M2M / IoT in der Industrie

Mobilfunk-Anbindung in Gas-Übergabestationen

 

Anwenderbericht Energiewirtschaft

Der Gasmesstechnikspezialist Elster-Instromet hat zur Übertragung von Messwerten eine DFÜ-Einheit mit integriertem Mobilfunk-Router. Router und  Geräteelektronik lassen sich über eine gemeinsame Software einfach parametrieren. Partner bei dieser Entwicklung war der M2M-Spezialist MC Technologies.

Am „end of the pipe“ des deutschen Erdgasnetzes steht aus Sicht der Anwender eine warme Wohnung – und eine Abrechnung mit genauer Verbrauchsangabe. Am anderen Ende bzw. am Anfang befinden sich Fernleitungen, die aus den Gewinnungsstätten, zum Beispiel in den Niederlanden, Norwegen und Russland, kommen. Insgesamt 700 regionale Netzbetreiber liefern das Erdgas dann zum Kunden – über ein Verteilnetz mit mehr als 470 000 km Länge.

Teil des Netzes sind zahlreiche Übergabestationen zwischen den Fernleitungs- und Verteilnetzbetreibern. Sie filtern das Gas, reduzieren den Netzdruck, kontrollieren Parameter, wie Druck, Temperatur und Konzentration, und messen zudem die Gasmenge, die als Basis für die Abrechnung dient. Für diese Aufgabe kommen Volumenstromoder Massezähler zum Einsatz, die zugleich den Energiegehalt des Erdgases erfassen.

Der Gesetzgeber schreibt vor, dass diese Werte im Stundenintervall in jeder Station gemessen und aufgezeichnet werden. Für diese Aufgabe bietet Elster-Instromet das passende Equipment. Das Unternehmen mit Hauptsitz in Mainz-Kastel und Entwicklungsstandort in Dortmund ist aus der ehemaligen Ruhrgas Industries hervorgegangen und heute Teil der weltweit tätigen Elster Group. Die Unternehmensgruppe gestaltet seit mehr als 170 Jahren die Entwicklung der Gasmess- und Regeltechnik mit.

Hohe Anforderungen an Zuverlässigkeit und Lebensdauer

Neben der klassischen Mess- und Regeltechnik für Erdgas gehören auch moderne Datenabruf- und Auswertungssysteme zum Programm von Elster-Instromet. Die konkreten Anforderungen, die an diese Geräte gestellt werden, beschreibt Dr. Ulrich George, Key Expert Flow Computer im Entwicklungszentrum Dortmund, wie folgt: „Da die Stationen unbemannt sind, muss die Technik extrem zuverlässig und langlebig sein. Das gilt auch für widrige Bedingungen, wie hohe und niedrige Temperaturen, EMV-Beeinflussung und Netzschwankungen.“ Darüber hinaus sind die Anforderungen des Explosionsschutzes zu berücksichtigen (Ex-Schutz-Klasse Ex i): Alle Geräte müssen entsprechend geeicht und fiskalisch zugelassen sein für die Abrechnung der übergebenen Gasmengen.

DFÜ-Einheit übermittelt Messwerte im DSfG-Standard

Ebenfalls gesetzlich vorgeschrieben ist, dass die Stationen die Messergebnisse mindestens zweimal pro Tag an die Zentrale des Netzbetreibers senden. Rund dreißig Jahre lang war hier die Übertragung per Datenmodem über das Telefonfestnetz Standard. Das hat nun ein absehbares Ende: 2018 wird die Telefonie auch die IP-Technologie nutzen, die alten Modems sind damit nicht mehr einsetzbar.

Die Entwickler von Elster-Instromet haben sich frühzeitig nach Alternativen umgeschaut. „Es wird auch Adapter für das IP-Protokoll geben. Aber die meisten Netzbetreiber möchten auf flexiblere Netze umstellen und die Daten künftig per Mobilfunk übertragen“, informiert Dr. U. George.

Für diese Aufgabe bietet Elster-Instromet eine fertige Lösung: die DFÜ-Einheit „gas-net D2“ mit integriertem Mobilfunk-Router (Bild 1). Dank GSM/GPRS-Funktionalität nutzt der Router das jeweils verfügbare Netz, wobei die Übertragungsgeschwindigkeit keine große Rolle spielt, wie Dr. U. George bestätigt: „Uns genügt der langsamste Dienst. Entscheidend ist die Zuverlässigkeit der Datenübertragung“.

Die „gas-net D2“ bucht sich selbsttätig ins GPRS-Netz ein und ist dann über das Unternehmensnetzwerk erreichbar. Der Netzbetreiber kann sie aber auch von einer Leitwarte aus aktiv anwählen und ein Messprotokoll abrufen. Bis zu 31 Messgeräte in einer Gasübergabestation können ihre Daten über eine gemeinsame D2-Station übertragen. Die Kommunikation erfolgt dann über den „DSfG-Standard“-Bus (Digitale Schnittstelle für Gasmessgeräte).

„Embedded“-Lösung für den Router

Zu den Wünschen der Elster-Entwickler gehörte es, den Router so gut wie möglich in die Infrastruktur zu integrieren – nicht nur physisch in einem Gehäuse, sondern auch funktional. „Das war ein klares Entwicklungsziel“, sagt Dr. U. George und erläutert: „Zum Beispiel sollte die Inbetriebnahme der Einheit über eine gemeinsame Bedienoberfläche für Messtechnik und Router erfolgen.“

 

Physisch hat Elster diese Anforderung so gelöst, dass die Router-Platine im stabilen, EMV-festen Metallgehäuse sozusagen „huckepack“ oberhalb der Messtechnik-Elektronik angeordnet ist (Bild 2). Damit ist die SIM-Karte gut zugänglich. Funktional kann der Inbetriebnehmer nun tatsächlich in einem Arbeitsgang und mit einer gemeinsamen Software sowohl den Router als auch die Elektronikeinheit parametrieren. Auch eine Fernparametrierung ist möglich.

Elster verwendet als Basis den Router vom Typ MC-MRE aus dem Programm von MC Technologies (Bild 3), wobei die „Hardware“ aus Sicht der Entwickler fast austauschbar ist. „Es gibt auch andere Geräte, die unsere Anforderungen erfüllen“, sagt der Key Experte. „Überzeugt hat uns im ersten Schritt die Bereitschaft von MC Technologies, auf der Basis dieses Standard-Routers ein OEM-Produkt zu liefern, das sich perfekt in unser Gerät integrieren lässt. Bei der Entwicklung der gemeinsamen Software- und Bedienoberfläche für die Parametrierung haben wir gut und effektiv zusammengearbeitet.“

Praxisbetrieb überzeugt Hersteller und Anwender

Inzwischen hat Elster-Instromet bereits 550 Übergabestationen eines Kunden mit den „gas-net D2“-Einheiten ausgerüstet. Der Anwender profitiert vom störungsfreien Betrieb der Datenübertragung und auch von hoher Informationsdichte, denn die Daten werden einmal pro Stunde gesendet. Schließlich kostet das Anwählen nichts, weil nur die Datenmenge berechnet wird.

Zurzeit arbeitet das Unternehmen an einem weiteren Projekt, bei dem noch deutlich mehr Stationen auf die Datenübertragung per Mobilfunk umgerüstet werden sollen. Und da die Entwickler überzeugt sind, dass in dieser Technologie die Zukunft liegt, arbeitet Elster-Instromet an einer neuen Generation von DFÜ-Einheiten. Auch hier ist MC Technologies der Entwicklungspartner, und bei den neuen Übertragungseinheiten soll auch eine neue Routergeneration zum Einsatz kommen.

       

Bild1: DFÜ-Einheit „gas-net D2“       Bild3: Router MC-MRE

Bild3: Huckepack-Lösung: die Router-Platine

Veröffentlicht in der ETZ S5/2015

Text: Athanasios Papakostoulis