Beschreibung der Forschungsinhalte
Mit der Anwendung der Norm ISO 50001 und der einhergehenden Einführung eines Energiemanagementsystems (kurz EnMS) kann eine sukzessive Erhöhung der Energieeffizienz erreicht werden. Die für den Betrieb des EnMS erforderlichen Soft- und Hardwarekomponenten werden unter dem Begriff technisches Energiemanagement (kurz tEnMS) zusammengefasst. Die Komponenten eines tEnMS dienen zum Sammeln, Kommunizieren, Speichern, Bewerten und Anzeigen von Energieinformationen.
Im Rahmen des tEnMS werden Energieinformationen in der Feldebene bereitgestellt und müssen mittels eines Energie-SPS- oder Edge-Device-Programms ggf. im Datenformat angepasst, skaliert und auf eine etablierte Kommunikationsschnittstelle (z.B. eine OPC UA-Schnittstelle) abgebildet werden. Die auf diesem Weg verarbeiteten Daten können somit in einer adäquaten Form dem Energiemanagementsystem bereitgestellt werden. Die Erstellung dieser Energie-SPS- oder Edge-Device-Programme geht mit einem hohen Engineering-Aufwand einher, denn die Feldgeräte aus der heterogenen Feldebene stellen die Energieinformationen nicht in einer standardisierten Form bereit. Bei der Erstellung eines Energie-SPS- oder Edge-Device-Programms muss den individuellen Gerätehandbüchern entnommen werden, in welcher Semantik die Energieinformationen in Rohdatenform auf der SPS oder dem Edge-Device eintreffen. Auf Grundlage dieser Information über die Semantik muss ermittelt werden, welche Verarbeitungsschritte für die jeweiligen Energieinformationen anzuwenden sind, damit diese mit geringem Aufwand in die Energiemanagement-Anwendung einzubinden sind. Um diesem Engineering-Aufwand entgegenzuwirken, wird im Rahmen des Forschungsprojekts IoT_EnRG ein Konzept für ein universelles Energieinformationsmodell (kurz UEIM) verfolgt. Dieses Konzept sieht die Bereitstellung der Energieinformationen an das EnMS in einer semantisch standardisierten Form vor.
Abbildung 1 zeigt die Platzierung des UEIM in der Kommunikationshierarchie. Auf Ebene (1) können Feldgeräte Energieinformationen über unterschiedliche Kommunikationsschnittstellen in unterschiedlichen, teils proprietären, Semantiken bereitstellen. In den Fällen (A) und (B) werden die Energieinformationen über das jeweilige Ethernet-basierte oder nicht-Ethernet-basierte Kommunikationssystem (2) an Edge-Devices oder SPSen weitergeleitet. In der Steuerungsebene (3) kann eine Umrechnung der eingehenden Energieinformationen stattfinden, sodass die Energieinformationen auf das UEIM (4) abgebildet und über OPC UA- oder MQTT-Schnittstellen der Energiemanagement-Applikation (5) in einer standardisierten Semantik bereitgestellt werden können. In Fall (C) können IIoT-Geräte die Energieinformationen auf direktem Weg der Energiemanagement-Applikation (5) in der standardisierten Semantik des UEIM bereitstellen, da diese Geräte über geeignete Schnittstellen, wie OPC UA- oder MQTT-Schnittstellen, verfügen.
