Was ist DNP3?

DNP3 steht für Distributed Network Protocol 3 und ist ein offenes, als IEEE 1815 standardisiertes Kommunikationsprotokoll für Fernüberwachung und Fernsteuerung. Es verbindet Netzleitstellen und SCADA-Systeme (Supervisory Control and Data Acquisition) mit Fernwirkgeräten, Anlagencontrollern und Feldgeräten. Besonders verbreitet ist DNP3 in der nordamerikanischen Energieversorgung.

DNP3 auf einen Blick

• DNP3 überträgt Messwerte, Betriebszustände, Ereignisse und Steuerbefehle zwischen Leitstellen und Anlagen.
• Neben regelmäßigen Abfragen unterstützt das Protokoll ereignisbasierte Meldungen, abhängig von Gerätefunktionen und Konfiguration.
• Eine funktionierende Anbindung benötigt abgestimmte Datenpunkte und Sicherheitsfunktionen; DNP3-Unterstützung allein genügt nicht.

Wie funktioniert die Kommunikation?

Ein Master, beispielsweise die Netzleitstelle, kommuniziert mit einer Outstation, etwa einem Fernwirkgerät oder Anlagencontroller am Standort. Die Verbindung kann seriell oder über ein IP-Netzwerk erfolgen.

Die Outstation stellt unter anderem Leistungen, Spannungen, Ströme, Zählerstände, Schalterstellungen und Störmeldungen bereit. Je nach Datenobjekt ergänzen Zeitstempel und Qualitätskennzeichen die Werte. Damit kann die Leitstelle beispielsweise erkennen, wann eine Zustandsänderung eingetreten ist oder ob ein Messwert als gültig gekennzeichnet ist.

Der Master kann aktuelle Werte und gespeicherte Ereignisse abfragen. Ereignisse entstehen beispielsweise bei einem Schaltzustandswechsel oder einer ausreichend großen Messwertänderung. Unterstützen und aktivieren beide Seiten spontane Meldungen (Unsolicited Responses), kann die Outstation Änderungen auch ohne vorherige Einzelabfrage übertragen.

In Gegenrichtung sendet der Master Schaltbefehle oder Sollwerte. Beim Verfahren Select before Operate wird ein Befehl zunächst ausgewählt und anschließend durch einen separaten Ausführungsbefehl ausgelöst. Das Verfahren ersetzt weder eine Berechtigungsprüfung noch elektrische Schutzfunktionen.

Wo wird DNP3 eingesetzt?

In der Netzführung verbindet DNP3 Leitstellen mit räumlich verteilten Stationen. Betreiber können Betriebszustände überwachen, Störungen erfassen und geeignete Betriebsmittel aus der Ferne schalten.

Bei Photovoltaikanlagen und Batteriespeichern kann dieses Kommunikationsprotokoll die Schnittstelle zwischen Anlagenstandort und übergeordneter Leitstelle bilden. Ein Anlagencontroller übermittelt beispielsweise die aktuelle Wirkleistung und empfängt eine neue Leistungsvorgabe. Die lokale Regelung prüft diese anhand der Anlagenlimits und setzt sie über die jeweiligen Geräteschnittstellen um.

DNP3 transportiert dabei Daten und Befehle. Betriebsoptimierung, lokale Regelung und elektrische Schutzfunktionen bleiben Aufgaben der angeschlossenen Systeme.

Was ist bei der Integration zu beachten?

Die Ereignisübertragung kann das Datenaufkommen gegenüber häufigen vollständigen Abfragen reduzieren. Zeitgestempelte Meldungen unterstützen außerdem die zeitliche Rekonstruktion von Betriebsabläufen und Störungen.

Voraussetzung ist eine abgestimmte Datenpunktliste. Beide Seiten müssen Datenpunkttypen, Indizes, Skalierungen, Einheiten und Befehlsbedeutungen übereinstimmend konfigurieren. Auch Vorzeichenkonventionen sind entscheidend: Eine positive Wirkleistungsvorgabe darf auf Sender- und Empfängerseite nicht unterschiedlich interpretiert werden.

Für belastbare Zeitstempel ist eine verlässliche Zeitbasis erforderlich. Ereignispuffer sind begrenzt. Bei längeren Kommunikationsausfällen oder zu vielen Ereignissen können Puffer überlaufen und Ereignisdaten verloren gehen.

Unabhängig von der Ereignispufferung benötigt die Anlagensteuerung ein definiertes Verhalten bei Kommunikationsausfall sowie bei ausbleibenden oder veralteten Sollwerten.

Kommunikationssicherheit entsteht nicht allein durch DNP3. Secure Authentication Version 5 (SAv5) dient der Authentifizierung und Integritätsprüfung sicherheitsrelevanter Nachrichten, verschlüsselt jedoch nicht die Nutzdaten.

Der neuere DNP3 Security Layer (DNP3-SL, vormals SAv6) unterstützt zusätzlich Nachrichtenverschlüsselung. Daraus folgt keine automatische Verfügbarkeit in bestehenden Geräten. Welche Sicherheitsfunktionen tatsächlich unterstützt und aktiviert sind, muss für die eingesetzten Geräte und die gesamte Kommunikationsstrecke geprüft werden.

Welche Rolle spielt DNP3 in EcoPhi-Projekten?

EcoPhi nutzt es unter anderem in Projekten in Südafrika zur Kommunikation mit übergeordneten Systemen. Der technische Bezug liegt darin, Betriebsdaten bereitzustellen und externe Sollwerte für die lokale Anlagensteuerung zu empfangen.

Die konkrete Anbindung wird projektspezifisch abgestimmt. Dazu gehören Kommunikationsrollen, Datenpunktlisten, Sicherheitsanforderungen und verfügbare Geräteschnittstellen. Welche DNP3-Funktionen direkt oder über einen Protokollkonverter verfügbar sind, hängt von den eingesetzten Geräten und der Systemarchitektur ab.

DNP3 zusammengefasst

DNP3 ermöglicht die strukturierte Fernüberwachung und Fernsteuerung verteilter Energieanlagen. Sein praktischer Nutzen hängt von einer sauber abgestimmten Datenpunktzuordnung, geeigneter Ereignisverarbeitung und abgesicherter Kommunikation ab. Die Umsetzung empfangener Vorgaben bleibt Aufgabe der Anlagensteuerung.

Häufige Fragen

Ist DNP3 ein SCADA-System?

Nein. DNP3 ist ein Kommunikationsprotokoll, das ein SCADA-System für den Datenaustausch mit Anlagen nutzen kann. Visualisierung, Archivierung und Bedienoberflächen stellt das jeweilige System bereit.

Benötigt DNP3 eine Internetverbindung?

Nein, es kann über serielle Verbindungen oder private IP-Netzwerke betrieben werden. Eine Verbindung zum öffentlichen Internet ist nicht erforderlich.

Können bestehende Anlagen über einen Protokollkonverter angebunden werden?

Grundsätzlich ja, sofern der Konverter die benötigten Funktionen beider Protokolle unterstützt. Zu prüfen ist insbesondere, ob Messwerte, Qualitätskennzeichen, Zeitstempel und Befehle korrekt abgebildet werden können.