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Erfolgsgeschichten

Innovation

Sichere Vernet­zung der kommu­nalen Infra­struktur

Die Firma Jung Pumpen stellt im ostwest­fä­li­schen Stein­hagen Abwasser- und Druck­ent­wäs­se­rungs­pumpen her.

Mit Digital in NRW erar­bei­tete der Mittel­ständler ein Konzept, um seine Pumpen über das Kommu­ni­ka­ti­ons­pro­to­koll OPC UA sicher an cloud­ba­sierte Condition Moni­to­ring-Systeme anzu­binden.

Der Security-Aspekt gewinnt für den mittel­stän­di­schen Betrieb mit 350 Mitar­bei­te­rinnen und Mitar­bei­tern immer mehr an Bedeutung. Bei großen öffent­li­chen Abwas­ser­an­lagen im kommu­nalen Bereich ist das effi­zi­ente auto­ma­ti­sche Über­wa­chen von Status, Fehlern und Alarmen von hunderten räumlich oft weit verteilten Pumpen eine große Heraus­for­de­rung. Daher steigt der Bedarf, alle im Einsatz befind­li­chen Pumpen an ein zentrales Condition Moni­to­ring anzu­binden. Damit dies möglich ist, müssen die sensiblen Daten aus der öffent­li­chen Infra­struktur sicher erfasst, über­mit­telt und verar­beitet werden. Die Vernet­zung der Pumpen muss also höchsten Sicher­heits­stan­dards genügen. „Für uns bedeutet die Inves­ti­tion in die sichere Kommu­ni­ka­tion unserer Anlagen auch eine Inves­ti­tion in unsere künftige Wett­be­werbs­fä­hig­keit“, so Jens Oppitz, Entwick­lungs­in­ge­nieur Elek­tro­technik bei Jung Pumpen.

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Konti­nu­ier­liche Daten­er­fas­sung

Inte­gra­tion in die Pumpen­steue­rungen

Inno­va­tionen mittel­stands­ge­recht umsetzen

In einem Digital in NRW-Trans­fer­pro­jekt ging Jung Pumpen einen wichtigen ersten Schritt für die künftige konti­nu­ier­liche, sichere und zentrale Über­wa­chung seiner Pumpen. Wich­tigste Grundlage: Das Schaffen eines struk­tu­rierten und sicheren Daten­aus­tauschs. Doch dafür das gesamte Unter­nehmen umkrem­peln? „Der Aufwand für eine komplette Neuge­stal­tung unserer Anlagen und Steue­rungen wäre schwer zu stemmen gewesen. Wir brauchten eine Hands-on-Lösung“, erläutert Jens Oppitz. Eine wichtige Anfor­de­rung an das gemein­same Trans­fer­pro­jekt mit dem Fraun­hofer IEM war deshalb die Inte­gra­tion des künftigen Kommu­ni­ka­ti­ons­pro­to­kolls in die beste­henden Pumpen­steue­rungen. 

PKSSchacht

Foto: Jung Pumpen

Eine weitere Anfor­de­rung des Betriebs aus Stein­hagen bei Bielefeld war die einfache Hand­ha­bung der künftigen Lösung. Sowohl für die eigenen Mitar­bei­te­rinnen und Mitar­beiter in Entwick­lung und Produk­tion als auch für die Kunden in der Anwendung sollten durch die „Secure Grund­aus­stat­tung“ keine kompli­zierten neuen Arbeits­schritte entstehen.

Die tech­no­lo­gi­sche Lösung war schnell iden­ti­fi­ziert. Für das struk­tu­rierte Erfassen, Auswerten und Über­mit­teln der Daten bot sich die OPC Unified Archi­tec­ture (OPC UA) an, die als indus­tri­elles Kommu­ni­ka­ti­ons­pro­to­koll inzwi­schen in vielen Branchen für den sicheren Daten­aus­tausch zwischen Maschinen sorgt. „Die Verwen­dung von Standards ist sinnvoll, so können wir die Kompa­ti­bi­lität mit anderen Systemen bereits heute mitdenken“, sagt Sven Mersch­jo­hann vom Fraun­hofer IEM, der OPC UA in unter­schied­li­chen Projekten mit Indus­trie­un­ter­nehmen erfolg­reich einge­setzt hat. Als einfache und prak­ti­sche Lösung für die exis­tie­renden Pumpen­steue­rungen kris­tal­li­sierte sich schnell die Umsetzung als „OPC UA Gateways“ heraus. Dies ist eine kleine optionale Erwei­te­rung der exis­tie­renden Pumpen­steue­rungen, welche als Kommu­ni­ka­ti­ons­punkt der Pumpen­steue­rung dient und es somit ermög­licht, die Daten der Pumpen­steue­rung mit der Cloud auszu­tau­schen.

Schritt für Schritt zur sicheren Daten­über­tra­gung

Beson­derer Fokus auf Security

In vier Monaten erar­bei­teten die Projekt­partner Schritt für Schritt die Grundlage für die sichere Daten­über­tra­gung. Zunächst galt es, Anfor­de­rungen an die zu verar­bei­tenden Infor­ma­tionen zu erheben. In Workshops iden­ti­fi­zierten sie, welche Anla­gen­daten kommu­ni­ziert und welche Sicher­heits­kri­te­rien – soge­nannte Schutz­ziele – jeweils erfüllt werden müssen. In einem zweiten Schritt arbei­teten Jung Pumpen und das Fraun­hofer IEM dann Bedro­hungen und Risiken in einer umfang­rei­chen Bedro­hungs­ana­lyse heraus. Sie stellten heraus, welche möglichen Bedro­hungen etwa in der geplanten Archi­tektur der Kommu­ni­ka­tion bestehen oder welche Angriffe von außen in Betracht gezogen werden müssen. Zu diesem Zweck wurde unter anderem das Microsoft Threat Modeling Tool verwendet, welches dabei hilft Kommu­ni­ka­ti­ons­be­zie­hungen und deren Bedro­hungen zu betrachten. Im nächsten Schritt hat das Projekt­team zu jeder iden­ti­fi­zierten Bedrohung das zuge­hö­rige Risiko ermittelt, wodurch ein klares Bild der möglichen Bedro­hungen und deren Risiken für die Pumpen­steue­rung entstand. Im Anschluss wurden entspre­chende Schutz­maß­nahmen für die Bedro­hungen definiert, um so das Risiko für erfolg­reiche Angriffe zu redu­zieren.

Auf Basis dieser Vorar­beiten entstand das Sicher­heits­kon­zept für das künftige OPC UA Gateway der Pumpen­steue­rungen. Die Projekt­partner setzten dabei Instru­mente wie Authen­ti­fi­zie­rungs­maß­nahmen und Rech­te­ver­gabe, kryp­to­gra­phi­sche Verfahren und Updateme­cha­nismen ein, um den Daten­aus­tausch lang­fristig abzu­si­chern. Zusätz­lich zu dem Sicher­heits­kon­zept wurde ein Infor­ma­ti­ons­mo­dell zur Daten­über­tra­gung mittels OPC UA erstellt.

Das Ergebnis des Trans­fer­pro­jekts ist ein flexibles Infor­ma­ti­ons­mo­dell zur Daten­über­tra­gung mittels OPC UA als Grundlage für alle weiteren Anlagen von Jung Pumpen. So kann das Unter­nehmen seine Daten künftig einheit­lich mittels OPC UA über­tragen. „Die Stan­dar­di­sie­rung ermög­licht uns künftig eine schnelle Über­tra­gung des Daten­mo­dells auf neue Anlagen, sprich: eine sichere, stan­dar­di­sierte Vernet­zung unserer Produkte“, so Jens Oppitz. Jung Pumpen hat damit wichtige Grund­lagen geschaffen, um seine Anlagen zum Beispiel an Condition Moni­to­ring-Systeme anzu­schließen. Derzeit testet das Unter­nehmen die Lösung an einem Prototyp.

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Karina Kampert - Mitarbeiterin Mittelstand Digital Ruhr OWL - Koordination Geschäftsstelle

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