Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung von Energiemanagementschnittstellen für IoT-Technologien

Das Messen von Energieverbräuchen stellt eine integrale Aufgabe eines technischen Energiemanagementsystems (tEnMS) dar. Der Trend geht dabei in Richtung eines immer engmaschigeren Energieerfassungsnetzes, idealerweise mit einer Messstelle an jedem Verbraucher. Im Rahmen von Industrie 4.0 werden selbst einfachste Sensoren und Aktoren zu sogenannten Cyber-Physikalischen Systemen (CPS) erweitert. CPS sind mechatronische Einheiten, welche über eine Kommunikationsschnittstelle verfügen und über das Internet der Dinge (Internet of Things, kurz IoT) vernetzt sind. CPS sind durch ihre Kommunikationsschnittstelle in der Lage Zusatzdaten, wie z. B. Energiedaten, bereitzustellen. Durch derartig bereitgestellte Energiedaten würde aber nur dann ein Mehrwert entstehen, wenn diese in einer einheitlichen Semantik vorliegen. Im Rahmen des IoT_EnRG-Projekts soll eine derartige Semantik definiert werden, um auf deren Basis dann einheitliche Energiedatenschnittstellen für die IoT-Kommunikationstechnologien IO-Link, OPC UA und MQTT zu entwickeln. Die angestrebten Projektergebnisse sind also zunächst ein technologienunabhängiges Energieinformationsmodell und dann eine daraus adaptierte Energiedatenschnittstelle für jede der drei genannten IoT-Kommunikationstechnologien. Außerdem sollen ein Demonstrator und eine Referenzplattform aufgebaut werden. Der Demonstrator soll den Nutzen der IoT-Energiedatenschnittstellen an einem realen Anwendungsfall anhand einer Beispielanlage aufzeigen. In der Referenzplattform geht es darum, konkrete Implementierungsbeispiele zu geben. Hierzu werden die Energiedatenschnittstellen auf realen IoT-Devices implementiert. Dies wird vor allem den KMU helfen, die IoT-Energiedatenschnittstellen in ihre Produkte zu integrieren. Der Nutzen, der hierdurch entsteht, ist, dass die Energiedatenschnittstellen ein Alleinstellungsmerkmal darstellen, welches geeignet ist, den Produkten der KMU einen signifikanten Wettbewerbsvorteil zu verschaffen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsprojekts „Entwicklung von Energiemanagementschnittstellen für loT-Technologien (loT_EnRG)" wurde ein universelles Energieinformationsmodell (UEIM) entwickelt, das zur semantisch einheitlichen Bereitstellung von Energiemanagement-Informationen (EnMi) in der industriellen Prozess- sowie in der diskreten Fertigungsautomation genutzt werden kann. Das UEIM ist zum einen auf Geräten wie speicherprogrammierbaren Steuerungen oder Edge Devices implementierbar, die zur Aggregation der EnMi eingesetzt werden. Zum anderen kann das UEIM auf Geräten des Industrial Internet of Things implementiert werden, die in der Feldebene lokalisiert sind. Ein zentrales Ergebnis ist die Sicherstellung der Integrierbarkeit der EnMi aus der heterogenen Feldebene, die durch eine Bereitstellung der EnMi in verschiedenen proprietären oder Energieprofil-basierten (z. B. PROFlenergy) Semantiken charakterisiert ist. Teilnehmende Partnerfirmen und KMUs haben die Integrierbarkeit der gerätespezifischen Daten in das UEIM verifiziert, sodass die universelle Nutzbarkeit nachhaltig gewährleistet ist. Die Ergebnisse des Forschungsprojekts ermöglichen insbesondere den KMUs, ihr Know-how im Bereich der Bereitstellung von Energiedaten in ihren Produkten zu verbessern und neue Lösungen zu entwickeln. Sie erhalten Erfahrungen bei der Integration ihrer Komponenten in Automatisierungssysteme und künftige loT-Umgebungen sowie in der Entwicklung von loT-Technologien. Darüber hinaus können sie Erfahrungen in Bezug auf die Komponentenintegration in das Engineering von Automatisierungssystemen sammeln. Die erarbeiteten Forschungsergebnisse wurden zur Standardisierung in die Joint Working Group der OPC Foundation „Power Consumption Management" eingespeist. Im Rahmen dieser Joint Working Group wird auf der Basis der Forschungsergebnisse zum Zeitpunkt der Beendigung des Forschungsprojekts eine OPC UA Companion Specification ausgearbeitet.