Der notwendige Umbau konventioneller Elektrizitätsnetzwerke hin zu einem intelligenten Stromnetz (Smart Grid) ermöglicht eine bessere Ausnutzung der Infrastruktur, dämpft den Ausbaubedarf und verbessert die Netzstabilität bei gleicher Auslastung. Schlüsselelement für die Migration zu modernen Smart Grids ist die Kommunikationstechnologie. Dies jedoch nicht nur bei der Erzeugung und Übertragung, sondern insbesondere bei der effizienten Steuerung von Energieverbrauchern. Während im Energieübertragungsbereich meist universelle Standards – wie IEC 60870-5 oder IEC 61850 – Verwendung finden, kommen bei der Energieerzeugung weitere Systeme wie Profinet zum Einsatz.
Die Anforderungen auf der Verbraucherseite sind wiederum von Verbraucher zu Verbraucher unterschiedlich. Es gibt hier eine enorme Spanne vom Haushalt bis zur Großindustrie, wobei Großverbraucher einen hohen Mehrwert für das Smart Grid bieten als auch davon erhalten. Wobei auch hier die Kommunikationsanbindung von Verbrauchern das Kernthema ist, welches sich jedoch aufgrund der Vielzahl an Feldbussen und Ethernet-basierten Lösungen sehr komplex gestaltet.
HMS bietet mit den Ixxat SG-Gateways eine universelle Lösung an, die über eine Vielzahl an unterschiedlichen Schnittstellen verfügt. Sie unterstützen die in Smart-Grids verwendeten Kommunikationsprotokolle wie IEC 60870-5, IEC 61850 mit Goose als auch DNP3. Zusätzlich enthalten sie Modbus TCP Client/Server, Modbus RTU Master/Slave und unterstützen OPC-UA Client/Server als auch MQTT Publisher/Subscriber. Besonders erwähnenswert ist die Möglichkeit, alle unterstützten Protokolle gleichzeitig in einem Gerät zu nutzen und flexibel zu routen. SG-Gateways verfügen zudem über Anybus Profibus, Profinet, EtherNet/IP Schnittstellen – was sie zum idealen Gateway für Energie- und Industrienetzwerke macht.
Industrieunternehmen – insbesondere mit hohem Energiebedarf, ob Chemieprozesse oder Aluminiumhütten – kümmern sich häufig selbst um die Energieverteilung innerhalb der Werke. Dabei ist das Kommunikationsnetz der Energieverteilung meist nicht mit den Steuerungssystemen der Industrieanlage verbunden, obwohl eine solche Verbindung erhebliche Vorteile mit sich bringt. Hier die Vorteile im einzelnen:
Verbesserte Prozessverfügbarkeit und erhöhte Netzstabilität
Durch den direkten Datenaustausch zwischen Prozesssteuerung und Intelligent Electrical Devices (IED) lassen sich Prozesse und Maschinen netzdienlich regeln – beispielsweise eine Heizsystemregelung entsprechend der Energieverfügbarkeit. Die Anpassung der Heizleistung entsprechend den Netzanforderungen stabilisiert das Netz und sichert die Energieverfügbarkeit für weitere Systeme.
Falls das Versorgungsnetz dennoch instabil werden sollte, lässt sich durch kontinuierliche Kommunikation der Ernstfall „plötzlicher Lastabwurf durch den Versorger“ so weit als möglich vermeiden, da Maschinen rechtzeitig vor diesen Lastabwürfen heruntergefahren und in sichere Zustände versetzt werden.
Senkung der Stromkosten
In vielen Betrieben werden die Energiekosten nicht durch die Dauerlast bestimmt, sondern durch Lastspitzen. Dies ist für die Energieversorger eine Herausforderung, da kostenintensive Gegenmaßnahmen – wie das Vorhalten von Reserven – erforderlich sind. Die konsequente Vermeidung von unnötigen Lastspitzen sorgt somit für direkte Kosteneinsparungen.
Häufig werden hierzu Beratungsunternehmen beauftragt, die anhand historischer Daten Empfehlungen aussprechen. Diese Arbeitsweise kommt bei dynamischen Prozessen jedoch an ihre Grenzen und ermöglicht keine schnellen Reaktionen, wie sie künftig immer stärker aufgrund des dynamischen Smart Grid mit all seinen neuen Preismodellen gefordert sind. Wichtig wäre eine echtzeitfähige Auswertung des Energiebedarfs gemeinsam mit den Daten der Industrieanlagensteuerung.
Dies ist mit den Ixxat SG-Gateways möglich. Diese machen den Austausch der relevanten Daten zwischen Energiemessgeräten (IED) oder auch der Energieleitzentrale und den Industriellen Netzwerken ohne Umwege möglich. Die Gateways werden heute schon sehr erfolgreich bei der Vermeidung von Verbrauchsspitzen durch die Bereitstellung von aktuellsten Energiedaten aus IEDs in Industriesteuerungen eingesetzt. Sie ermöglichen die Kommunikation zwischen industriellen Automatisierungssystemen und den Leitsystemen für Energie- und Bahnstromnetze sowie die Vernetzung von Geräten innerhalb der Systeme. Die integrierte Web-PLC ermöglicht die Umsetzung von reinen Gateway-Lösungen als auch die Übernahme kleiner Automatisierungsfunktionen, etwa für die Vorverarbeitung von Mess- und Stellwerten sowie für die Generierung von Meldungen.
Verbesserung der Energieeffizienz
Daneben ist die Verbesserung der allgemeinen Energieeffizienz von Prozessanlagen durch die Auswertung von Energiemesswerten und darauf aufbauender Prozessteuerung eine sehr interessante Möglichkeit, die sich durch die direkte Verbindung von Energie- und Industrienetzwerk ergibt.
Hierbei kommt je nach Kunde häufig IEC 61850 in Kombination mit Profinet, EtherNet/IP oder OPC-UA zum Einsatz. Da die Ixxat SG-Gateways simultan OPC-UA Master und Slave Funktionalität bieten, sind die potenziellen Anschlusskombinationen verschiedener SPS-Steuerungen oder auch SCADA-Systemen bis hin zu Cloudanbietern enorm. Kundenrückmeldungen bestätigen, dass sich mit Ixxat SG-Gateways ausgerüsteten Chemieanlagen jährlich Einsparungen in Millioneneurohöhe je Standort erzielen lassen.
Schneller Zugriff und verkürzte Arbeitszeiten
Daten von Industrie-Anlagen und Energieversorgung sind mit einem einzigen Gateway über OPC-UA oder MQTT verfügbar – ob direkt auf Mobilgeräten der Serviceteams oder über IIoT/Cloudsysteme für Leitsysteme und Controlling. Auch der umgekehrte Weg ist möglich, indem Kommandos über OPC-UA an die angeschlossenen Komponenten weitergeleitet werden. Dies ist insbesondere auch für Serviceeinsätze interessant, da neben dem direkten Zugriff auf alle relevanten Energie- und Industrieanlagendaten optional auch Aktionen über die vorhandenen Endgeräte auslösbar sind. Der gezielte und schnelle Zugriff auf die zu wartenden Komponenten verkürzt damit die entsprechenden Arbeiten und die damit verbundenen Produktionspausen.
