DIN EN IEC 62872-2 VDE 0810-722:2022-12 Industrielle Automatisierungs- und Leittechnik

Normative Verweisungen binden die Norm in ein Gesamtwerk aus Standards und technischen Spezifikationen ein. Sie definieren die zwingend anzuwendenden Referenzen (z. B. IEC TS 62872-1 für die Anlagen-zu-Netz-Schnittstelle, ISO/IEC 30141 für die IoT-Referenzarchitektur, ISO/IEC TR 22417 für IoT-Anwendungsfälle). Die Einhaltung dieser Referenzen ist für die Konformität und Interoperabilität zwischen Anlagenkomponenten und Externsystemen unabdingbar.

Wichtige Bezugswerke sind etwa IEC TS 62872-1:2019 (Definition der System-Schnittstelle Industrieanlage–Smart Grid), die ISO/IEC 30141:2018 (IoT-Referenzarchitektur) sowie ISO/IEC TR 22417:2017 (Beispiele für IoT-Use-Cases). Diese Dokumente liefern gemeinsame Begriffe, Modellierungen und Technologien, auf die sich die FDREM-Implementierung stützt.

Für das Facility Management bilden die normativen Referenzen die Basis für Lastmanagement-Pflichtenhefte und Service-Level-Agreements. Hier werden Schnittstellenstandards, Kommunikationsprotokolle und Leistungskennzahlen abgeleitet. Außerdem müssen klare Abgrenzungen („Muss/Kann“) getroffen, Schnittstellenspezifikationen festgelegt und die Nachweisführung (z. B. Dokumentation von Alarmpfaden oder Sicherheitsnachweisen) sichergestellt werden.

• Internet der Dinge (IoT): Vernetzung von Gegenständen mit dem Internet. In der Normumgebung umfasst dies physische Geräte, Sensoren und Aktoren, die über Netzwerke Daten austauschen.

• Facility/Industrial Facility: Eine industrielle Anlage oder ein Unternehmensstandort mit zugehöriger Infrastruktur. In diesem Kontext wird oft der gesamte Unternehmensbereich oder einzelne Werke einer Produktionseinrichtung bezeichnet.

• Profil (Profile): Gemäß ISO/IEC 19501ff. eine Zusammenstellung von Basisstandards sowie ausgewählten Parametern und Optionen, die für eine bestimmte Anwendung oder ein System benötigt werden.

• Enterprise/Site/Area: Nach IEC 62264/ISA-95 Hierarchiebegriffe: Enterprise bezeichnet das Gesamtunternehmen, Site eine eigenständige Betriebsstätte oder Fabrik und Area einen logischen oder physischen Teilbereich einer Anlage.

In Automatisierungssystemen werden verschiedene Systemebenen modelliert (Feldebene, Steuerungsebene, Leitebene, Unternehmensleitebene). Die Norm ordnet die Komponenten und Funktionen diesen Ebenen zu. FM-Lesart: Für eine klare IT/OT-Grenze sind Verantwortlichkeiten pro Ebene festzulegen. Geräteseitige Sensor-/Steuerungskomponenten (OT) werden strikt von IT-Systemen (z. B. MES, ERP) getrennt, um Zuständigkeiten, Datensouveränität und Sicherheit klar zu definieren.

EMS/DR/Smart Grid: EMS (Energy Management System) koordiniert Energieflüsse in der Anlage. Demand Response (DR) bezeichnet die Anpassung von Lasten an externe Signale (Preis, Bedarf). Smart Grid meint ein intelligentes Stromnetz mit bidirektionaler Kommunikation zwischen Erzeugern, Verbrauchern und Netzbetreibern. FM-Lesart: Jede Entscheidung im Lastmanagement wird unter Sicherheits- und Risikoaspekten bewertet. Beispielsweise sind bei Lastabwürfen die Auswirkungen auf Produktionsqualität und Anlagensicherheit zu analysieren, Einschränkungen zu dokumentieren und Freigaberegeln zu definieren.

• EMS (Energy Management System): System zur Überwachung und Optimierung des Energieverbrauchs.

• EMA (Energy Management Agent): Lokaler Agent innerhalb des EMS für dezentralisierte Entscheidungen.

• MCS (Monitoring and Control System): Überwachungs- und Leitsystem (z. B. GLT/SCADA) zur Feldgeräteanbindung.

• ESS (Energy Storage System): Energiespeichersystem (z. B. Batterie, Puffer).

• EGS (Energy Generation System): Eigenstromerzeugungssystem (z. B. Blockheizkraftwerk, PV-Anlage).

• FDREM (Facility Demand Response Energy Management): Bezeichnung des in IEC 62872-2 beschriebenen Anwendungsszenarios.

• DR (Demand Response): Flexibilitätsmaßnahme zur Steuerung von Stromnachfrage auf Netzsignale.

Diese Abkürzungen sind als verbindliches Glossar in FM-Dokumentationen (CAFM/CMMS, GLT/SCADA), Reports und Verträgen zu verwenden.

Angesichts der gesellschaftlichen Forderung nach Nachhaltigkeit gewinnt das Energiemanagement in Industrieanlagen zunehmend an Bedeutung. Während größere Anlagen oft eigene Lastoptimierungsprogramme betreiben, hängt ein flächendeckender Einsatz von standardisierten Schnittstellen zum Smart Grid – insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen – von einer normierten IoT-Architektur ab. Bestehende Normen für Haushalte und Gebäude können die hohen Anforderungen der Industrie nicht erfüllen. Bisher fehlte eine Norm, die IoT-Technologien für das industrielle Energiemanagement adressiert, sodass IEC 62872-2 diese Lücke schließt und zugleich als Leitfaden für die Integration von IoT in Energiemanagement-Anwendungen dient.

Die Industrie bringt spezifische Rahmenbedingungen mit: Produktionsprozesse sind häufig kontinuierlich und wenig unterbrechbar. Entscheidungen zum Lastmanagement müssen daher aufwendig gegen Produktionsanforderungen und Sicherheitsstandards abgewogen werden. Beispiel: Das Abschalten von Maschinen zur Netzentlastung darf nicht zu Qualitätseinbußen oder gefährlichen Betriebszuständen führen. Zusätzlich bestehen komplexe Verantwortlichkeiten zwischen Produktionsleitung, Instandhaltung und Energiemanagement.

Diese Besonderheiten erfordern eine klare Governance: Alle Rollen (z. B. Energiemanager, Anlagenbetreiber, Sicherheitsbeauftragter) und Freigabeschritte müssen definiert sein. Jedes Lastmanagement-Szenario benötigt dokumentierte Grenzen und Prioritäten (z. B. maximal zulässige Abschaltdauer, Sicherheitsreserve). Betriebsrelevante Einschränkungen werden in formellen Constraint-Listen festgehalten und dienen als Nachweis in Prozessen und Audits. Nur so kann sichergestellt werden, dass Lastmanagementmaßnahmen nachvollziehbar autorisiert und risikobewusst umgesetzt werden.

Grundlegend tauschen Netz und Anlage Informationen aus: Netzanbieter übermitteln Verbrauchs-/Preissignale, die durch das Energiemanagementsystem (EMS/EMA) in Planungen eingespeist werden. Auf dieser Basis wird der Soll-Betriebszustand der Anlagen bestimmt und über Überwachungssysteme (MCS/SCADA) die Umsetzung gesteuert. Es entsteht eine Plan-/Ist-Logik mit Vorplanung (z. B. Tages-Lastplan) und Echtzeit-Überwachung. Für das FM bedeutet dies die Trennung von Planungsebene (Energie- und Produktionsplanung) und operativer Ebene (taktische Steuerung, Schalthandlungen und Betriebsdurchführung).

Preisbasierte DR ist das grundlegende Konzept dieses Rahmens: Abweichungen zwischen Energiepreis und intern kalkulierten Grenzkosten lösen automatisierte Anpassungen im Verbrauch aus. Der Preis dient als steuernder Indikator (Basiswissen-Backbone) für Lastverlagerung und Flexibilisierung. Für das FM müssen dazu explizite Entscheidungsregeln definiert werden: Wer gibt im Preissignalfall welche Anlagen frei? Welche technischen und zeitlichen Grenzen gelten? Zudem ist eine lückenlose Dokumentation erforderlich (z. B. festgeschriebene Höchst- und Tiefstbelastungen, Nachweis der Auswirkungen auf Betriebsprozesse). Nur so bleibt die Einhaltung von Risiken und Vorschriften nachweisbar.

Der Anwendungsrahmen zeigt Systemgrenzen und Interaktionen auf. Er teilt das Gesamtmodell in eine Energieversorgerseite und eine industrielle Verbrauchsseite, wobei der Stromzähler die Grenze markiert. Innerhalb dieser Grenze vernetzt das FDREM-Rahmenwerk alle beteiligten Elemente: Von lokalen Sensoren/Aktoren über zentrale Energiemanagement-Komponenten bis zu externen Energiedienstleistern. Die zentralen Informationspfade reichen von Preis- und Regelsignalen über Prognosedaten und Betriebszustände bis zu Steuerbefehlen. Für das FM ergibt sich daraus ein Zielbild einer durchgängigen Energie-Informationsarchitektur: Von Anlagen-Leittechnik (GLT/SCADA) über EMS/EMA bis hin zum Netzbetreiber in der externen Domäne.

Die Norm unterscheidet allgemeine Systemelemente und Rollen (Abschnitt 7.2), z. B. Energieversorger-Kraftwerk, EMS (Energy Management System), EMA (Energy Management Agent), MCS (Monitoring and Control System), ESS (Speichersystem) und EGS (Erzeugungssystem) sowie die Produktflussmodelle (Feed, Intermediate, Final Product).

Die funktionalen Komponenten (Abschnitt 7.3) beinhalten z. B. Preisinformationsempfänger, Lastmanagement-Optimierer, Speicher-Controller und Messfunktionen. Ihre Interaktionen sind durch vorgegebene Nachrichtenflüsse geregelt. FM-seitig lassen sich diese Funktionen Prozessfamilien zuordnen: Überwachung (Erfassen von Zustandsdaten) → Analyse/Planung (Lastprognose, Optimierung) → Optimierung (Kostenminimierung) → Anweisung/Umsetzung (Steuerbefehle an Feldgeräte).

Das IoT-Anwendungsframework ist nach ISO/IEC 30141 (IoT-Referenzarchitektur) strukturiert.

Die Use Cases konkretisieren das Rahmenwerk für den operativen Betrieb. Sie beschreiben sequenzielle Abläufe zwischen Akteuren und Komponenten und dienen als Grundlage für die Systemarchitektur. Für das FM ermöglichen sie, Verantwortlichkeiten und Datenflüsse in typischen Lastmanagement-Szenarien zu veranschaulichen.

Typische Akteure sind z. B. der Anlagenbetreiber, der Energiemanager (FM/Energiemanagement), der Netzbetreiber oder Händler und Bediener der Anlagenleittechnik. Ihre Rollen werden im Rahmen der Use Cases klar verteilt: Wer liefert Preissignale? Wer nimmt sie entgegen? Wer stimmt Lastanpassungen ab? Die Norm gibt dazu eine eindeutige Benennung und Verantwortungslogik vor.

• FC 1 – Energie-/Bedarfs-Preisinformationen ermitteln: Hier werden externe Preisinformationen (Tarife, Spotpreise) oder interne Lastprognosedaten empfangen und für die weitere Planung bereitgestellt. Der EMS/EMA-Aktor sammelt die Preissignale und leitet sie als Entscheidungsgrundlage weiter.

• FC 2 – Parameter des Demand Response bestimmen: Basierend auf Preis- und Bedarfsprognosen werden Ziele und Parameter des Lastmanagements festgelegt (z. B. Flexibilisierungsziele, zeitliche Fenster). Dies beinhaltet die Definition von Schwellenwerten und die Priorisierung von Lasten.

• FC 3 – Betriebspunktsteuerung zur Minimierung des Energieverbrauchs: In wiederkehrenden Zeitintervallen wird der optimale Betriebspunkt (z. B. Fahrweise von Motoren oder Leistung von Heiz-/Kühlanlagen) berechnet, um die Energiekosten zu minimieren. Der EMS gibt Steuerbefehle an das MCS weiter, das die Umsetzung in der Anlage vornimmt.

• FC 4 – Nutzung von Energiespeichersystem (ESS) bestimmen: Hier wird entschieden, wie Energiespeicher (Batterien, Pufferspeicher) geladen oder entladen werden, um Lastspitzen zu glätten oder Preisvorteile zu nutzen. Essenzielle Eingaben sind Ladezustand, Preis und Lastsituation.

• FC 5 – Nutzung von Erzeugungssystemen (EGS) bestimmen: Ähnlich wie bei Speichern wird für Eigenerzeugungsanlagen (z. B. BHKW, PV-Anlage) festgelegt, wann und wie viel Energie erzeugt oder ins Netz eingespeist wird.

• FC 6 – Gerätespezifischen Stromverbrauch messen: Sensoren oder Zähler erfassen die aktuelle Leistungsaufnahme einzelner Geräte oder Anlagenbereiche. Diese Daten fließen in Echtzeit in das Monitoring- und Energiemanagement-System ein.

• FC 7 – Gesamtenergieverbrauch der Anlage messen: Das Messen des gesamten Strom- bzw. Energieverbrauchs (z. B. über den Hauptzähler) liefert Ist-Werte zur Validierung der Einsparungen und dient der Abrechnung.

Jeder Use Case verbindet spezifische Komponenten über definierte Schnittstellen. Für das FM sind insbesondere die Dokumentation der Entscheidungsgrundlagen, Freigaben und Prozessflüsse im Lastmanagement relevant.

Kommunikationsprotokolle bilden die technische Grundlage für einen standardisierten Datenaustausch. Sie definieren, wie Informationen von einem System zum anderen übertragen werden, und sind damit Enabler für interoperable Implementierungen des Anwendungsrahmens.

• Physikalische Schicht: Überträgt Rohdaten elektrisch, optisch oder per Funk. Beispiele sind Ethernet, Powerline, 5G/4G-Mobilfunk oder Feldbusse (z. B. PROFINET, Wi-Fi, LoRaWAN).

• Data-Link-Schicht: Sorgt für Fehlererkennung und -korrektur auf den Übertragungsstrecken. Beispiele: Ethernet-Frames, Wi-Fi MAC, IEEE 802.15.4 (für ZigBee).

• Netzwerk-Schicht: Vermittelt Datenpakete über verschiedene Netzwerke. Typischerweise IPv6/IPv4 und Routing (auch 6LoWPAN für Energie-sparende Funknetze).

• Transportschicht: Gewährleistet Ende-zu-Ende-Kommunikation. Gängige Protokolle sind TCP (zuverlässig) und UDP (leichtgewichtig).

• Anwendungsschicht: Definiert die Datendienste für Applikationen. Beispiele im IoT-Umfeld: MQTT oder AMQP (Publish/Subscribe), OPC UA (vor allem in der Automatisierung), HTTP/RESTful Webservices, CoAP (Constrained Application Protocol), DDS oder spezielle Webservices nach IEC 61850/IEC 62351.

Der Informationsaustausch nutzt definierte Datenmodelle (etwa OPC UA-Informationseinheiten oder CIM-Datenstrukturen), um Interoperabilität zu erreichen. Die Modellerstellung legt fest, welche Datenobjekte (z. B. Energiezähler, Anlagenstatus, Preis) wie formatiert und referenziert werden.

• Webdienste: Standardisierte APIs (z. B. REST/SOAP, MQTT) bieten die Infrastruktur für Serviceaufrufe und Nachrichten.

• Service Discovery: Mechanismen (z. B. DNS-SD, MQTT-LWT oder SDS bei OPC UA) ermöglichen das Auffinden und Registrieren von Diensten im Netzwerk, um dynamische Interaktionen zu unterstützen.

Die Norm definiert Qualitätsanforderungen an die Kommunikation, um einen zuverlässigen Betrieb sicherzustellen. Dazu zählen Aspekte wie Verfügbarkeit, Latenz, Zuverlässigkeit und Sicherheit der Datenübertragung.

Es werden Mindestverfügbarkeiten, Antwortzeiten und Fehlertoleranzen festgelegt (z. B. Roundtrip-Time von Signalen, garantierte Nachrichtenzustellung). Diese Vorgaben sind als SLA-Baseline anzusehen.

QoS-Kriterien umfassen Priorisierung von Nachrichten (kritische Alarme vs. Routine-Daten), Paketverlustgrenzen und gewünschte Latenzklassen. Das Facility Management nutzt QoS-Definitionen zur Planung der Netzwerkressourcen und zur späteren Nachweisführung der Einhaltung.

Der erforderliche Datendurchsatz wird als Architekturparameter berücksichtigt. Sensor- und Steuerdaten haben typischerweise geringen Bandbreitenbedarf, während der Austausch komplexer Mess- oder Bilddaten (z. B. von Überwachungssystemen) höhere Kapazität erfordert.

Die Norm legt Sicherheitsanforderungen auf Anforderungsebene fest, ohne in Implementierungsdetails zu gehen. Dazu gehören Authentifizierung, Autorisierung und Verschlüsselung von Verbindungen auf Netzwerk- und Anwendungsebene. Das FM muss diese Anforderungen in Sicherheitskonzepte (z. B. VPN-Tunnel, Zertifikatmanagement) übersetzen.

Der Literaturanhang listet ergänzend relevante Standards und Modelle (z. B. IEC 61850, ISO/IEC 50001, IEC/ISO CIM), die als Kontextwissen dienen. Eine detaillierte Ausführung findet dort nicht statt.