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Session: 9

Fernüberwachung von Energieversorgungsanlagen

kommunaler Unternehmen – Stadtwerke Lemgo06. Juli 2016 | Bielefeld

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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!