Füllstandsensoren sicher per Bluetooth bedienen und parametrieren

Neu installierte Feldgeräte müssen immer parametriert werden. Dies geschieht in der Regel bereits beim Hersteller, wenn die Spezifikation in der Bestellung entsprechend genau ist. Dennoch ist meist auch nach der Installation noch eine Parametrierung anhand der konkreten Anwendungs-Anforderungen notwendig. Weil nicht jeder Sensor an einen Feldbus angeschlossen ist oder die Hart-Kommunikation über die 4…20 mA-Verkabelung genutzt werden kann, geschieht dies vor allem bei der Inbetriebnahme, aber auch bei späteren Änderungen in der Regel vor Ort am Gerät.

Doch gerade Füllstandsensoren sind häufig an schwer zugänglichen Stellen, beispielsweise auf Behältern, Silos oder in Schächten verbaut. Für einen sicheren Zugang müssen gegebenenfalls Gerüste gebaut oder Sicherungsmaßnahmen getroffen werden. Muss beispielsweise ein in einem Abwasserschacht installiertes Gerät vor Ort parametriert werden, dann muss der Bediener in der Regel angeseilt und von einer zweiten Person gesichert werden. Zudem müssen Bereiche, in denen gesundheitsschädliche oder explosive Atmosphären auftreten können, mit Gassensoren „freigemessen“ werden.

Vega bietet seine Sensoren für solche Anwendungen auch mit der Möglichkeit zur drahtlosen Kommunikation via Bluetooth an. Für die in der Regel individuell konfigurierten Prozesssensoren steht dafür das Anzeige- und Bedienmodul Plicscom mit Bluetooth zur Verfügung. Dieses kann sowohl direkt am Sensor, als auch abgesetzt davon in einem eigenen Gehäuse installiert werden. So ist es beispielsweise möglich, den Sensor auf einem Behälter zu montieren, das Anzeige- und Bedienmodul dagegen für den Bediener gut zugänglich und gefahrlos in Augenhöhe am Behälter. Bis zu 50 Meter lassen sich auf diese Weise drahtlos überbrücken. Das Kommunikationsmodul kann dazu für alle Sensoren, die seit 2002 das plics-Konzept nutzen, nachgerüstet werden.

Doch auch per Smartphone oder Tablet können die Geräte bedient werden. Dabei nutzt die entsprechende App dieselbe Menüstruktur wie die am Markt gängige Software Pactware/DTM. Auch Messwerte und Diagnose-Informationen lassen sich auf diese Weise visualisieren: Ereignisspeicher, Sensorstatus, Echokurve und Bluetooth-Reichweite können darüber einfach abgerufen werden. Per Laptop funktioniert das ebenfalls und direkt in der Pactware-Software – so können die Geräte per Device Type Manager (DTM) parametriert werden.

Rund ein Fünftel aller plics-Geräte werden nach Angaben des Herstellers inzwischen mit Bluetooth eingesetzt. Bei den neuesten kompakten Radarsensoren der Baureihen Vegapuls (C) 11, 21 und 31 ist die Bluetooth-Funktion von vornherein vorgesehen, kann auf Kundenwunsch jedoch auch abgewählt werden. Auch die neuesten Steuergeräte des Herstellers enthalten die Möglichkeit zur Bluetooth-Kommunikation. Bluetooth kann bei diesen Geräten bei der Bestellung nicht abgewählt, jedoch explizit durch in der Parametrierung deaktiviert werden, z.B. nach der Inbetriebnahme. Die Bluetooth- Option, wird jedoch von den Bestellern meistens gewählt. Denn, so die Erfahrungen des Herstellers, in den meisten Industrien außerhalb der Chemie, und vor allem in der Wasser- und Abwassertechnik schätzt man die Vorteile der drahtlosen Bedienung und hat die Technologie in die Beurteilung bei der „Kritischen Infrastruktur“ betrachtet.

Gemeinsam mit Experten des Fraunhofer-Institut hat der Hersteller ein Sicherheitskonzept entwickelt, dass aus drei Sicherheitsstufen besteht. Die Standardverbindung wird via Bluetooth zwischen dem mobilen Endgerät und dem Sensor hergestellt. Bis zu 50 m Distanz lassen sich damit überwinden. In der zweiten Sicherheitsstufe erfolgt der Zugriff per Bluetooth-Zugangscode. Das Auslesen von Geräte Parametern ist nur durch Kenntnis oder Eingabe des individuellen Codes möglich. Der Bluetooth Zugangscode wird im Sensor überprüft, er wird aber nie vom Bediengerät direkt an den Sensor übertragen. Dafür kommt ein so genanntes Challenge -Response-Verfahren zum Einsatz, das wie folgt funktioniert: Der Anwender gibt den Bluetooth-Zugangscode am Smartphone oder Tablet ein. Zur Überprüfung wird in der App eine Zufallszahl erzeugt und an den Sensor gesendet. Daraus berechnen beide mit dem Bluetooth-Zugangscode eine neue Zahl. Sie wird als „Hash“ bezeichnet. Aus dem Hash können die ursprünglichen Zahlen nicht ermittelt werden. Das ist ähnlich wie bei einer Addition zweier Zahlen, die den Wert 10 ergibt: Ob die Berechungsgrundlage 5+5 oder 7+3 war, lässt sich aus dem Ergebnis nicht zurückverfolgen.

Vega arbeitet ständig an der Verbesserung der Sicherheit und hält die Verschlüsselungs-Algorithmen, sowie den Schlüsselaustausch, auf dem aktuellen Stand. Bei plics-Geräten kann die Bluetooth-Kommunikation außerdem nachträglich (zum Beispiel nach der Inbetriebnahme) per Schalter deaktiviert werden.

Gerätecode verhindert nicht autorisierte Parametrierung

Um nicht nur die Bluetooth-Kommunikation sondern auch eine unautorisierte Parametrierung zu verhindern, hat Vega auch ein Parameter-Schutzverfahren entwickelt. Dieses nutzt einen zusätzlichen Gerätecode. Dieser wird ebenfalls nach dem Challenge-Response-Verfahren im Sensor geprüft, aber nicht im Sensor gespeichert.