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Session: 9
Fernüberwachung von Energieversorgungsanlagen
kommunaler Unternehmen – Stadtwerke Lemgo06. Juli 2016 | Bielefeld
© it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 05.07.2016 2
Einführung
Zielsetzung
Ergebnisse
Agenda
Abschlusspräsentation
Resümee und Ausblick
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EinführungVorstellung des Transfernehmers
Anschlüsse
Strom 13.000
Gas 7.500
Wasser 11.100
Fernwärme 1.780
Mitarbeiter 180
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EinführungVorstellung des Transfernehmers
Bau
Betrieb / Wartung
Planung
Bausteine
Finanzierung
Gaskessel, Holz-Pellet Kessel
KWK Anlagen, auch mit Wärmenetzen
Kälteanlagen
Netzersatzanlagen nach individueller Auslegung
Energieeffizienzberatung (DIN EN 50001, Energieaudits…)
• Industrie, Wohnungsbau, Gesundheitsimmobilien
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EinführungFraunhofer-Anwendungszentrum Industrial Automation (IOSB-INA)
Mitarbeiter in der Verwaltung: 6
Wissenschaftliche Mitarbeiter: 30
Duale Studierende und studentische
Hilfskräfte: 12
CIIT-1CIIT-2
SmartFactoryOWL
Leitung:
Professor Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite
Stellv. Leitung:
Prof. Dr. rer. nat. Oliver Niggemann
Geschäftsfelder:
Industrial Internet
Intelligente Automation
Usability technischer Systeme
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EinführungGeographische Verteilung dezentraler Energieversorger
Lemgo
BHKW
Pelletkessel
Gaskessel
170 Anlagen
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EinführungKomponentenhersteller
Schnittstellen und Protokolle
nicht kompatibel
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Einführung
Zielsetzung
Ergebnisse
Resümee und Ausblick
Agenda
Abschlusspräsentation
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Zielsetzung
Kostengünstige Fernüberwachung von Versorgungsanlagen kommunaler Unternehmen:
unterschiedlicher Hersteller
mit unterschiedlichen Schnittstellen
mit unterschiedlichen Kommunikationswegen
Erstellung eines Systemkonzeptes
Fernüberwachung von Energieversorgungsanlagen
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ZielsetzungSystemkonzept
proprietäre Verbindung
Modbus TCPproprietäre Verbindung
MBUS
HTTP Web-Services
Einheitliche Darstellung über WebGUI
Pellet-Heizkessel Gas-BHKWHTTP-Server
PC TabletSma
rtph
one
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Hardware-analyse
Untersuchung der spezifischen Protokolle
Erstellen eines Sicherheitskonzeptes
Aufsetzen der Software
Inbetriebnahme des Systems (Demonstration)
Vorgehensweise
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Einführung
Zielsetzung
Ergebnisse
Resümee und Ausblick
Agenda
Abschlusspräsentation
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Hardware Analyse
800€
700€
Vorteile:
Geringe Kosten für Entwicklungsboards
VPN inklusive (im Router)
Nachteile
Entwicklungsboard nicht robust
Entwicklungsboard und VPN fähiger Router
Vorteile
Robust
Vielseitige Schnittstellen
All-in-One System
Nachteile
Höhere Kosten
Kein On-Board-VPN
Industrie PC mit mobilem Internet
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Ausgesuchte Hardware
2 GB RAM
16 GB SSD
4 x RS-232/422/485
2 x 10/100/1000 Mbps Ethernet Controller
LTE/HSPA+/UMTS/EDGE/GPRS On-
Board
MIMO-Antennen-Adapter
Power Supply 12V - 24VDC
2 x USB 2.0
Temperaturbelastbarkeit -40°C - +85°C
Mögliche Betriebsysteme:
Windows 7 Embedded
Windows 8 Embedded
Linux / Ubuntu
Industrie PC
• Frequenzkanäle:
• 800-960 MHz
• 1710-2170 MHz
• 2500-2700 MHz
• Schutzklasse: IP67
• Funktionsweise:
Omnidirektional
• Wand-, Mast- oder
Tischmontage
LTE-MIMO Antenne
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Protokolle
TCP/IP oder RTU
Ethernet-TCP/IP-basierte Client-
Server-Kommunikation
Wird weiträumig für die
Kommunikation in Energienetzen
eingesetzt:
Solar-Wechselrichter
Steuerungen
Twisted-Pair oder Wireless
Basiert auf dem seriellen RS 232
Protokoll
Benötigt COM-Schnittstelle
Kommunikationsstandard für
Zähler und Sensoren:
Gaszähler
Stromzähler
Wärmemengenzähler
Wasserzähler
Smart-Metering
Modbus M-Bus (EN 13757)
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Security
Verbindungsaufbau zum
VPN-Server im Internet
Industrie-PC und mobile
Endgeräte sind Clients
Zugriff von mobilen
Endgeräten auf die
Services
VP-Netzwerk
Transport Layer Security (TLS) zum Verschlüsseln der Daten
Bekannt aus HTTPS
Authentifizierung über Zertifikate
Mehrere Verschlüsselungen zur Auswahl
Eingesetzt wird aktuell AES-256
Virtual Private Network
VPN-Verbindung
Industrie Computermit Mobilfunk
VPN-Client
Mobile Endgeräte
VPN-Client
VPN-Server
VPN
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Webapplikation / Datenbank
In zwei Gruppen aufgeteilt ->
(Funktionen / Alarme)
Lesen und Schreiben der Parameter
Historische Daten anzeigen -> 15 min
Takt
Update-Intervalle -> 15-30 sec
Anforderung an die Darstellung der Parameter
Anlage:
Komponente:
Parameter: Alarme:
Werte: Werte:
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Anlage:
Komponente:
Parameter Alarme
Werte Werte
Biesterberg
Pelletkessel
Parameter
Wärmemengenzähler
Parameter
Werte
ParameterParameterParameterVorlauftemperaturParameterParameterParameterParameterKesseltemperatur
ParameterParameterParameterParameterStörung Rücklauf
ParameterParameterParameterParameter500 °CParameterParameterParameterParameter1422 °C
ParameterParameterParameterParameterError
Aufbau der Datenbank
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Die Datenbank wird in regelmäßigen Abschnitten mit den Daten der
Anlagen über die verschiedenen Schnittstellen gefüllt
Eine Webapplikation visualisiert die Daten der Datenbank
Ein Zugriff auf die Daten ist über Http-Browser möglich
– Lesen für jeden im VPN-Netzwerk
– Schreiben kann mit extra Zugriffsrechten ermöglicht werden
Verknüpfung der Datenbank
Sqlite
Django Web-Framework
Webbrowser
Website der Stadtwerke
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Ergebnisse
Industrie-Computer MC-IC3040
Ubuntu 16.04
OpenVPN Client
Django Web-Framework
LTE-MIMO Antenne
M-Bus Pegelwandler
Wärmemengenzähler von
Lanis&Gyr
Pellet-Kessel Bediengerät von KWB
Demonstrator
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Ergebnis Architektur
Dezentrales Überwachen und Steuern
Zentrale Überwachung
Modularer Aufbau
Übersetzung in anwenderfreundliche
Sprache
Sicherheit
Anlage B
SoftwareVPN-Client
Router + VPN-Gateway
Zentraler Stadtwerke
Server
Verschiedene Heizsysteme der Stadtwerke Lemgo sollen in das Netzwerk integriert werden
Aufnahme von verschiedenen Protokollen. Freigabe der Daten über Web-Services
Virtual Private Network (VPN) für zertifizierte Teilnehmer.
Daten werden innerhalb dieses Netzwerks verschlüsselt übertragen.
Speicherung größerer Datenmengen Verwaltung der einzelnen VPN-Clients Schnittstelle für Datenanalyse
i-PC mit VPN
Überwachung und Steuerung der Anlagen mittels verschiedenster Endgeräte.
www
VPNClient
VPN-ClientVPN-Client
Anlage A
SoftwareVPN-Client
i-PC mit VPN
Anlage C
SoftwareVPN-Client
i-PC mit VPN
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Einführung
Zielsetzung
Ergebnisse
Resümee und Ausblick
Agenda
Abschlusspräsentation
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Prototypische Umsetzung der Anlagenüberwachung
Preiswerte Hardware (< 1.000 €)
Test an einer spezifischen Kesselsteuerung erfolgreich
Ergebnisse zeigen, dass preiswerte, skalierbare Überwachung möglich ist
Resümee und Ausblick
Resümee
Anbindung weiterer Anlagendaten wie z.B. Zählerstände
Einbindung weiterer Kessel- und BHKW Steuerungen
Downloadmöglichkeit Parameter und Softwareupdates
Anbindung an ein Fehlermanagement-Tool
Einsatz im Anlagenpark
Einsatz-Vorstellung und Diskussion auf Verbandsebene
Suche von Kooperationspartner für die Vermarktung
Ausblick
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!