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Energietechnik Teil 4 Energieinformationstechnik

Stephan Rupp

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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

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EnergietechnikENDE Teil 4

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