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Energietechnik Teil 4 Energieinformationstechnik
Stephan Rupp
www.dhbw-stuttgart.de
Energietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, Elektrotechnik2
InhaltEnergieinformationstechnikPrimrtechnik und SekundrtechnikAufbau der InformationssystemeDatenaustauschNormatives UmfeldEnergietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, Elektrotechnikbersicht
Primrtechnik und Sekundrtechnik
Quelle: Maschinenfabrik ReinhausenBetriebsmittelInformations- und Kommunikationstechnik3Energietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, Elektrotechnik4
InhaltEnergieinformationstechnikPrimrtechnik und SekundrtechnikAufbau der InformationssystemeDatenaustauschNormatives UmfeldEnergietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, ElektrotechnikAufbau der Informationssysteme
Hierarchie
Quelle: Maschinenfabrik Reinhausen5Energietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, ElektrotechnikBeschreibung der Systeme
Beispieleinphasiges ErsatzschaltbildBeschreibung der Anwendungs-DomneTerminologie: nach Standard (IEC 61850)
Quelle: Maschinenfabrik Reinhausen6Energietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, Elektrotechnik
Elektrische Schaltanlagen
Doppelring mit DoppelsternParallel Redundancy Protocol (PRP)
RingredundanzProtokolle: HSR, MRPHSR: High-Availbility Seamless RedundancyMRP: Media Redundancy ProtocolQuelle: ABB7Energietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, Elektrotechnik
NetztopologienFernwirken (Wide Area Network, IP/Ethernet):redundante VerbindungenDoppelsternDoppelring
Lokales Netz (Local Area Network, Ethernet): einfache und redundante VerbindungenBaumstrukturRingstrukturRTU: Remote Terminal Unit, abgesetzte EinheitCOM: Switch bzw. Router8Energietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, ElektrotechnikAnbindung von Sensoren
Zunehmend Feldbusschnittstellen
Traditionelle Methode:Anbindung ber I/O (Kupfer)
Intelligente Sensoren:eigener Feldbusggf. autonome EnergieversorgungMessen / SteuernRTUFeldbusSensorSensorSensorKupfer
9Energietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, Elektrotechnik10
InhaltEnergieinformationstechnikPrimrtechnik und SekundrtechnikAufbau der InformationssystemeDatenaustauschNormatives UmfeldEnergietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, ElektrotechnikEntwicklung der Automatisierungstechnik in Schaltanlagen
Quelle: ABBIndustrie 4.011Energietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, ElektrotechnikAutomatisierungstechnik
Von der Kupferleitung zum Feldbus
Schnittstellen auf der Kupferader: Strom, SpannungKompatibel zwischen den Herstellern von Gerten
Schnittstellen auf dem FeldbusErfordern kompatible ProtokolleErfordern kompatible DatenUnd sind somit ein Fall fr die Standardisierung12Energietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, ElektrotechnikEbenen der Steuerung - Automatisierungstechnik
SteuerungsebeneSCADA: Supervisory Control and Data AcquisitionInformations-Datenmodell: CIM, IEC61850 (als Kennzeichnungssystem fr Informationen ber primre und sekundre Betriebsmittel und Systemzustnde)
FeldebeneMessen und RegelnSPS (Speicherprogrammierbare Steuerung)IED (Intelligent Electronic Device = Steuerung)Feldbusse, z.B. IEC61850 mit Datenmodell (zur Interoperabilitt von Gerten)Sensoren und Aktuatoren
Sensor, AktuatorMesspunkt Feldbus(z.B. IEC 61850) Server
SPS, IEDSCADAKlemme (bzw. Feldbus)Datenbank
13Energietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, ElektrotechnikVerwendung von Datenmodellen
Semantik und Meta-Information
Semantik: was bedeutet eine Nachrichten?Meta-Information: wo finde ich etwas?Kennzeichnungssystem (Semantisches Modell)Gerte ohne Datenmodell(manuelle Anpassung)Gerte mit Datenmodell (IEC61850)XMLXMLXMLNotationfr IEC61850 Dateien (ICD), Konfigurationen, Messdaten, ggf. signiert (Zertifikat) bzw. verschlsselt
14Energietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, ElektrotechnikWerkzeuge und Methoden
...
UML Editor
XMLDatenmodell (Informationsmodell)RDFXMLAnwendungsprofilDatenbank-schemaICD (IEC61850 Datenmodell)XMLNachrichten-formateXMLXMLCIM ToolFeldgerte(SPS, IED)IEC61850CIMSCADA
Anwendungs- server
XMLNachrichten-formateXMLXMLSystem mit proprietrem Datenmodell
XMLTransformations-schemaSoft-wareAnwendungSchema-Transformation
standardisiertgngige Methoden aus der InformatikUML: Unified Modelling Language (zur Definition von Datenmodellen sowie als Entwicklungswerkzeug)CIM: Common Information Model (fr primre Betriebsmittel, d.h. Anlagen zur Energieversorgung)
15Energietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, ElektrotechnikSoftware und Systeme entwickeln
Informationsebene: abstrakte bzw. semantische ModelleInformationsmodell, z.B. in UML als Klassendiagramm beschriebenAnwendungsprofil: z.B. im RDF-Format oder XML-Format zu verarbeiten
Logische Ebene: implementierbare ModelleNachrichtenebene: Datenmodell, z.B. als ICD-Datei oder XML-NachrichtendateiDatenbankschema, z.B. relational in SQL oder objektorientiert implementierbar
ImplementierungVerwendung spezieller Produkte, die die verwendeten Standards untersttzen, z.B. SPS, SCADA-Systeme mit Entwicklungsumgebung, Datenbanken, Entwicklungswerkzeuge
16Energietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, ElektrotechnikInhaltEnergieinformationstechnikPrimrtechnik und SekundrtechnikAufbau der InformationssystemeDatenaustauschNormatives Umfeld
17Energietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, Elektrotechnik18Normatives Umfeldbersicht - Themen der Arbeitsgruppen des IEC TC 57:IEC 60870-5: Fernwirkprotokoll (Telecontrol & Teleprotection)IEC 61850: netzwerkbasierter Feldbus fr Schaltanlagen mit Datenmodell (Communications and Associated Data Models)IEC 61970 Common Information Model: Datenmodelle fr den Austausch von Informationen ber primre Betriebsmittel (Energy Management Systems Application Programming Interfaces)IEC 61968: Schnittstellen zum Common Information Model (Application Integration at Electric Utilities System Interfaces for Distribution Management)
TC: Technical ComitteeEnergietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, Elektrotechnik19IEC 60870-5 Feldbus fr SchaltanlagenFernwirkprotokoll (Telecontrol Equipment and Systems)Lange etabliert als serieller Bus zur Kommunikation zwischen Steuergerten in Schaltanlagen und der Leittechnik.Reines Feldbus-Protokoll (signalorientiert, ohne Datenmodell)IEC60870-5-104: netzwerkbasierte Version (Ethernet, TCP/IP)Weitere noch gngige Versionen:IEC60870-5-101: Rahmenspezifikation fr den seriellen BusIEC60870-5-102: Erweiterung fr die bertragung von ZhlerstndenIEC60870-5-103: Erweiterungen fr Schutzgerte
Energietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, Elektrotechnik20IEC61850............
Quelle: IEC61850 Standard
Energietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, Elektrotechnik
21IEC61850 KlassenQuelle: IEC61850 Standard
Energietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, Elektrotechnik22IEC61850 und IEC61970 CIMIEC61850Einheitliche Darstellung der Sekundrtechnik (Schutz, Regler, berwachung)Schwerpunkt: Schaltanlagen (Feldebene)Datenmodell als Dokument verfgbar (IEC Standard)
IEC61970 Common Information Model (CIM)Einheitliche Darstellung der Primrtechnik (IEC 61970-301 definiert CIM)Schwerpunkt: Leittechnik (Betrieb) und Pflege der BetriebmittelDatenmodell direkt im UML-Format verfgbar (IEC Standard)
Energietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, Elektrotechnik23IEC 61970 Common Information Model
IED: Intelligent Elektronic Device, z.B. SPSSCADA: Supervisory Control and Data AcquisitionQuelle: CIM-Primer (EPRI)IEDIEDIEDFeldebeneBetrieb und berwachungBeispielBetrieb und berwachung: IEC61970 Common Information ModelMethoden und Produkte der Informa-tionsverarbeitung in Unternehmen (Enterprise Service Architecture)
Feldebene: IEC61850 als Protokoll und Datenmodell fr FeldgerteMethoden und Produkte der Automatisierungstechnik
Energietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, Elektrotechnik24CAN in Automation und IEC61850
Elektrofahrzeuge:CiA 454 Energy Management NetworkKennzeichnungssystem fr System-komponenten
Einspeisung EE:IEC61850-7-420 Distributed Energy Resources plantKennzeichnungssystem fr System-komponentenQuelle: IEC61850 StandardQuelle: CAN in Automation Standard
Energietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, Elektrotechnik25
EnergietechnikENDE Teil 4
Energietechnik, Teil 4, S. Rupp5. Semester, Elektrotechnik