EMS-Einführung in einem Produktionsbetrieb: OT/IT integration mit Maschinen und Checkliste für Integratoren

Bevor Sie mit der OT/IT integration zwischen Maschinen und einem EMS beginnen, sollten Sie festlegen, aus welchen Quellen das System seine Daten beziehen soll, wie diese durch die OT-Infrastruktur übertragen werden und wie sich ihre Korrektheit nach der Inbetriebnahme überprüfen lässt. Wenn Sie für Produktion, Instandhaltung oder die Digitalisierung eines Werks verantwortlich sind, benötigen Sie vor der Auswahl eines Integrators eine Übersicht der Datenquellen, eine Kommunikationsarchitektur und klare Abnahmekriterien. Im Folgenden zeigen wir, worauf es dabei ankommt.

Ein EMS kann Daten aus Energiezählern, Netzanalysatoren, SPS-Steuerungen, Messgeräten, SCADA-Systemen und anderen in der OT-Ebene verfügbaren Quellen erfassen. Wie die Integration umgesetzt wird, hängt von der vorhandenen Infrastruktur ab. In einem Werk kann das System einen Parameter direkt aus einem Zähler auslesen, während dieselbe Messgröße in einem anderen Werk über eine SPS, ein Gateway oder einen OPC-Server bereitgestellt wird.

Ein einzelner Messwert erklärt den Prozess noch nicht. Wenn das EMS beispielsweise 42 kWh erhält, muss zusätzlich bekannt sein, zu welchem Gerät der Messwert gehört, aus welchem Zeitraum er stammt und was die Maschine zu diesem Zeitpunkt gemacht hat. Der angestrebte Datenfluss kann beispielsweise so aussehen:

Ein hypothetisches Beispiel: Ein einer Presse zugeordneter Zähler überträgt den Energieverbrauch über Modbus TCP. Gleichzeitig stellt die SPS den RUN/STOP-Status bereit, während das MES die Kennung des aktuell ausgeführten Produktionsauftrags liefert. Das EMS kann den Verbrauch dadurch mit Maschinenstatus und Produktion verknüpfen, anstatt lediglich ein Diagramm des Energieverbrauchs anzuzeigen.

Eine solche Verknüpfung entspricht der von der OPC Foundation entwickelten Richtung. Die am 1. September 2026 veröffentlichte Version 1.0.1 der Spezifikation OPC UA for Energy Consumption Management definiert ein Informationsmodell für Daten im Zusammenhang mit dem Management des Energieverbrauchs.

Im Gespräch mit einem Integrator muss festgelegt werden, aus welchen Geräten welche Werte auf welchem Weg und in welcher Frequenz an das EMS übertragen werden sollen. Idealerweise werden alle diese Informationen in einem gemeinsamen Register dokumentiert.

Ein solches Dokument zeigt schnell die Einschränkungen des Maschinenparks. Ein älteres Gerät kann beispielsweise über Modbus RTU kommunizieren, ein neuerer Analysator über Modbus TCP, während ein Teil der benötigten Daten möglicherweise bereits im SCADA-System verfügbar ist.

Die Modbus Organization veröffentlicht separate Spezifikationen für das Anwendungsprotokoll, die TCP/IP-Kommunikation und die serielle Kommunikation. Die Angabe in einem Angebot, dass ein Integrator Modbus unterstützt, sagt deshalb noch nicht aus, wie Ihr konkretes Gerät angebunden wird.

Wenn Sie sich noch in der Phase befinden, in der festgelegt wird, was überhaupt gemessen werden soll und welche Entscheidungen die Messwerte unterstützen sollen, ist dieser Schritt noch zu früh. Diesen Themenbereich behandeln wir separat in diesem Artikel. Ein neues Integrationsprojekt sollte dort ansetzen, wo Ziele und benötigte Daten bereits feststehen.

Sobald feststeht, welche Daten benötigt werden, lässt sich die technische Einführung eines EMS in sechs Phasen strukturieren.

1. Inventarisierung der Datenquellen und OT-Infrastruktur. Der Integrator identifiziert Zähler, Analysatoren, SPS-Steuerungen, übergeordnete Systeme, verfügbare Schnittstellen, Protokolle und Einschränkungen des Netzwerks. In dieser Phase wird außerdem sichtbar, an welchen Stellen zusätzliche Messtechnik erforderlich ist.

2. Entwurf der Kommunikationsarchitektur. Es muss entschieden werden, ob das EMS Daten direkt aus einem Gerät oder über eine SPS, ein SCADA-System, einen Datenkonzentrator oder einen OPC-Server ausliest. Der Entwurf sollte die Richtung des Datenflusses sowie die erforderlichen Verbindungen zwischen den einzelnen Infrastruktursegmenten darstellen.

3. Datenmodell. Jeder Parameter benötigt eine eindeutige Bedeutung, Einheit, Quelle und Zuordnung zu einem Asset. Der Name eines Registers oder Tags, der für einen Automatisierungstechniker eindeutig ist, reicht für ein übergeordnetes System noch nicht aus.

4. Konfiguration der Integration. Verbindungen und Zuordnungen werden eingerichtet und das EMS beginnt, Daten zu empfangen. Dabei muss geprüft werden, wie sich das System bei einem Neustart des Geräts, Kommunikationsverlust, einer Änderung des Maschinenzustands oder fehlenden Messwerten verhält.

5. Validierung. Der im EMS angezeigte Wert wird mit der Referenzquelle verglichen. Werte, Einheiten, Zeitstempel, Aggregationen und die Zuordnung des Messwerts zum richtigen Gerät müssen überprüft werden.

6. Abnahme und Dokumentation. Das Werk sollte ein aktuelles Register der Integrationspunkte, eine Kommunikationsübersicht, eine Beschreibung der Konfiguration sowie Regeln für den Umgang mit Störungen oder einem Austausch von Geräten erhalten.

Besondere Aufmerksamkeit verdient die fünfte Phase. Eine technisch korrekte Übertragung bedeutet noch nicht automatisch, dass auch die fachlichen Daten korrekt sind. Ein Wert kann fehlerfrei übertragen werden und trotzdem die falsche Einheit oder Skalierung besitzen oder einer anderen Maschine zugeordnet sein. Deshalb muss der Abnahmetest die gesamte Kette von der Quelle bis zur für den Anwender sichtbaren Information überprüfen.

Es gibt kein einzelnes Protokoll, das für jedes EMS vorgeschrieben ist. In Brownfield-Werken müssen in der Regel mehrere Generationen von Geräten und verschiedene Kommunikationsverfahren miteinander verbunden werden.

Das direkte Auslesen von Geräten erfordert die Verwaltung einer größeren Anzahl von Verbindungen. Werden Informationen über SCADA oder einen bereits vorhandenen OPC-Server abgerufen, können bereits konfigurierte Tags genutzt werden. Gleichzeitig wird das EMS dadurch jedoch von der Verfügbarkeit dieser Ebene abhängig.

OPC UA kann besonders hilfreich sein, wenn neben dem eigentlichen Zahlenwert ein strukturiertes Informationsmodell benötigt wird, das den Parametertyp, seine Bedeutung, Einheit und Beziehung zum jeweiligen Gerät abbildet. Das Vorhandensein von OPC UA allein garantiert jedoch noch keine korrekte Semantik. Entscheidend ist, wie das Datenmodell aufgebaut und genutzt wird. Die Spezifikation OPC UA for Energy Consumption Management stellt für Energiedaten ein standardisiertes Modell bereit, das diese Arbeit erleichtern kann.

In einer bestehenden Fabrik gibt es keinen Grund, eine stabile Datenquelle nur deshalb zu ersetzen, weil sie einen älteren Standard verwendet. Der Integrator sollte jedoch angeben, an welcher Stelle gegebenenfalls eine Protokollkonvertierung erforderlich ist, wer für das Gateway verantwortlich ist und wie sich das System bei einem Verbindungsabbruch verhält.

Wenn spätere Analysen eine vollständige Datenhistorie erfordern, sollte die Spezifikation Pufferung, erneute Datenübertragung oder eine eindeutige Kennzeichnung von Datenlücken festlegen. Nicht jeder Prozess benötigt dieselbe Datenkontinuität. Die Anforderungen sollten deshalb an die spätere Nutzung der Informationen angepasst werden.

Jede neue Verbindung zwischen einem übergeordneten System und dem Produktionsnetzwerk sollte mit den für OT und Cybersicherheit verantwortlichen Personen abgestimmt werden.

NIST empfiehlt in SP 800-82 Rev. 3 die Segmentierung und Isolierung von OT-Netzwerken sowie die Nutzung dokumentierter Datenflüsse, um festzulegen, welche Kommunikation zwischen einzelnen Segmenten tatsächlich benötigt wird. Firewalls, Gateways und andere Geräte an den Netzwerkgrenzen können diese Einschränkungen anschließend technisch durchsetzen.

Für ein EMS müssen deshalb unter anderem folgende Fragen beantwortet werden:

Wenn das EMS Befehle an die OT-Ebene senden soll, muss dieser Projektumfang separat bewertet werden. Monitoring und Steuerung sollten in der Dokumentation klar voneinander getrennt sein. Dazu gehört auch die Definition des Anlagenverhaltens bei Nichtverfügbarkeit des übergeordneten Systems.

Beim Vergleich von Angeboten liegt der Fokus schnell auf Dashboards, der Anzahl der Berichte oder den Lizenzmodellen. Für den Erfolg der Integration ist jedoch wichtiger, ob der Anbieter den Datenweg und die Verantwortlichkeiten für dessen einzelne Komponenten nachvollziehbar beschreiben kann.

Prüfen Sie vor der Auswahl eines Integrators ob:

Wenn ein Anbieter ein Dashboard detailliert kalkulieren kann, aber vor der Kalkulation der Integration nicht nach Gerätemodellen, Protokollen und der OT-Architektur fragt, ist der technische Projektumfang noch nicht ausreichend definiert.

Ein IT-basiertes EMS kann die für das Energiemanagement benötigten Daten bereitstellen. Die Einführung der Software allein stellt jedoch keine ISO 50001 implementation dar.

ISO 50001:2018 definiert Anforderungen an das Energiemanagementsystem einer Organisation. Die Norm wurde 2024 von ISO bestätigt. Im selben Jahr wurde außerdem ISO 50001:2018/Amd 1:2024 mit einer Ergänzung zum Klimawandel veröffentlicht. (ISO)

Die Bedeutung des Energiemanagements wird zudem durch die Richtlinie (EU) 2023/1791 verstärkt. Artikel 11 verpflichtet die Mitgliedstaaten dazu, Unternehmen, deren durchschnittlicher jährlicher Energieverbrauch in den vorangegangenen drei Jahren mehr als 85 TJ beträgt, in ein zertifiziertes Energiemanagementsystem einzubeziehen. Für Unternehmen mit einem Verbrauch von mehr als 10 TJ, die kein solches System einführen, sind Energieaudits vorgesehen. Die Richtlinie nennt den 11. Oktober 2027 als Frist für Energiemanagementsysteme und den 11. Oktober 2026 für das erste Audit.

In Deutschland gelten im September 2026 bereits konkrete Anforderungen aus dem Energieeffizienzgesetz (EnEfG). Unternehmen mit einem durchschnittlichen jährlichen Gesamtendenergieverbrauch von mehr als 7,5 GWh in den letzten drei abgeschlossenen Kalenderjahren müssen ein Energie- oder Umweltmanagementsystem einrichten; Unternehmen, die diesen Status seit dem 18. November 2023 neu erreichen, haben dafür grundsätzlich 20 Monate Zeit. Unternehmen mit mehr als 2,5 GWh müssen zudem innerhalb der gesetzlichen Fristen Umsetzungspläne für als wirtschaftlich identifizierte Endenergieeinsparmaßnahmen erstellen und veröffentlichen. Für Unternehmen, die unter die Energieauditpflicht des EDL-G fallen, gelten daneben die dort festgelegten Auditregeln; ein Energiemanagementsystem nach DIN EN ISO 50001 oder EMAS kann unter den gesetzlichen Voraussetzungen von dieser Pflicht befreien. Die konkrete Verpflichtung eines Unternehmens sollte deshalb anhand seines tatsächlichen Verbrauchs, seines Status und der jeweils geltenden Rechtslage geprüft werden.

Wenn die Daten später einen business energy audit, eine energetische Bewertung oder Kennzahlen eines Energiemanagementsystems unterstützen sollen, müssen Datenqualität, Historie und Rückverfolgbarkeit bereits bei der Definition der Integrationsanforderungen berücksichtigt werden.

Ein manufacturing energy management system kann diesen Prozess somit mit zuverlässigen Daten und Analysen unterstützen. Die ISO 50001 implementation steps umfassen jedoch ein wesentlich breiteres organisatorisches Managementsystem als die reine Einführung einer Softwarelösung.

Eine technisch funktionierende Verbindung kann weiterhin Daten liefern, die von der Produktion fachlich nicht akzeptiert werden sollten. Deshalb erfordert die Abnahme mehrere Perspektiven.

Ein Automatisierungstechniker bestätigt die Signalquelle und das Kommunikationsverfahren. Die für Energie verantwortliche Person überprüft Bedeutung und Plausibilität der Messung. Der Prozessverantwortliche sollte bestätigen, dass die Daten den tatsächlichen Produktionszuständen entsprechen. IT oder OT überprüfen Kommunikationsarchitektur und Zugriffsregeln.

Diese Aufgabenteilung unterscheidet sich von der Vorbereitungsphase des Projekts, in der Ziele und Messumfang festgelegt werden. Hier geht es um die Verantwortung für die Abnahme eines konkreten Integrationsergebnisses.

explitia.EMS kann Daten aus der Messinfrastruktur und aus Produktionsanlagen erfassen und nach der Integration mit Produktionssystemen den Energieverbrauch einer Maschine, Linie oder einem Produktionsauftrag zuordnen. Dieses Modell ist sinnvoll, wenn ein Werk industrial energy monitoring im Kontext des tatsächlichen Produktionsablaufs benötigt und nicht lediglich eine separate Sammlung von Energiediagrammen.

Wenn Sie vor Gesprächen mit Integratoren nur ein Dokument vorbereiten, sollten Sie nicht mit einer Liste der gewünschten Systemansichten beginnen. Erstellen Sie stattdessen ein Register der Integrationspunkte mit Gerät, benötigtem Parameter, Quelle, Kommunikationsmethode, Produktionskontext, Anforderungen an fehlende Daten und Abnahmekriterium.

Auf dieser Grundlage lassen sich Angebote mit einem vergleichbaren Leistungsumfang gegenüberstellen, Stellen mit zusätzlichem Messbedarf identifizieren und bestätigte Informationen von Annahmen des Anbieters trennen.

Eine gut geplante Integration eines EMS mit Maschinen ist dann abgeschlossen, wenn das Werk den Weg eines Werts vom Gerät bis zum Bericht nachvollziehen und seine Korrektheit überprüfen kann. Erst ein solches Modell sollte anschließend auf weitere Produktionslinien übertragen werden.

Nein. Daten können entweder direkt aus dem Gerät oder über eine SPS, ein Gateway, ein SCADA-System oder einen OPC-Server an das EMS übertragen werden. Die Wahl hängt von der vorhandenen Infrastruktur und der benötigten Datengranularität ab.

Nein. Ein EMS kann unterschiedliche Kommunikationsverfahren nutzen, darunter auch Modbus. OPC UA ist besonders hilfreich, wenn ein strukturiertes Informationsmodell und Interoperabilität zwischen unterschiedlichen Geräten oder Systemen benötigt werden.

Nein. ISO 50001 bezieht sich auf das Energiemanagementsystem der gesamten Organisation. Ein EMS kann dieses System mit Daten und Analysen unterstützen, doch die Installation einer Software ist nicht mit einer ISO-50001-Zertifizierung gleichzusetzen.

Bei der Abnahme sollten die Korrektheit von Werten, Einheiten, Zeitstempeln und Gerätezuordnungen sowie das Verhalten des Systems bei Kommunikationsverlust überprüft werden. Die Testkriterien sollten bereits vor Beginn der Umsetzung definiert werden.