Über effiziente Technik
Die Effizienz von Ingenieuren ist entscheidend, wenn es darum geht, Kosten zu senken, Zeit zu sparen und die Produktivität zu steigern. Ingenieursarbeit findet in vielen Phasen eines Projekts statt, und in all diesen Phasen sollten die Ingenieure die Effizienz ihrer Arbeit maximieren, um die Ausgaben zu senken.
Was bedeutet effiziente Technik? Die Definition von technischer Effizienz wird häufig so verstanden, dass dieselben technischen Aufgaben schneller und zu geringeren Kosten erledigt werden.
Bei den Überlegungen zur effizienten Planung von Energieinfrastrukturen sollten Sie den Lebenszyklus der Planung berücksichtigen. In der Energieautomatisierung kann der Lebenszyklus eines Projekts 15 Jahre oder mehr betragen. Daher müssen die Ingenieure herausfinden, wie sie den Arbeitsaufwand und die Verzögerungen langfristig minimieren und gleichzeitig die Versorgungsqualität, die Sicherheit und die Gefahrenabwehr während einer langen Lebensdauer optimieren können.
Verschiedene Ansätze für effizientes Engineering
Auf der einen Seite bezieht sich Effizienz im Engineering der Energieautomatisierung auf die Klarheit und Schnelligkeit, mit der sich grundlegende Aufgaben erledigen lassen. Dies lässt sich meist an technischen Projektmerkmalen in der Engineering-Umgebung abschätzen, wie z. B.:
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Verfügbarkeit von Bildvorlagen
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Wiederverwendbare Bildsymbole
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Einfache Instanziierung von Objekten
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Schnelle und einfache Anpassung
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Zentrale Definition
Andererseits bezieht sich die Effizienz bei der Projektdurchführung auch auf übergeordnete Aspekte, wie z. B.:
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Skalierbarkeit der Lösung
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Langfristige Kompatibilität
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Automatische Generierung von Projektteilen
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Plattformkonzepte für Massen-Rollouts
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Anleitung durch Implementierungsbeispiele
Wenn also für ein Energieprojekt ein System eingesetzt wird, dass beispielsweise eine einfache Erweiterung der Systemarchitektur zulässt, dann lassen sich potentielle Nachfolgeprojekte deutlich einfacher und kostengünstiger umsetzen.
1. Konzeptionsphase
Während der Konzeptionsphase müssen Ingenieure mit den komplexen Anforderungen jonglieren. Bei der Ausarbeitung eines umfassenden Konzepts sind zahlreiche Faktoren und Normen zu berücksichtigen. Die Darstellung und Bewertung der endgültigen Zusammenstellung und des Verhaltens einer Lösung kann eine Herausforderung darstellen. Ein System wie zenon kann hier unterstützen.
Schneller Proof-of-Concept
Ein ‚Proof-of-Concept‘ ist der Nachweis, dass ein Designkonzept durchführbar ist. Der Konzeptnachweis stammt in der Regel aus Experimenten, Pilotprojekten oder Tests, bei denen Daten generiert werden, die die Solidität des Designkonzepts belegen.
Die Arbeit mit der zenon Softwareplattform während der Konzeptionsphase bietet für diese Aufgaben eine Reihe von Vorteilen. zenon ist einfach zu installieren und zu bedienen. Selbst bei komplexen Architekturen können Sie dank der benutzerfreundlicher Funktionen notwendige Daten einfach erzeugen und aufbereiten. Mit der breiten Palette von Standardfunktionen und deren simpler Parametrierung erstellen Sie im Handumdrehen Testaufbauten und beginnen erste Tests.
Kompatibilität und Konformität
Üblicherweise umfassen Energieautomationslösungen Technologien von verschiedenen Anbietern. Diese Komponenten müssen harmonisch zusammenarbeiten, damit die Gesamtlösung effektiv einsetzbar ist. Aus diesem Grund müssen die Projektingenieure eine ausreichende Unterstützung von Standards, wie etwa den bedeutenden Kommunikationsstandards IEC 61850, IEC 60870 oder DNP, sicherstellen.
Die Folgen mangelnder Konformität sind mitunter schwerwiegend. Sie kann umfangreiche, kostspielige und zeitraubende Umgehungslösungen erforderlich machen. Durch sie erhöht sich auch die Wahrscheinlichkeit, dass zukünftige Updates oder Erweiterungen mehr Zeit und Aufwand in Anspruch nehmen, da die existierenden Probleme immer wieder gesondert behandelt werden müssen und sie sich womöglich potenzieren.
zenon bietet die höchstmögliche Konformität mit den geltenden Standards, einschließlich DNP3, IEC 61850 (Edition 2.0) und IEC 60870 sowie vielen anderen Industrieprotokollen. zenon erlaubt es Ihnen zudem, durch flexible Konfiguration das Zusammenspiel zwischen der HMI-Anwendung und dem jeweiligen Kommunikationsprotokoll auch anwendungsspezifische Abläufe zu realisieren.
Vorlagen und Anwendungsbeispiele
Projektvorlagen sowie Anwendungsbibliotheken in zenon unterstützen Sie bei der Entwicklung Ihrer Applikation. Sie bieten einerseits eine Fülle funktionaler Bausteine, die den schnellen Aufbau einer Testanwendung erlauben. Zusätzlich zeigen diese Beispiele aber auch den effektiven Einsatz der Energieautomatisierung-Engineering-Funktionen in zenon auf.
Die kontinuierlich entwickelten zenon Application Sets für Energieanwendungen (siehe hier für Substation HMI) stellen einen umfassenden Katalog von Anwendungsbausteinen zur Verfügung. Für ausgewählte Anwendungsfelder stehen effektive Projektierungshilfen zur Verfügung. Auf dieser Basis können Anwendungen in zenon sehr schnell realisiert und erprobt werden. Die Einhaltung von Best-Practice Methoden bei der Projektentwicklung anhand der Lösungsbausteine stellt eine hohe Effizienz bei der weiteren Projektgestaltung sicher.
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Various templates are provided in zenon for rapid application development
2. Implementierungsphase
In der Phase der Lösungsentwicklung und -implementierung ist der Fokus auf Engineering-Effizienz ebenso entscheidend.
Verwendung von Symbolen und Vorlagen
Die Verwendung von Symbolen und Vorlagen kann zusammen mit konsequenter Objektorientierung dazu beitragen, die Effizienz Ihrer Energielösung entscheidend zu steigern. Die Verwendung von Vorlagen bietet hierbei mehrere eindeutige Vorteile:
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Wiederverwendung von Komponenten: Durch die Wiederverwendung von Vorlagen können Sie unnötige Mehrfachentwicklung eliminieren. Die Wiederverwendung von Elementen trägt zur Beschleunigung der Entwicklung bei, da sie die praktische Entwicklungszeit reduziert.
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Reduzierter Testaufwand: Die korrekte Funktion von Vorlagenkomponenten kann bereits umfassend vom Ersteller sichergestellt werden. Bei der späteren Verwendung reichen mitunter einfache Tests um die erforderliche Funktionalität nachweisen zu können. Die Verwendung von Vorlagen führt somit zu einer erheblichen Einsparung des Testaufwands.
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Geringere Einarbeitungszeit: Die Bausteine einer Anwendungsbibliothek sind im Idealfall nach einem einheitlichen Muster aufbereitet. Der Anwender erwirbt dadurch rasch die Fähigkeit, eine große Breite an Funktionen in einer Anwendung zu applizieren. Die Einarbeitungszeit kann dadurch deutlich gesenkt werden.
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Einfache Wartung durch modulare Projektstruktur: Die Verwendung modularer Vorlagenobjekte trägt zur Erhaltung einer klaren Projektstruktur bei. Wartungseingriffe und Erweiterungen können schnell und gezielt durchgeführt werden.
Diese Vorteile können mit zenon genutzt werden. Zusätzlich bietet die Softwareplattform eine Reihe wirkungsvoller Funktionalitäten für die effiziente Umsetzung von Energieprojekten:
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Bildvorlagen und Bildsymbole: Durch themenspezifische Bildvorlagen kann eine Visualisierungsanwendung in zenon im Handumdrehen erstellt werden. So entsteht mit wenigen Klicks eine SoE-Liste (Sequence of Events), Dialoge für Befehlsverarbeitung oder eine umfangreiche Schaltfolgenverarbeitung. Sobald Sie ein Screenlayout erstellt haben, kann jedes Detail innerhalb des Layouts angepasst werden. Generische Bildsymbolvorlagen können erstellt werden, um Informationen anzuzeigen oder bestimmte Prozesszustände zu visualisieren. Wenn eine Bildsymbolvorlage auf eine Visualisierungsseite angewendet wird, können spezifische Variablen und Funktionen dynamisch zugewiesen werden. Ein Bildsymbol kann für mehrere Anlagen an vielen Stellen in der HMI-Anwendung verwendet werden. Die ursprüngliche Symbol-Implementierung bleibt an einer einzigen Stelle zentriert.
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Smart Objects: Die "Smart Objects"-Funktionalität in zenon ermöglicht es Ihnen, vollständig ausgearbeitete Automatisierungsvorlagen zu erstellen, die grafische Symbole, Treiber, Variablen, Datentypen, Detailbilder, Befehlsgruppen und Verriegelungen enthalten. Mit dieser Funktionalität können Sie ein komplettes Datenmodell in einem Vorlagenobjekt bereitstellen und alle zugehörigen Funktionen, Alarme und Ansichten bereits in dieser Vorlage implementieren.
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Import-/Export-Mechanismen und Voreinstellungen: Flexible Import-/Export-Mechanismen und praxistaugliche Voreinstellungen runden die Vorlagenumgebung wirkungsvoll ab.
Parametrieren statt Programmieren
Die Implementierung einer Energielösung durch Parametrisierung anstelle von Programmierung trägt entscheidend zur Steigerung der Engineering-Effizienz bei. Die Ingenieure können sich auf die optimale Konfiguration einer bestehenden Softwarefunktion konzentrieren, ohne diese selbst entwerfen, implementieren und testen bzw. warten zu müssen. Es sind die optimal aufeinander abgestimmten Funktionsmodule eines Industrieprodukts, die eine entsprechende Funktion verlässlich ausführen.
Oft müssen Funktionen und Bedingungen nicht nur an einem Ort, sondern an allen Stellen eines umfangreichen Netzwerks gleichermaßen abgebildet werden. Die Architektur des Netzwerks muss dabei stets offen für Änderungen oder Erweiterungen bleiben. Dieses Beispiel verdeutlicht die Gefahr, mit anwendungsspezifischen Erweiterungsprogrammen hohe Kosten und technische Risiken einzugehen.
Die zenon Softwareplattform bietet für zahlreiche Funktionen in Energieanwendungen fertige sowie einfach konfigurierbare Funktionsmodule. Insbesondere bei vernetzten Client-Server-Lösungen sowie im Zusammenspiel mit Schutzgeräten, beispielsweise über IEC 61850, IEC 60870, DNP3 oder sonstige Kommunikationsstandards, kann eine Implementierung in zenon völlig ohne Programmierung erfolgen. Ein Redundanzbetrieb des Servers, inklusive einer proaktiven Sicherheitsumschaltung auf Basis einer Überwachung wichtiger Host-System-Parameter, ist mittels weniger Mausklicks betriebsbereit.
Hier einige weitere Vorteile einer parametrierbaren Lösung:
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Explizite Softwareentwicklungskenntnisse sind nicht erforderlich. Die Ingenieure können sich voll auf die Prozessautomatisierung konzentrieren.
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Es ist keine Wartung von anwendungsspezifischem Programmcode von Nöten. Entsprechende Kompatibilitätsrisiken – etwa bei notwendigen Updates - entfallen, da die Kompatibilität der Softwaremodule vom Hersteller garantiert wird.
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Eine konsistente Funktion sowie die Integrität der Daten, selbst im Fall von Betriebsunterbrechungen oder Umstellungen, wird vom Hersteller gewährleistet.
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Standardisierte Modulparameter sind einfach zwischen Versionen und Lösungen übertragbar. Es entstehen keinerlei Hindernisse für Updates oder Vervielfältigung.
Automatisiertes Engineering
Mit Hilfe einer umfassenden API (Application Programming Interface) sowie klar definierter XML (Extensible Markup Language) Import-/Export-Formate können in zenon nahezu alle Bestandteile eines Projekts durch eine Hilfsanwendung oder ein Script erstellt oder angepasst werden. Die software-gestützte Erstellung von Projekten erhöht die Engineering-Effizienz der Energieautomatisierung oft entscheidend, da sie zunächst ermöglicht, wiederholende Standardaufgaben zu automatisieren.
Automatisiertes Engineering kann jedoch auf vielfältige Weise zu einem raschen Fortschritt mit nachhaltigen Ergebnissen beitragen, wie folgende Beispiele zeigen:
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Zeitersparnis durch Import von Strukturdaten: Oftmals liegen in einem Projekt strukturierte Daten vor, die den Aufbau der Lösung sowie dessen Komponenten näher beschreiben. Ein Beispiel hierfür sind SCL (Substation Configuration Language) Dateien im Rahmen des IEC 61850 Standards. Auf der Grundlage dieser Daten kann ein zenon Projekt in wenigen Sekunden automatisch erstellt werden. Dieses beinhaltet bereits einen Großteil der benötigten Ressourcen und Einstellungen.
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Anpassungsfähigkeit: Automatisierte Engineering-Lösungen sind in der Regel an jedes Quelldatenformat anpassbar und können eine flexible Abfolge von Engineering-Schritten unterstützen.
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Fehlerfreie Projektierung: Im Zuge umfangreicher Projektierungsarbeiten, und speziell bei monotonen Abläufen, wie beispielsweise bei der Erstellung einer Variablenliste, können sich Fehler einschleichen. Automatisiertes Engineering hilft diese zu vermeiden und sichert somit wertvolle Zeit einer teils aufwändigen Fehlersuche und Korrektur.
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Etablierung von Standards: Standardisierte Strukturen und Designs bilden eine wesentliche Grundlage für zukunftssichere und skalierbare Lösungen. Ingenieuren wird die Arbeit in einer standardisierten Umgebung deutlich erleichtert. Automatisiertes Engineering sowie vorlagenbasiertes Engineering tragen dazu bei, die Standards und Vorgaben eines Unternehmens verlässlich und nachhaltig in den Projekten umzusetzen.
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Automated engineering helps to improve large-scale rollouts in the commissioning phase
3. Inbetriebnahmephase
Auch während der Inbetriebnahme muss die Engineering-Umgebung zahlreiche Funktionen bieten, um die Ingenieure in den vielfältigen Herausforderungen dieser Projektphase bestmöglich zu unterstützen.
Effizienzsteigerung durch Plattformkonzepte
Energieunternehmen steigern ihre Effizienz bei der Durchführung groß angelegter Modernisierungsinitiativen durch Standardisierung von Lösungen im Rahmen von Plattformkonzepten. Dabei werden mehrere gleichartige Anlagen, wie etwa Umspannwerke oder Kraftwerke, unter dem Dach einer allgemeinen Lösungsarchitektur sowie einer generellen inhaltlichen Ausgestaltung vereinheitlicht. Es entsteht ein modularer Lösungsbaukasten, der sowohl die Auslegung als auch die Inbetriebnahme einzelner Standorte stark vereinfacht.
Die Softwareplattform zenon unterstützt die Umsetzung von solchen Konzepten durch eine Vielfalt von Funktionen, wie etwa:
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Nutzung von Vorlagenprojekten als Ausgangspunkt: Grundlegende Projektressourcen können in zenon bereits in Form eines Vorlagenprojekts zur Verfügung gestellt werden. Dies können Strukturdatentypen aber auch Navigationselemente, Grafikbibliotheken oder ganze Bildvorlagen sein.
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Standardisierte Prozessbausteine: Die Erstellung der Prozesslösung samt Visualisierung, Steuerung, Konnektivität, Logging, Datenmanagement und Reporting soll weitestgehend aus vordefinierten Bausteinen erfolgen können. Dies ermöglicht eine rasche Projektierung. Anpassungen können bei Bedarf direkt auf Ebene der jeweiligen Vorlage vorgenommen werden, und gelangen so auf systematischem Weg an die entsprechende Stelle innerhalb der Anwendung.
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Automatisiertes Engineering: Oftmals liegen strukturierte Daten vor, die das Anlagenlayout oder bestimmte Anlagendetails abbilden. Mit Hilfe des automatisierten Engineerings in zenon können diese Daten intelligent in die Projektierung einfließen.
Ein praktisches Beispiel für den Einsatz von zenon zur Effizienzsteigerung bei Plattformkonzepten ist das automatisierte Engineering von IEC 61850 Projekten. Bei der Projektierung eines Vor-Ort-HMIs für ein Umspannwerk kann beispielsweise die Erstellung des Einlinienschaltbildes auf Basis der entsprechenden Entwurfsdaten, der sogenannten SCL-Datei (Substation Configuration Language), erfolgen.
Zur Erstellung und Verwaltung dieser Datenmodelle wird häufig ein unabhängiges Konfigurationswerkzeug (ICT, Independent Configuration Tool) verwendet. Die Datenmodelle werden dann mit einem Satz vorkonfigurierter Vorlagensymbole in zenon abgeglichen, wobei sowohl die Variablen als auch die Bildsymbole automatisch generiert werden. Dies resultiert in einem Einlinienschaltbild, welches gegebenenfalls nach wenigen manuellen Anpassungen voll einsatzbereit ist.
Systemüberblick und Reduktion des Testaufwands
Während der Inbetriebnahme ist es von entscheidender Bedeutung, einen Überblick über wichtige Systemzustände zu haben, damit Sie sehen können, ob beispielsweise Kommunikationsverbindungen aktiv sind, ob Geräte für den Empfang von Befehlen bereit sind oder bestimmte Netzwerkgeräte stabil arbeiten. Sie müssen außerdem in der Lage sein, etwaige Fehlfunktionen schnell zu erkennen. Und auch die Möglichkeit einer detaillierten Analyse der Reihenfolge von Ereignissen im Prozess bis hin zur Auflösung einzelner Kommunikationsevents sind wichtige Werkzeuge, um die korrekte Funktion Ihrer Anwendung nachzuvollziehen.
In den Testphasen eines Projekts können wiederum Vorlagen und Prozessbibliotheken zu einer deutlichen Steigerung der Energieautomatisierung-Engineering-Effizienz beitragen. So können aufwändige Komponententests weitgehend entfallen, wenn diese bereits bei der Erstellung getestet oder in vorhergehenden Projekten eingesetzt wurden. Das Augenmerk kann daher direkt auf Integrationstests im Rahmen der Prozesslösung gelegt werden.
Simulation
Der Einsatz von Simulationsfunktionen unterstützt den Fortschritt eines Projekts in vielerlei Hinsicht. Bereits in frühen Phasen kann Simulation zur Erprobung von Konzepten eingesetzt werden. Bei der Entwicklung sowie der Inbetriebnahme kann Simulation dazu genutzt werden, Komponenten nachzustellen, die noch nicht zur Verfügung stehen. Somit kann die Entwicklung von HMI- oder Steuerungsfunktionen oder die Durchführung von Tests weitgehend rein simulationsgestützt erfolgen.
Schließlich kann Simulation ebenso in bereits im produktiven Einsatz befindlichen Anlagen, etwa für Trainingszwecke oder den Test von Handlungsszenarien, eingesetzt werden.
zenon bietet leistungsfähige Simulationsfunktionen für vielfältige Einsatzgebiete. Ein integrierter Simulationsmodus für Treiber und Variablen ermöglicht es, eine aktive Kommunikationsverbindung zu Endgeräten durch ein Simulationsprogramm auf Basis von IEC 61131-3 Skripten zu ersetzen. Hiermit lassen sich selbst komplexe Schaltvorgänge sowie Regelungen oder Messverläufe effektiv nachstellen. Im Weiteren kann zenon über eine Vielzahl von Treibern sowie eine Prozessdaten-API Werte von externen Simulatoren entgegennehmen. Schließlich bietet zenon eine vollständige Projektsimulation. Wird ein zenon Client in diesen Modus versetzt, so werden alle Kommunikationsverbindungen zum Prozess gekappt und durch entsprechende Treiber-Simulationsprogramme ersetzt. Wichtige Prozessfunktionen wie topologische Netzberechnungen, Befehlsgabe oder die Steuerung von Befehlsabfolgen sowie Alarmierung bleiben aktiv und können bedient werden. Somit können durch Nutzung der Projektsimulation wichtige Voreinstellungen getroffen und getestet werden, die dann unmittelbar auf die reale Anlage übertragen werden können. Dies gibt den Ingenieuren wichtigen Raum, um auch im Rahmen einer Inbetriebnahme Erkenntnisse zu gewinnen und Einstellungen auf einfache Weise zu optimieren, ohne dabei Sicherheitsrisiken für Anlagenkomponenten in Kauf nehmen zu müssen.
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Eine Vielzahl an durchdachten Funktionen und Möglichkeiten für die Projektumsetzung machen die Softwareplattform zenon zum idealen System für eine effiziente und nachhaltige Projektumsetzung. Kontaktieren Sie uns, um noch mehr über zenon zu erfahren, und profitieren Sie von mehr als 30 Jahren Erfahrung von COPA-DATA bei der effizienten Umsetzung von Energieanwendungen.
A newly released standard from the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) has utilities thinking about their next-generation Smart Grid equipment. The IEEE 1547 standard has been updated and enforced in 7 states as of 2021. Starting in 2022, more states in the US will be forced to comply with the updated IEEE 1547 standard.
The IEEE 1547 standard establishes criteria and requirements for interconnection of distributed energy resources (DER) with electric power systems (EPS) and associated interfaces. It provides requirements relevant to the interconnection and interoperability performance, operation, testing, safety, maintenance and security.
