3 Produktgruppen einteilen:

  • Serie zED: Batterieversorgung; für Temperatur (lokal/intern oder extern), Feuchte und/oder Luftdruck, mit einem Bereich bis zu 91 m
  • Serie zED-P: Leistungsfähigere Version mit größerem Bereich, bis zu 1000 m; für Temperatur (lokal/intern oder extern), Feuchte und/oder Luftdruck sowie Thermoelement oder Modelle mit analoger Spannung/Strom; Batterie- oder AC-Versorgung, Anzeige optional verfügbar. Wetterschutzgehäuse IP65.
  • UWTC, UWRTD, UWRH und UWIR: Thermoelement-, Pt100-Temperaturfühler-, Feuchte-/Temperatur- und berührungslose (Infrarot-) Temperaturfühler/Messumformer. Geeignet für Entfernungen bis 120 m.


Mit der drahtlosen Instrumentierung stehen dem Anwender vielfältige Optionen zur Verfügung. Das wichtigste bei der Auswahl eines Empfänger ist die Kompatibilität zwischen Empfänger und Messumformer/Endeinheit. Alle hier aufgeführten Empfänger weisen standardmäßig eine eingebaute Ethernetschnittstelle auf; wiDR weist zusätzliche lokale Anzeigeoptionen und Regelfunktionen auf.

  • zCDR: 32-Kanal-Empfänger/Koordinator für die Verwendung mit Messumformern/Endeinheiten der Serien zED und zED-P (nur Temperatur). UWTC-REC3 ist eine ähnliche Einheit für die Verwendung mit den Messumformern UWTC, UWRTD, UWRH und UWIR.
  • Serie wiDR: Monitor/Regler mit eingebauter Ethernetschnittstelle für die DIN-Schienenmontage; Relais-, Logik- und/oder Analogausgänge. Für die Überwachung von bis zu 8 drahtlosen Messumformern. Für die Verwendung mit den Messumformern zED und Temperaturmessumformern zED-P oder mit Einheiten der Serien UWTC/UWRTD.


Zusammenfassung

Ein eingebautes Ethernetsystem lässt sich schnell und unkompliziert einrichten und implementieren. Dank des Standard-TCP/IP-Protokolls ist die gesamte betriebsfertige Einrichtung in wenigen Minuten erledigt. Der Aufwand ist nicht größer als für das Einstecken eines Ethernetkabels und das Festlegen einer IP-Adresse. Für das Einstellen der IP-Adresse kann der Standardwebbrowser oder die iConnect-Software von Omega verwendet werden. Das Konfigurieren der Einstellungen und deren Optimierung für die vorgesehene Anwendung erfolgt mit dem Standardwebbrowser. Die Daten lassen sich über die Webbrowserschnittstelle anzeigen oder grafisch darstellen; die Bereichsgrenzen innerhalb der Diagramme lassen sich verändern. In einem Dropdownmenü kann die Zeitbasis im Bereich von 1 Minute bis zu 1 Jahr eingestellt werden. Die Skalierung kann frei gewählt werden, es ist lediglich die obere bzw. untere Spanne anzuwählen und die gewünschte Zahl einzugeben.

Omega hält nützliche Zusatzsoftware bereit. Für das Aufzeichnen von Daten auf dem lokalen PC erfasst die iLog-Software für Windows die Daten und zeichnet sie in einem Excel-Arbeitsblatt auf. Die Software ermöglicht die Datenanalyse, die grafische Darstellung oder den Export in ein anderes Format für spätere Analysen. Das Programm Mail Notifier verwendet Microsoft Outlook zur Alarmkonfigurierung und versendet beim Auftreten eines Alarms eine E-Mail oder Textnachricht. Das windowsbasierte Tool iFlash ermöglicht das Abrufen der im iServer auf einer Flashspeicherkarte gespeicherten Daten (nur ausgewählte Modelle). Das Programm iPort richtet die Umleitung eines lokalen seriellen PC-Ports (COM) auf einen iServer-MicroServer in einem Ethernetnetzwerk ein.