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Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Forschungsprojektes INSA sollen wichtige Beiträge zur Verbesserung der IT-Sicherheit von Produktionsanlagen insbesondere in kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) realisiert und erprobt werden.
Die IT-Sicherheit von Produktionsanlagen wird zu einer immer wichtigeren Komponente des Schutzes von Unternehmen gegen Cyber-Attacken. Neben Angriffen aus dem Internet sind dabei interne Angriffsquellen in Betracht zu ziehen. Gängige Vorgehensmodelle, wie z. B. die VDI-Richtlinie 2182, setzen dabei unter anderem auf eine wiederkehrende Analyse der Bedrohungen und auf die Implementierung entsprechender Schutzmaßnahmen. Die Durchführung einer solchen wiederkehrenden Gefährdungsanalyse ist mit einem wiederkehrenden manuellen Aufwand verbunden, weshalb kleine und mittlere Unternehmen die Durchführung dieser Maßnahmen häufig meiden. Ziel des Projektes ist die Unterstützung kleiner und mittlerer Unternehmen bei der Durchführung entsprechender Bedrohungsanalysen zu unterstützen.
Der Ansatz des Projektes beruht auf der automatisierten bzw. teilautomatisierten Erfassung der installierten Automatisierungskomponenten (Assets). Danach kann für bekannte Standardkomponenten durch die Verwendung wissensbasierter Methoden eine Beurteilung der Bedrohung einer Automatisierungsanlage erfolgen. Hierfür wird fachspezifisches Wissen erfasst und verarbeitet wird. Diese Methoden können bei Bedarf in die Engineering-Oberfläche einer Automatisierungsanlage intergiert werden.
Bei der Integration technischer Energiemanagementsysteme (tEnMS) in Automatisierungsanlagen fällt ein hoher Engineering-Aufwand an, besonders für die Steuerungsprogrammierung. Dieser Engineering-Aufwand ist für industrielle Anwender der Hauptgrund, integrierte tEnMS nicht einzusetzen. Im Rahmen des Forschungsprojektes „Integriertes Anlagenengineering zur Erhöhung der Energieeffizienz (IAE4)“ (Förderkennzeichen: ZN2948; Forschungsprofessur des Landes Niedersachsen/Volkswagenstiftung) wurde untersucht, wie sich dieser Engineering-Aufwand reduzieren lässt. Hierzu wurde ein Software-Werkzeug entwickelt, das die benötigten Steuerungsprogramme automatisch aus Engineering-Daten und Gerätebeschreibungsdateien generiert. Dieser Beitrag stellt die Ergebnisse des IAE4-Projektes vor.
Requirements for an energy data information model for a communication-independent device description
(2021)
With the help of an energy management system according to ISO 50001, industrial companies obtain the opportunities to reduce energy consumption and to increase plant efficiencies. In such a system, the communication of energy data has an important function. With the help of so-called energy profiles (e.g. PROFIenergy), energy data can be communicated between the field level and the higher levels via proven communication protocols (e.g. PROFINET). Due to the fact that in most cases several industrial protocols are used in an automation system, the problem is how to transfer energy data from one protocol to another with as less effort as possible. An energy data information model could overcome this problem and describe energy data in a uniform and semantically unambiguous way. Requirements for a unified energy data information model are presented in this paper.
With regard to climate change, increasing energy efficiency is still a significant issue in the industry. In order to acquire energy data at the field level, so-called energy profiles can be used. They are advantageous as they are integrated into existing industrial ethernet standards (e.g. PROFINET). Commonly used energy profiles such as PROFIenergy and sercos Energy have been established in industrial use. However, as the Industrial Internet of Things (IIoT) continues to develop, the question arises whether the established energy profiles are sufficient to fullfil the requirements of the upcoming IIoT communication technologies. To answer this question the paper compares and discusses the common energy profiles with the current and future challenges of energy data communication. Furthermore, this analysis examines the need for further research in this field.
Industrial Control Systems (ICS) succumb to an ever evolving variety of threats. Additionally, threats are increasing in number and get more complex. This requires a holistic and up-to-date security concept for ICS as a whole. Usually security concepts are applied and updated based on regularly performed ICS security assessments. Such ICS security assessments require high effort and extensive knowledge about ICS and its security. This is often a problem for small and mediumsized enterprises (SME), which do not have sufficient respective sufficiently skilled human resources. This paper defines in a first step requirements on the knowledge needed to perform an ICS security assessment and the life cycle of this knowledge. Afterwards the ICS security knowledge and its life cycle are developed and discussed considering the requirements and related work.
Mit der Anwendung der Norm ISO 50001 und der einhergehenden Einführung eines Energiemanagementsystems (kurz EnMS) kann eine sukzessive Erhöhung der Energieeffizienz erreicht werden. Zur Umsetzung von Energie-Monitoring- oder Standby-Management-Funktionalitäten müssen Energiedaten in der Feldebene bereitgestellt werden und auf Edge-Devices oder SPSen mittels eines Energiemanagement-Programms ggf. im Datenformat angepasst, skaliert und auf eine etablierte Kommunikationsschnittstelle (z.B. basierend auf OPC UA- oder MQTT) abgebildet werden. Die Erstellung dieser Energiemanagement-Programme geht mit einem hohen Engineering-Aufwand einher, denn die Feldgeräte aus der heterogenen Feldebene stellen die Energiedaten nicht in einer standardisierten Semantik bereit. Um diesem Engineering-Aufwand entgegenzuwirken, wird ein Konzept für ein universelles Energiedateninformationsmodell (kurz UEDIM) vorgestellt. Dieses Konzept sieht die Bereitstellung der Energiedaten an das EnMS in einer semantisch standardisierten Form vor. Zur weiteren Entwicklung des UEDIM wird im Beitrag näher untersucht, in welcher Form Energiedaten in der Feldebene bereitgestellt werden können und welche Anforderungen für das UEDIM aufzustellen sind.
In industrial production facilities, technical Energy Management Systems are used to measure, monitor and display energy consumption related information. The measurements take place at the field device level of the automation pyramid. The measured values are recorded and processed at the control level. The functionalities to monitor and display energy data are located at the MES level of the automation pyramid. So the energy data from all PLCs has to be aggregated, structured and provided for higher level systems. This contribution introduces a concept for an Energy Data Aggregation Layer, which provides the functionality described above. For the implementation of this Energy Data Aggregation Layer, a combination of AutomationML and OPC UA is used.
With the use of an energy management system in an industrial company according to ISO 50001, a step-by-step increase in energy efficiency can be achieved. The realization of energy monitoring and load management functions requires programs on edge devices or PLCs to acquire the data, adapt the data type or scale the values of the energy information. In addition, the energy information must be mapped to communication interfaces (e.g. based on OPC UA) in order to convey this energy information to the energy management application. The development of these energy management programs is associated with a high engineering effort, because the field devices from the heterogeneous field level do not provide the energy information in standardized semantics. To mitigate this engineering effort, a universal energy data information model (UEIM) is developed and presented in this paper.
Aufgrund der klimatischen Veränderungen und steigender Energiepreise hat das nachhaltige und umweltbewusste Handeln in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Um dieses Handeln zu unterstützen, können Unternehmen Energiemanagementsysteme nach dem ISO-Standard 50001 einführen. Diese Systeme ermöglichen es u. a. Energieverbräuche in einem Energie-Monitoring visuell aufzubereiten und auf Basis der Ergebnisse Analysen durchzuführen. Aus den Ergebnissen der Analyse können Energieeffizienzmaßnahmen abgeleitet werden. Nach einer Überprüfung der energetischen Optimierung kann der Zyklus erneut beginnen, sodass eine kontinuierliche Verbesserung der Energieeffizienz erfolgen kann. Im industriellen Umfeld bestehen jedoch noch Hindernisse in Bezug auf eine einheitliche Auswertung von Energiedaten für ein effektives Energiemanagement. Verschiedene semantische Interpretationen von Energiedaten und proprietäre Datenformate erschweren die Einrichtung und Erweiterung von Energiemanagementsystemen. Im Rahmen des IGF-Vorhabens "IoT_EnRG" wurde ein universelles Energieinformationsmodell entwickelt. Dieses Modell ermöglicht es, Energiedaten eine einheitliche Semantik zu geben, damit diese einfacher interpretierbar werden. Durch die Anwendung des Energieinformationsmodells können Energiedaten schneller und mit weniger Engineering-Aufwand in technische Energiemanagementsysteme integriert werden. Diese Integration war bisher erschwert, denn konventionelle Lösungen konnten für die Interpretation der Energiedaten aus unterschiedlichen Quellen der Feldebene verschiedene proprietäre Semantiken unterschiedlicher Kommunikationsprotokolle verwenden. Der Ansatz des universellen Energieinformationsmodells reduziert den Engineering-Aufwand technischer Energiemanagement-Systeme und unterstützt die Industrie bei der Installation von Energiemanagementsystemen für eine sparsame und klimaneutrale Produktion. Die Ergebnisse des Vorhabens wurden der Joint Working Group "Power Consumption Management" [1] übergeben, die sich das Ziel gesetzt hat, einen einheitlichen OPC UA-Standard für Energieinformationen auf Basis des entwickelten Modells in Form einer OPC UA Companion Spezifikation zu erarbeiten. Durch die Übergabe der Forschungsergebnisse in die Joint Working Group konnte eine nachhaltige Nutzung der Forschungsergebnisse sichergestellt werden, die deutlich über den Keis der Unternehmen im projektbegleitenden Ausschuss hinausgeht. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.
