CN103034134B - 用于设定包括多个组件的装置的运行状态的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于设定运行状态的方法。相应于标准PROFIEnergy的产品装置的运行状态过渡被越来越多地设置用于在装置内部的单个组件的能量管理。然而，对于单个组件的运行状态转换的定义可造成不能解决如何实现由多个组件构成的装置的运行状态转换的问题。本发明提出了一种装置，该装置支持由多个组件构成的装置的自动运行状态转换。

Description

用于设定包括多个组件的装置的运行状态的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于设定包括多个组件的装置的运行状态的方法，一种计算机程序产品以及总运行状态模型的应用。 

背景技术

现今正在进一步开发一些用于所有类型的电子设备的可使用的运行状态，通过其为迄今局限于“开”和“关”的运行状态补充了其他的变型。 

运行状态其他的公知变型例如包括在专业领域也作为“休眠”已知的静止状态，在专业领域也作为“空闲”已知的空转状态以及在专业领域也作为“待机”已知的就绪运行。此外，已知了其他的运行状态，通过这些运行装置电子设备的生产运行暂时地被中断，生产运行其后可以以与可由运行状态“关”的运行状态转换相比更短的准备或等待时间被重新激活。 

也在生产装置及制造装置的组件中，在下面为在目前的实施中总是也包括电子计算机的装置，在越来越多地注意组件的能量消耗过程中，越来越多地实现扩展的运行状态。对于组件例如理解为生产线的加工设备或机械手，但也可以是如输送带、电动机那样的装置，它们通常使用至少最小化的电子控制装置及使用或多或少独特的通信接口，用于交换过程数据及运行数据。 

在图4中示出了状态机形式的运行状态模型，通过该模型，在组件平面上通过设置运行状态实现了能量管理。设置在运行状态模型左边缘的圆象征着组件的第一运行状态IDL或“空闲”，设置在中间的圆象征着组件的第二运行状态STB或“待机”及设置在最右端的圆象征着组件的第三运行状态HIB或“休眠”。 

运行状态模型中的每个运行状态HIB，IDL，STB设有未示出的参数量。在参数量内例如可定义一些时间间隔，这些时间间隔说明了相应运行状态允许最少或最多保持多长时间。在各个运行状态HIB，IDL，STB之间通过弯曲的箭头象征运行状态转换。从第一运行状态IDL到第二运行状态STB的运行状态转换是可能的，但是从第二运行状态STB到第三运行状态HIB则是不可能的。每个状态转换需要一定的持续时间，该持续时间同样可由运行状态模型定义。 

相应于或类似于图4的运行状态模型例如根据PROFIEnergy标准也被设置用于装置的单个组件的能量管理。此外，PROFIEnergy标准还提供到PROFINET的接口。PROFINET（过程现场网络，Process Field Network）是用于将工业以太网应用于自动化的公开标准。 通过所述接口可实现装置的单个组件的运行状态转换。 

可是，对于单个组件的运行状态转换的定义不能解决如何实现由多个组件组成的装置的运行状态转换的问题。 

而组件彼此的复杂依赖性恰恰是在停机及开动时、或者一般地、在装置的运行状态转换时的巨大挑战。对装置中组件的顺序观察目前必须手动地实现。为了识别装置的多个依赖性，迄今没有自动的支持，使得该步骤也必须手动地进行。 

发明内容

本发明的任务在于，提供一种方法，该方法支持由多个组件构成的装置的自动运行状态转换。 

该任务通过下文所述的方法和设备解决。 

在根据本发明的用于设定包括多个组件的装置的运行状态的方法中设有下述步骤： 

- 通过分析结构模型确定装置的至少一个组件的结构依赖性；

- 通过分析运行状态模型确定装置的至少一个组件的运行状态转换特性；

- 通过分析过程模型确定装置的至少一个组件的过程依赖性；

- 基于至少一个组件的结构依赖性及过程依赖性以及运行状态转换特性建立该装置的总运行状态模型，其中，该总运行状态模型在装置的运行状态转换时预先给定至少一个组件的时间特性，而且该运行状态模型包含对所述组件的至少一个运行状态的能量消耗的说明。

开始三个确定步骤的顺序此外是完全任意的，使得结构依赖性的确定、运行状态转换特性的确定和过程依赖性的确定也可以与所示出的顺序不同地实现。 

本发明基于至少一个结构模型，至少一个过程模型以及一个运行状态模型，所述运行状态模型以理想的、但不一定的方式针对装置的几乎每个组件而存在。 

结构模型和过程模型考虑装置的组件之间的结构依赖性，其例如通过机械结构或所实现的过程来给出。因此，例如机器与输送带的运送有关。如果机器在未提前关断输送带时关断，则会出现未成品的过量制造。如果执行机构通过组件被控制，则所述组件的关断显然会导致执行机构的功能停止。 

结构模型例如可从工程工具例如COMOS中推导出，该工程工具包含电路图、管线图、装置结构等。 

过程模型包含用于关断或用于其它运行状态过渡的通用原则。这些原则例如具有以下内容：“在一系列输送带的情况下总是按照物品运送的顺序中进行关断”或“具有外部冷却装置的组件必须最后关断”等。 

优选以语义描述语言结构化的运行状态模型包含可能的运行状态以及优选对相应运行状态的能量消耗的说明。此外，运行状态模型优选包含对从一个确定的运行状态转换到一个另外的确定的运行状态所需的持续时间的说明。 

由这些前述模型建立总运行状态模型。该总运行状态模型反映了用于关断的所有时间依赖性。基于这种依赖图可在停机时或在整个装置的运行状态转换时确定各个组件的最佳关断顺序或者各个组件的其它任意运行状态转换。 

根据本发明的装置总运行状态模型的建立例如通过形成装置的制造过程关于所有的子制造过程的依赖图实现，其中，该依赖图反映了用于整个装置的运行状态转换的时间依赖性。基于总运行状态模型或依赖图可在装置的所希望运行状态转换时确定用于各个组件运行状态转换的最佳顺序。 

借助于应用根据本发明的方法，有利地使装置设计者从迄今存在的、完全手动建立装置模型的重负中解脱出来。替换地，仅需要对组件之间的依赖性建模。这极其显著地加速了工程过程。 

根据本发明的用于设定包括多个组件的装置的运行状态的设备，包括下述部件： 

- 通过分析结构模型确定装置的至少一个组件的结构依赖性的部件；

- 通过分析运行状态模型确定装置的至少一个组件的运行状态转换特性的部件；

- 通过分析过程模型确定装置的至少一个组件的过程依赖性的部件；

- 基于至少一个组件的结构依赖性及过程依赖性以及运行状态转换特性建立装置的总运行状态模型的部件，其中，该总运行状态模型在装置的运行状态转换时预先给定至少一个组件的时间特性，而且该运行状态模型包含对所述组件的至少一个运行状态的能量消耗的说明。

有利地，至少一个基于组件的运行状态模型包含对于组件的至少一个运行状态的能量消耗的说明。本发明的该构型允许在给定负荷或在装置空转时确定装置的能量消耗方面最佳的运行状态。 

本发明方法的另一个有利构型规定，由所建立的总运行状态模型这样地确定一个修改的总运行状态模型，其方式是，由所建立的总运行状态模型确定最佳的状态过渡以及其被考虑作为在修改的总运行状态模型中简化的状态图。 

该方法的进一步构型基于这样的认识，即，所建立的总运行状态模型可能仅仅是第一工作基础，该工作基础可通过最佳化被改进。通常，所产生的总运行状态模型被用于多个自由度，因为并不是所有的限定都被明确地建模。也就是说，装置设计者想要进一步限定设置在总运行状态模型中的用于运行状态转换的可能性。这些限定通过确定最佳的状态过渡实现。修改的总运行状态模型在该修改后被可选择地在装置上或在该装置的模型上检验及由此确定新的最佳运行状态转换。根据该构型的方法必要时被多次重复及可在过程中也造成过程模型和/或结构模型的修改。这样的迭代的方案由此确保了过程的持久改善。 

装置在应用总运行状态模型情况下的运行状态转换可以或者中央地、也就是在过程控制系统或“制造执行系统”上也或者分散地、也就是在与其它组件配合工作的单个组件上地被控制。 

根据本发明的总运行状态模型的确定也可中央或分散地进行。 

在中央的方案中，相应的过程模型和/或结构模型以及运行状态模型被传送给中央系统，以便接着进行中央的分析。在此情况下，该中央系统可与工程工具一起配合工作。 

在分散的方案中，分析被分配给多个过程步骤或组件。这在每个组件具有自己的数据处理可能性以及通信单元时则尤其是有利的变型。 

附图说明

具有本发明的其他优点和构型的实施例在下面借助附图被更详细说明。 

在此示出了： 

图1：用于示意性示出装置的总运行状态模型的结构图；

图2：用于示意性示出由各个组件构成的装置的结构图；

图3：用于示意性示出各个组件的运行状态变化的时间依赖性的流程图；及

图4：用于示意性示出单个组件的公知运行状态模型的结构图。

具体实施方式

图2示出了由多个组件构成的装置的示例截面，其包括第一机械手RB1，第二机械手RB2，第一输送带CB1，第二输送带CB2，第一电动机DR1，第二电动机DR2，第一变频器CV1，第二变频器CV2以及过程控制系统MES。 

为了根据本发明建立装置的总运行状态模型，按照一个实施例如下地来进行。 

在第一步骤中，通过分析一个或多个结构模型来确定装置组件之间的结构依赖性。在此，以理想的方式确定对装置的运行状态转换起作用的那些组件的结构依赖性。 

这样的结构依赖性例如从为了装置的自动化计划而建立的项目模型中确定。例如由该项目模型表明，控制系统MES通过通信标准PROFINET与机械手RB1，RB2和变频器CV1，CV2相连接。此外，例如由电路图表明，电动机DR1，DR2与变频器CV1，CV2相连接。 

在第二步骤中，通过分析相应组件的运行状态模型确定装置的至少一个组件的运行状态转换特性。由例如与图4类似存在的、存储在各个组件中的运行状态模型中尤其是读出关断条件，这些关断条件例如定义了关断过程的持续时间、接通过程的持续时间以及最小和最大的关断时间。如已经提及的，在运行状态模型中也考虑在“开”和“关”之外的运行状态，例如空转状态、准备运行等。 

在第三步骤中，通过分析过程模型确定过程依赖性（prozessualen Abhaengigkeit）。在此，例如分析形式上的过程说明，由其表明了，组件RB1，RB2是机械手RB1，RB2及电动机DR1，DR2驱动输送带CB1，CB2。此外确定了，待加工的加工物以这种顺序通过所述组件RB1，CB1，CB2，RB2。 

在过程模型中例如还定义了通用的关断原则。所属的数据组例如包含下述原则： 

- 输送带CB1，CB2必须被按照运行方向的顺序被关断；

- 机械手RB1，RB2和与其连接的输送带CB1，CB2可被同时关断；及

- 控制系统MES被最后关断。

基于所确定的结构依赖性和运行状态转换特性，现在首先以根据图1的很大程度上不言自明的依赖图的形式建立装置的总运行状态模型。 

借助于针对图1中示出的依赖图的搜索策略在下面确定关断顺序，所述顺序例如可被输出到相应的过程控制系统。依赖图可能部分地从规划工具输入。 

作为关断顺序的确定结果得出了具有图3中示出的关断顺序的流程图。在根据图3的流程图中，在横坐标T上绘制时间。各个组件RB1，CV1，CV2，RB2，MES的关断开始和持续时间被绘制为相应的在时间T上的黑色横梁。 

在本发明的一个实施形式中，由所建立的总运行状态模型确定一个修改的总运行状态模型，该模型被重新结合图1来说明。在建立修改的总运行状态模型时，由所建立的总运行状态模型确定最佳的状态过渡并且在修改的总运行状态模型中仅考虑这些状态过渡。最佳状态过渡的确定例如利用节点减少的手段实现。 

图1示出了所述用于装置组件的运行状态转换的依赖图。换句话说，依赖图包含装置的现有组件作为节点量。在图中，当两个节点u和v可被同时关断时，在两个节点u和v之间有一个无方向性的连结线。两个二元关系被总结为公式u ≤ v。该二元关系u ≤ v是可传递的。 

基于该特性，可减少连结线数量。 

Claims (10)

1.用于设定包括多个组件的装置的运行状态的方法，包括下述步骤：

- 通过分析结构模型确定装置的至少一个组件的结构依赖性；

- 通过分析运行状态模型确定装置的至少一个组件的运行状态转换特性；

- 通过分析过程模型确定装置的至少一个组件的过程依赖性；

- 基于至少一个组件的结构依赖性及过程依赖性以及运行状态转换特性建立装置的总运行状态模型，其中，该总运行状态模型在装置的运行状态转换时预先给定至少一个组件的时间特性，

其特征在于，该运行状态模型包含对所述组件的至少一个运行状态的能量消耗的说明。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该运行状态模型定义至少一个针对所述组件的可能运行状态。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该运行状态模型定义用于所述组件的至少一个运行状态转换的持续时间。

4.根据前述权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述结构模型反映一个组件与至少另一个组件的结构配合作用。

5.根据前述权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，该过程模型反映一个组件与至少另一个组件的过程依赖性。

6.根据前述权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，由所建立的总运行状态模型这样地确定修改的总运行状态模型，其方式是，由所建立的总运行状态模型确定最佳的状态过渡并且在修改的总运行状态模型中仅考虑最佳的状态过渡。

7.根据前述权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，由所述总运行状态模型在装置的可预先给定的运行状态转换时确定装置的至少一个组件的运行状态转换顺序。

8.根据前述权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述总运行状态模型被应用在过程控制系统中。

9.根据前述权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述总运行状态模型被应用在组件中。

10.用于设定包括多个组件的装置的运行状态的设备，包括下述部件：

- 通过分析结构模型确定装置的至少一个组件的结构依赖性的部件；

- 通过分析运行状态模型确定装置的至少一个组件的运行状态转换特性的部件；

- 通过分析过程模型确定装置的至少一个组件的过程依赖性的部件；

- 基于至少一个组件的结构依赖性及过程依赖性以及运行状态转换特性建立装置的总运行状态模型的部件，其中，该总运行状态模型在装置的运行状态转换时预先给定至少一个组件的时间特性，

其特征在于，该运行状态模型包含对所述组件的至少一个运行状态的能量消耗的说明。