CN104049590B - 可扩展的能量管理架构 - Google Patents

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Abstract

公开了一种可扩展的能量管理架构。一种能量管理系统可以包括：多个工业自动化设备，该多个工业自动化设备中的第一工业自动化设备内嵌入的第一能量代理，以及该多个工业自动化设备中的第二工业自动化设备内嵌入的第二能量代理。第一能量代理可以监视对应于第一工业自动化设备的一个或更多个能量特性，并且可以至少部分地基于所述能量特性和能量目标来调节第一工业自动化设备的一个或更多个操作。该第二能量代理不能监视对应于第二工业自动化设备的一个或更多个能量特性，并且该第二能量代理可以从第一能量代理接收对应于第二工业自动化设备的一个或更多个能量特性。

Description

可扩展的能量管理架构
技术领域
本公开内容总体上涉及工业自动化控制系统领域。本公开内容的实施方式更具体地涉及可以提供用于工业自动化系统内的各种部件的能量管理操作的可扩展能量管理架构。
通常使用自动化控制和监视系统来管理和操作工业自动化系统。尤其是在工业自动化设置中，存在大范围的用于自动化控制和监视系统的应用。这种应用可以包括为大范围的致动器例如阀、电机等供电，以及经由传感器收集数据。通常的自动化控制和监视系统可以包括一个或更多个部件，例如可编程终端、自动化控制器、输入/输出(I/O)模块和/或人机界面(HMI)终端。
一般来说，由工业自动化系统中的各种设备产生并且使用的能量是由能量管理系统来管理的。用于工业自动化系统的传统的能量管理系统通常是添加到自动化控制和监视系统的现有基础结构上的单独系统。因此，通常将现有的能量管理系统与现有的自动化控制和监视系统并行地使用。因此，能量管理系统与现有的自动化控制和监视系统的基础结构有很多重复。
虽然这些传统的能量管理系统可以提供针对工业自动化系统的一些能量管理操作，但是当在工业自动化系统中添加更多的设备时，这些传统的能量管理系统不能够提供有效的方式来扩展能量管理系统或架构。相应地，需要对工业自动化系统的能量进行管理的改进的系统和方法。
发明内容
在一个实施方式中，本公开内容涉及能量管理系统，该能量管理系统可以包括多个工业自动化设备，该多个工业自动化设备中的第一工业自动化设备内嵌入的第一能量代理，以及该多个工业自动化设备中的第二工业自动化设备内嵌入的第二能量代理。该第一能量代理可以监视与第一工业自动化设备对应的一个或更多个能量特性。并且，该第一能量代理可以至少部分地基于能量特性和能量目标来调节第一工业自动化设备的一个或更多个操作。第二能量代理不能监视对应于第二工业自动化设备的一个或更多个能量特性，并且第二能量代理可以从第一能量代理接收对应于第二工业自动化设备的一个或更多个能量特性。
在另一实施方式中，本公开内容涉及能量代理，该能量代理可以包括：通信代理，该通信代理被配置成与工业自动化系统中的一个或更多个设备内所嵌入的一个或更多个能量代理进行通信；以及监视代理，该监视代理被配置成分析与该一个或更多个设备中的至少一个设备对应的能量数据，以及至少部分地基于对应于该至少一个设备的能量数据和对应于工业自动化系统中的一个或更多个设备内的一个或更多个设备的能量数据，来模拟对应于工业自动化系统中的第一设备的能量数据，其中，该第一设备不是该一个或更多个设备的一部分。
在又一实施方式中，本公开内容涉及一种方法，该方法可以包括使用处理器来接收有关第一能量代理已经耦接至通信网络的指示，该通信网络耦接至工业自动化控制系统中的多个设备。第一能量代理可以被嵌入工业自动化控制系统中的第一设备中，并且可以被配置成至少部分地基于能量目标来调节第一设备的一个或更多个操作。该方法还可以包括与第一能量代理交换与多个设备对应的多个能量简档，以及至少部分地基于能量目标、交换的多个能量简档、以及第一设备的能量简档来调节多个设备的一个或更多个操作。
附图说明
参照附图阅读如下详细描述将更好地理解本发明的这些以及其他特征、方面以及优点，在这些附图中，类似的附图标记表示类似的部分，在附图中：
图1是根据实施方式的用于工业自动化系统的能量管理系统的框图；
图2是根据实施方式在图1的能量管理系统内使用的能量代理(energy agent)的框图；
图3是根据实施方式用于与图1的能量管理系统内的能量代理进行协商的方法的流程图；
图4是根据实施方式，使用图1的能量管理系统内的能量代理来实现能量目标的方法的流程图；
图5是根据实施方式在图1的能量管理系统的能量代理内的各种代理的框图；以及
图6是根据实施方式将图1的能量管理系统进行缩放的方法的流程图。
具体实施方式
本公开内容总体上涉及提供用于工业自动化系统的可扩展的能量管理系统。在某些实施方式中，可扩展的能量管理系统可以使用能量代理来组成可扩展的管理系统。与作为单独设备被耦接至微处理器或控制器相比，能量代理可以是在工业自动化系统中嵌入设备的微处理器或控制器内的应用。在一个实施方式中，能量代理可以具有各种能力和属性，该各种能力和属性能够对与其相应设备相关联的能量进行监视和控制。而且，能量代理可以能够知道其相对于可扩展的能量管理系统的位置，以使得其能够自知其周围的能量环境。例如，能量代理可以针对其相应的设备从其相应设备的能量特性的角度来提供监视操作、数据记录操作、控制操作、可视化操作等。在任何情况下，可扩展的能量管理系统可以定义针对每个能量代理的定义和标识的标准，以及针对每个能量代理之间的相互作用的标准。也就是说，可扩展的能量管理系统可以提供用于使能量代理相互通信并且相互作用以实现与能量相关的目标的架构。作为结果，当新的设备被添加到可扩展的能量管理系统时，可扩展的能量管理系统内的现有能量代理可以自动地识别新的设备，与新的设备交换信息，并且基于新设备的添加而修改其操作。
现在参考图1，图1描绘了可以被用于采用本文中描述的各种技术的能量管理系统10的框图。能量管理系统10可以提供以下架构或基础结构：其中可以对与工业自动化系统内的各种设备相关联的能量进行跟踪、分析、管理等。架构可以建立在开放式标准上，并且可以包括扩展，以创建架构内的设备的层次结构(hierarchy)，使得整个层次结构的能量可以被视为单个实体。因此，在一个实施方式中，可以使用可以嵌入工业自动化系统设备的处理器内的能量代理12来对与工业自动化系统中的设备相关联的各种能量特性进行跟踪、分析和管理。在某些实施方式中，每个能量代理12可以被嵌入输入/输出控制器、监管控制器、机器控制器、线路控制器等内。
能量代理12可以包括知晓自身能量的软件协议或模块，因此该软件协议或模块可以了解其对应的设备的能力，也就是说，每个能量代理12可以具有通过控制其相应设备的操作来增加电力、减少电力、将电力送回至电网(例如，再生设备)或者使能量更有效率的能力。在一个实施方式中，每个能量代理12可以接收并且解析关于其相应设备的工厂规范，以了解相应设备的能力。然而，除了使用相应设备的工厂规范之外，能量代理12还可以使用各种传感器以及从其他能量代理12接收的其他信息来确定相应的设备是否能够满足所有的工厂规范。例如，200瓦特的电源随着时间可能损失部分提供200瓦特电力的能力，而是可能只能够提供190瓦特的电力。与该电源相关联的能量代理12可以意识到其相应的设备的这一限制，并且将该限制传递给各种其他能量代理12，使得其设备在依靠相应设备的能力的任何数据处理中被准确地表示并且考虑到。
鉴于此，可以将能量代理12用于自主地用其设备来实现目标驱动动作或规划。也就是说，每个能量代理12可以独立地作用以针对其中嵌入该能量代理12的相应设备实现各种动作。因此，能量代理12可以监视其相应设备的能量特性、与其他能量代理12进行通信以确定其相应设备的能量特性，并且基于其相应设备的能量特性以及其他周围设备的能量特性来控制其相应设备的操作。例如，每个能量代理12可以追踪与其中嵌入了能量代理12的设备对应的能量特性，将这些能量特性传递给其他能量代理12，基于这些能量特性来预测工业自动化系统中的每个设备的能量使用，修改每个设备的操作以满足能量目标等。举例来说，能量特性可以包括电力消耗、效率、温度等。
在一个实施方式中，一旦能量代理12被嵌入其设备内，能量代理12可以从该设备的存储器检索能量数据。为了从设备检索能量数据，能量代理12可以对设备的存储器部件(例如，硬件)进行全面搜索，并且识别类似于能量数据的数据。也就是说，能量代理12可以在设备中搜索其中嵌入了能量相关信息的历史数据。能量代理12还可以扫描设备的硬件部件，例如硬件部件，来确定可以被耦接至设备的传感器的类型以及硬件部件能够接收的数据的类型。在任何情况下，一旦能量代理12识别并且解析与其设备相关联的能量数据，能量代理12可以使用能量数据来进行各种操作。下面参照图2，提供关于能量代理12的进一步的细节。
返回参考图1，能量代理12可以使用由能量管理系统10提供的基础结构来交换信息并且相互通信，以使得可以对与每个工业自动化系统设备相关的能量进行处理和分析。例如，设备内的能量代理12，例如工业自动化驱动、电机启动器、接触器、可编程控制器、开关装置、能量计、机器人、机器人控制器、人机界面(HMI)等可以经由通信网络14相互通信。
通过示例的方式，图1描绘了能量管理系统10，该能量管理系统10包括可以经由通信网络14相互通信的电子设备16、主控制器18、电机驱动20和电机驱动22、电力监视器24、数据桥(data bridge)26、网络28以及电网30。在一个实施方式中，电子设备16可以包括用于与能量管理系统10上的各种设备进行交互的任何类型的设备。例如，电子设备16可以包括个人计算机(PC)、平板电脑、移动设备等。
主控制器18可以控制工业自动化系统中的每个设备的操作。因此，主控制器18可以包括通信部件、处理器、存储器、存储装置等。通信部件可以是便于主控制器18与工业自动化系统中的每个设备之间进行通信的无线或者有线通信部件。处理器可以是能够执行计算机可执行代码的任何类型的计算机处理器或微处理器。存储器和存储装置可以是能够被用作为介质以存储可执行代码的任何合适的制造品。这些制造品可以表示存储由处理器使用以执行当前公开所技术的处理器可执行代码的计算机可读介质(即，任何合适形式的存储器或存储装置)。
在一个实施方式中，主控制器18可以被定位于能量管理系统10的层次结构的顶部。因此，嵌入主控制器18内的能量代理12可以向以下每个能量代理12传播或发送能量目标和命令：该每个能量代理12可以与能量管理系统10的层次结构中的较低级别或者下游的设备相对应。而且，因为主控制器18可以被定位于能量管理系统10的层次结构的顶部，所以嵌入主控制器18内的能量代理12可以传播以下每个能量代理12的能量数据：该每个能量代理12可以与能量管理系统10的层次结构中的较低级别或者下游的设备相对应。
电机驱动20和电机驱动22可以被耦接至负载，例如电机，并且可以向负载提供可控电源。电力监视器24可以是耦接到与电机驱动20和电机驱动22相同的电力分支上的设备，并且可以被配置成提供与电力属性或测量有关的信息，该电力属性或测量对应于工业自动化系统中的电气点。数据桥26可以是能够在网络28、电网30或任何其他类型的设备之间交换数据的接口。网络28可以包括计算设备的网络，例如互联网或基于云的系统。
在某些实施方式中，网络28可以提供针对能量管理系统10的能量目标或目的。电网30可以包括可被耦接至工业自动化系统的电网。在某些实施方式中，能量代理12可以与电网30进行交互以确定其能量输出、能力等。而且，能量代理12可以向其相应的设备发送命令，以将能量输至电网。
鉴于上述内容，在某些实施方式中，电子设备16、主控制器18、电机驱动20和电机驱动22、电力监视器24、数据桥26以及网络28每个可以包括嵌入于其中的相应的能量代理12。也就是说，能量代理12可以被嵌入到可经由通信网络14向其他能量代理12通信的微处理器或控制器内。然而，应该注意的是，在某些实施方式中，可以不将能量代理12嵌入如图1所示的每个设备中。替代地，可以将能量代理12嵌入图1中示出的设备的任意组合中。
如上所述，能量管理系统10中的每个设备可以使用通信网络14来交换信息并且彼此相互通信。通信网络14可以包括任何类型的有线或者无线通信网络，例如局域网(LAN)、广域网(WAN)或者互联网。在一个实施方式中，可以在现有的控制系统基础结构上实现能量管理系统10，以避免为能量管理系统10建造额外的或重复的基础结构。也就是说，能量管理系统10可以使用通信网络14来执行其操作，该通信网络14可以与为控制系统提供的通信网络相同。作为结果，能量管理系统10可以变得更易扩展，因为向现有的通信网络添加嵌入了能量代理12的设备可以使新添加的能量代理12能够与连接到先前存在的通信网络的所有设备迅速地进行通信和交互。
而且，能量管理系统10中的能量代理12可以提供用于工业自动化系统的能量信息底板(backplane)，使得能够虚拟地将新设备“插入”能量信息底板。也就是说，嵌入新设备内的能量代理12可以为其他能量代理12提供信息，例如实际使用的能量、设备规范、实际的能量成本和预测的能量成本等。
在这种方式下，能量代理12可以提供可直接应用于动态管理对应的工业自动化系统的能量的基础结构、代理协议以及建模工具。例如，因为能量代理12可以自知其能量利用，因此能量代理12可以调用各种协议来减少每个代理的相应设备的能量使用或者更好地管理每个代理的相应设备的能量使用。因此，能量代理12可以有机会与其他能量代理进行协商，并且动态地重新配置能量代理12的操作，以在满足安全性和可靠性的其他机会约束和要求的同时，使工业自动化系统的能量利用最优化。
图2示出关于能量代理12的更多细节。例如，能量代理12可以包括可用于监视、控制并呈现与工业自动化系统内的各种设备相关的能量或电力数据的子代理或各种协议、软件模块。
在任何情况下，子代理可以包括数据代理32、监视代理34、通信代理36、控制代理38、可视化代理40等，以执行各种操作。应当指出的是，在某些实施方式中，能量代理12可以包括这些所列出的子代理的任何子集。例如，在某些实施方式中，能量代理12可以包括所列出子代理中的至少一个子代理。然而，应当理解的是，能量代理12还可以包括所描述的子代理的任何组合，并且不限于包括所提供的子代理中的至少两个子代理。例如，在任何给定的能量代理12中可以使用这些子代理中的任何三个或四个子代理。
在某些实施方式中，数字代理32可以检索与设备相关联的原始能量数据(rawenergy data)。原始能量数据可以包括存储在存储器中的能量数据、从传感器获取的能量数据等。在此情况下，数据代理32可以检索原始能量数据，但可以不基于所检索的原始能量数据来解析、处理或执行任何动作。替代地，数据代理32可以使得用户或者其他代理能够接收或解析与其中嵌入有数据代理的设备有关的原始能量数据。在某些实施方式中，能量代理12可以包括多个数据代理32，使得每个数据代理32可以检索与设备相关联的不同原始能量数据。
另一方面，监视代理34可以基于所检索的数据来询问、解析或者得出一些结论。也就是说，监视代理34可以监视或分析其对应设备的能量数据，并得出关于能量数据的一些结论。例如，监视代理34可以分析由其对应设备消耗的能量的量，并且可以在能量的量超过一些限制的情况下向主控制器18发送警报信号。此外，在此情况下，监视代理34可以得出其对应设备为低能效的结论，并且可以将这样的设备向通信网络14内的其他能量代理12指明。除了监视与其自己的设备相关联的能量数据，监视代理34还可以监视或分析与其中嵌入有能量代理12的其他设备相关联的能量数据。也就是说，监视代理34可以监视可经由通信网络14访问的工业自动化系统内的其他设备所获取的数据。
在一个实施方式中，监视代理34还可以生成或可视化用于工业自动化系统中的可能未设置有能量代理12的其他设备的能量数据。例如，如果驱动器22未包含能量代理12，则嵌入能量管理系统10中的另一设备内的监视代理34可以生成用于驱动器22的能量数据的虚拟模型仿真。因此，监视代理34可以从邻近的设备，例如驱动器20和电力监视器24，接收能量数据，并且基于所接收的能量数据、工业自动化系统的电力拓扑或结构等来计算或预测用于驱动器22的能量数据。
鉴于前述内容，监视代理34，或者能量代理12内的任何其他代理可以使用通信代理36与耦接至通信网络14的任何设备通信。通信代理36可以使得一旦能量代理12连接至通信网络14，能量代理12能够集成到通信网络14中。一旦连接，通信代理36可以包括协议转换，该协议转换可以使通信代理36能够与其他能量代理12、它们相应的设备等进行交互。
通常，通信代理36可以在网络连通建立时自动地将能量代理12集成到通信网络14。同样地，通信代理36可以与连接至通信网络14的其他能量代理交换简档(profile)，使得用于新连接的能量代理12的能量数据被登记并且可用于被其他能量代理12处理。每个设备或能量代理12的简档可以基于设备的能力来定义。基于这些能力，能量代理12可以确定它们如何与能量管理系统10中的其他能量代理12进行交互。
另外地，通过使用通信代理36，耦接至通信网络14的能量代理12可以自由地彼此通信以及与网络28通信。在一个实施方式中，通信代理36可以自由地询问作为网络28的一部分的基于云的系统。通信代理36还可以用于与主控制器18交互，以针对作为工业自动化系统的一部分的每种类型的设备确定适当的能量使用简档或目标。另外，主控器18或者(例如网络28的)基于云的系统可以：提供用于设备的可替选操作以减少能量的选项；提供对能量驱动状态评估数据库和算法的访问；以及提供对以下数据库的访问：该数据库用于提供类似环境中的其他类似设备的能量使用简档。此外，网络28可以用于向工业自动化系统中的每个设备或者工业自动化系统整体提供操作目标、质量目标、可靠性目标、能量使用目标等。
在识别所有相关能量数据并且建立与通信网络14上的其他能量代理12的通信之后，控制代理38可以改变或控制嵌入有对应能量代理12的设备的性能。也就是说，控制代理38可以改变设备的操作以变得能效更高，以实现与其他能量代理12的协作能量目标，实现最小或最优能量使用模式等。此外，控制代理38可以基于变化的能量成本、变化的处理条件、变化的机器操作环境(例如启动过程、高速操作、低优先级能量操作)等动态地改变其设备的操作。
在某些实施方式中，控制代理38可以采用以高能效方式实现目标生产目的的替选控制策略(例如，设备操作)和/或推荐的替选拓扑。例如，替选控制策略可以包括比例-积分-微分(proportional-integrative-derivative)等。替选控制策略还可以包括存储用于之后处理的材料。这可以基于避免启动大型电机(例如粉碎机),以基于从电力监视器传送需求区间开始和结束时间，来避免设施需求费用增加。若干大型受控负载可以协商它们中的哪个子集可以在当前需求区间中进行操作，以实现最大产量或者避免高代价的操作，如特定机器的原位清洗(clean-in-place)。另一控制策略可以包括降低操作速度。对于相同产量，这可能花费较多的总能量，但降低了高峰需求。又一策略可以包括提高速度，以在即将发生停电之前完成制造。这在机器的磨损方面可能是高代价的，但它可以避免不期望的被迫的设施关机。
控制代理38可以在解析从其他能量代理12接收的能量数据之后确定这些替选控制策略和/或替选拓扑。因此，控制代理38可以自动地确定替选控制策略和/或替代拓扑，而不打扰自动化系统的用户。
另外地，控制代理38可以本地地或者远程地从用户接收命令，该命令可以表示用于其相应设备的操作模式(例如省电模式、高产量模式)。在一个实施方式中，控制代理38可以基于与能量成本、能量使用目标、操作环境(例如，低优先级动作以最小化能量使用)等有关的信息，在设备的操作模式之间改变。
通常，能量管理系统10中的控制代理38或能量代理12可以在作为对等网络的通信网络14中操作。因此，每个控制代理38可以操作其相应的设备，并且与其他控制代理38共享与其设备有关的信息。在某些实施方式中，控制代理38中的所有控制代理可以通过协作地收集信息并且协作地确定要由能量管理系统10中的每个设备执行的动作，来一起工作以实现能量目标。在一起确定用于每个设备的适当动作之后，每个控制代理38向其相应设备发送命令，以便以与所确定的动作一致的方式进行操作。例如，控制代理38可以与其他控制代理38(例如能量代理12)协商，以协作并实现如图3的方法50中所描述的各种能量目标。
在一个实施方式中，能量代理12可以基于从操作者接收的输入调用、安装或激活某些子代理。例如，能量代理12可以接收表示耦接至能量代理12的设备的本质、在相应设备的拓扑中的位置等的各种输入。在接收到这些信息之后，能量代理12可以激活子代理(例如，数据代理32、监视代理34、通信代理36、控制代理38、可视化代理40)的集合，来执行各种操作以实现其能量目标。以相同方式，能量代理12可以基于由能量代理12做出的与以下有关的确定来调用、安装或激活某些子代理：能量管理系统10的拓扑、能量代理12相对于能量管理系统10的位置、以及与能量代理12相关联的设备的类型等。也就是说，能量代理12可以接收关于与其相应设备有关的能量特性的信息，并且确定能量管理系统10的拓扑、能量代理12相对于能量管理系统10的位置、以及与能量代理12相关联的设备的类型等。然后能量代理12可以基于这些确定来安装或激活子代理的集合。
以此方式，每个能量代理12可以被操作者配置或编程为具有子代理(例如，数据代理32、监视代理34、通信代理36、控制代理38、可视化代理40)的一些集合，或者每个能量代理12可以基于与能量代理12在能量管理系统10内(即相对于各种其他能量代理12、设备等)的位置、能量管理系统10的拓扑、与能量代理12相关联的设备的类型、和连接至能量代理12的设备的类型等有关的各种特性，来确定它应该包含那些子代理。在此情况下，一旦能量代理12确定其适当的子代理，其可以经由网络28下载或检索子代理。替选地，每个能量代理12可以包括各个不同类型的子代理，并且能量代理12可以基于其确定来激活存储在其中的子代理。
现在参照图3，在某些实施方式中，控制代理38可以采用方法50以通过与其他控制代理38协商来实现一个或更多个能量目标。尽管方法50的以下描述被描述为由控制代理38执行，但应当指出的是，能量代理12内的任何子代理都可以执行方法50的过程。
在方框52中，控制代理38可以接收与能量管理系统10中的设备相对应的一个或更多个能量目标。在一个实施方式中，能量目标可以包括可在一段时间内由工业自动化系统中的所有设备使用的能量或电力的量、可由工业自动化系统中的每个单个设备使用的能量或电力的量、用于整个工业自动化系统的能效等级、和用于工业自动化系统中的每个设备的能效等级等。
在方框54中，控制代理38可以与其他控制代理38协商以实现能量目标。同样地，控制代理38可以协调它们对于其相应设备的动作以实现能量目标。下面将参照图4来描述关于控制代理38如何彼此协调或协商它们的动作的另外的细节。在任何情况下，在控制代理38与其他控制代理38协商关于如何实现其能量目标之后，在方框56中，控制代理38可以将在方框54中确定的协商的动作实现到其相应设备中。
鉴于前述内容，图4示出了可以采用多个控制代理38来实现一个或更多个能量目标的方法60的流程。因此，在方框62中，能量管理系统10中的每个控制代理38可以从用户、网络28或主控制器18等接收能量目标。通过示例的方式，能量目标可以包括用于工业自动化系统中的每个设备的能效规定、用于整个工业自动化系统的整体能效规定、和用于工业自动化系统的能量限制等。
在方框64中，每个控制代理38可以确定用于其相应设备和能量管理系统10中的任何其他设备的的动作，该动作可以与满足能量目标相对应。作为结果，每个控制代理38可以开发单独的能量规划，该单独的能量规划指定工业自动化系统中的每个设备以及其相应设备可以如何操作以满足能量目标。
在方框66中，每个控制代理38可以与其他控制代理38共享其单独能量规划。同样地，每个控制代理38可以经由通信网络14将其单独能量规划发送给其他控制代理38。在一个实施方式中，每个控制代理38可以将其相应的单独规划发送给一个控制代理38(例如，嵌入主控制器18内的控制代理38)，使得该一个控制代理38可以执行方法50中剩余的步骤。然而，应当指出的是，在其他实施方式中，每个控制代理38仍然可以执行方法50中的剩余步骤。
在方框68中，每个控制代理38可以识别哪个相应的规划最接近满足在方框52中所接收的能量目标。在一个实施方式中，能量目标的不同部分可以被不同地加权或优先化。因此，每个控制代理38可以基于与多么接近地实现能量目标的每个不同部分有关的加权分值来识别哪个相应规划最接近满足在方框52中所接收的能量目标。
在方框70中，每个控制代理38可以执行在方框68中所识别的规划。因此，每个控制代理38可以向其相应设备发送一个或更多个命令，以改变其操作(或者在一些情况下维持其操作)，使得能够执行在方框68中所识别的规划。在一个实施方式中，可以将与在方框68中所识别的规划相对应的控制代理38指定为用于能量管理系统10中的每个控制代理38的主控制器。
返回参考图2，能量代理12还可以包括可视化代理40，其可以使能量代理12所接收的能量数据可视化或生成能量代理12所接收的能量数据的可视化。在一个实施方式中，可视化代理40可以与数据代理32和/或监视代理34交互，并且在用户界面或屏幕上生成用于描述由这些代理所检索的能量数据的可视化。例如，可视化代理40可以从监视代理34接收能量数据，并且确定什么类型的图形表示可以有效地将包含在能量数据中的信息与用户关联。
在某些实施方式中，可视化代理40可以显示可在能量代理12之间发布的能量管理消息。可视化代理40可以使用能量管理消息来发现、查询和管理在能量管理消息内所描述的设备。在一些情况下，当在工业自动化系统中识别或发现新设备时，可视化代理40可以具有符号参考，以标识新发现的设备。可视化代理40还可以生成警报和事件日志，其可以表示可能在工业自动化系统中的各种设备内出现的各种警报或事件状况，并且可视化代理40可以包括对与警报或事件相对应的设备的链接。
通过示例，图5示出了能量代理12的不同子代理被分配给整个能量管理系统10中的不同设备的实施方式。例如，电子设备16中的能量代理12可以仅包括用于向电子设备16的用户显示一些图形表示的可视化代理40。在一个实施方式中，可视化代理40能够了解如何与可以经由通信网络14耦接到可视化代理40的各种监视代理34进行交互。因此，一旦可视化代理40的实例被实施在电子设备16上，可视化代理40可以询问能量管理系统10并且在能量管理系统10的架构内定位每个监控代理34。基于可视化代理40的能力，可视化代理40可以接收由每个监视代理34获取的能量数据，并且显示能量数据的一些图形表示。在某些实施方式中，电子设备16的可视化代理40可以以对于电子设备16的用户最有用的方式来显示能量数据。例如，鉴于其邻近驱动器，电子设备16的可视化代理40可以显示驱动器20正在使用的能量的图形表示。
如电子设备16的可视化代理40一样，主控制器18的控制代理38可以与其它能量代理12或能量管理系统10中的能量代理12内的子代理进行交互。如上所述，控制代理38可以改变嵌入有相应能量代理12的设备的性能。鉴于此，控制代理38可以基于从能量管理系统10中的各个能量代理12接收到的信息来改变驱动器20和驱动器22的操作。例如，主控制器18的控制代理38(图5)可以从能量管理系统10中的每个数据代理32和监视代理34接收能量数据信息。使用所获取的信息，控制代理38可以改变能量管理系统10中的各种设备的操作，以实现各种能量目标或目的。例如，如果控制代理38确定与驱动器22相比，驱动器20正在传导不等量的电力，则控制代理38可以向驱动器20和驱动器22发送命令以改变它们的操作，以使得每个驱动器传导基本上相等量的电力，或者使得能量管理系统10的能量目标得以实现。
在一个实施方式中，网络28中的监视代理34可以监视由能量管理系统10中的其他监视代理34获取的数据。因此，由网络28(例如云)中的监视代理34所获取的数据可以用于确定对于整体工业自动化系统的合适动作。例如，网络28中的监视代理34可以确定能量管理系统10中的每个设备正在使用的全体电力的量。监视代理34还可以与电网30进行交互，以确定从电网30正在汲取的电力量和从电网30可获得的电力的最大量。使用由网络28中的监视代理34提供的信息，能量管理系统10的操作者可以基于所有可用信息来做出决定。例如，用户可以将能量管理系统10中的设备正在消耗的电力的总量与从电网30正在汲取的电力量和从电网30可获得的电力的最大量进行比较，以确定能量管理系统10中的设备是否可以以更快速度、更高效率等进行操作。然后，用户可以基于对从监视代理34可获得的数据的分析来调节能量管理系统10中的各种设备的操作。
在任何情况下，通过实时或几乎实时地提供监视、跟踪、分析工业自动化系统内的能量数据的能力，工业自动化系统的用户能够提供一种更有效的手段来操作工业自动化系统中的每个设备。例如，在传统的工业自动化系统中，由于对于工业自动化系统的用户来说节能通常不是主要关注的，所以一般在不考虑能量约束或能量效率的情况下操作工业自动化系统。然而，通过以几乎瞬时时间(例如，每秒、每隔几秒、或以类似的频率更新)提供与工业自动化系统中的各种设备相关联的能量数据，用户可以更有可能读取和解析能量数据。此外，用户可以基于能量数据来做出能量感知决定(energy conscious decisions)。例如，工业自动化系统的用户可以分析工业自动化系统中的每个设备的能量使用，以确定关键区域来进行优化。用户然后可以添加另外的计量、优化算法、能量管理或优化设备等，以实现各种节能。作为结果，工业自动化系统的用户可以专注于实现高质量产品和处理的高能效生产。
此外，由于新的能量代理12可以集成到现有控制网络，所以能量信息可以无缝地集成到可扩展架构(即，能量管理系统10)中。即，通过使得能量代理12能够集成来自现有功能域和设备的信息，能量管理系统10可以使得能够以优化一段时间内的能量使用或在生产运行期间的能量使用的方式将新设备自动集成到工业自动化系统中。此外，能量管理系统10的可扩展特性还可以使得各种控制操作、诊断操作、预报操作、处理操作等能够更迅速地实现。
鉴于此，图6示出了用于缩放能量管理系统10的方法80的流程图。具体地，方法80描述了将新的能量代理12添加到能量管理系统10的现有架构如何扩展能量管理系统10。在一个实施方式中，在现有能量管理系统10上的每个能量代理12可以与添加到现有能量管理系统10的新能量代理12一起执行方法80的处理。
因此，在方框82处，每个能量代理12可以接收以下指示：新能量代理12已被添加或集成到现有的能量管理系统10中。在某些实施方案中，新能量代理12可以被集成到工业自动化系统的现有控制系统网络中。例如，当新的工业自动化设备被集成到工业自动化系统中时，嵌入新的工业自动化设备内的能量代理12也可以变成被集成到对应于该工业自动化系统的能量管理系统10中。
在方框84处，新的能量代理12可以与已经存在于能量管理系统10上的其他能量代理12交换信息。在一个实施方式中，如果新的能量代理12是能量管理系统10中的仅有的能量代理，则新的能量代理12可以为工业自动化系统中的设备模拟能量数据。也就是说，新的能量代理12可以询问控制系统，并确定设备的类型和设备在工业自动化系统中的位置。然后，基于关于其相应设备的能量信息、关于工业自动化系统的架构或拓扑结构的信息、关于与新能量代理12邻近的一些设备相对应的能量数据的信息等，新能量代理12可以为不向新的能量代理12提供能量数据的设备模拟所期望的能量数据。
在方框86处，新的能量代理12或每个能量代理12可以基于从新的能量代理12接收到的新能量数据来调节其相应设备的操作。在一个实施方式中，每个能量代理12可以操作以执行一些能量目标。因此，一旦接收到来自新的能量代理12的能量数据，每个能量代理12可以更好地了解可以如何改变其相应设备的功能以实现节能目标。每个能量代理12可以基于其对于其相应设备的了解和其对于能量目标的影响来调节其相应设备的操作，以更好地实现能量目标。
虽然本文中仅已经示出和描述了本发明的某些特征，但是本领域技术人员将可以进行许多修改和变化。因此，要理解的是，所附权利要求旨在覆盖落在本发明的真实精神内的所有这些修改和变化。

Claims (25)

1.一种能量管理系统，包括：
多个工业自动化设备；
所述多个工业自动化设备中的第一工业自动化设备内嵌入的第一能量代理，其中所述第一能量代理被配置成：
监视对应于所述第一工业自动化设备的一个或更多个能量特性；以及
至少部分地基于所述能量特性和能量目标来调节所述第一工业自动化设备的一个或更多个操作；以及
所述多个工业自动化设备中的第二工业自动化设备内嵌入的第二能量代理，其中所述第二能量代理不能监视对应于所述第二工业自动化设备的一个或更多个能量特性，并且其中所述第二能量代理被配置成从所述第一能量代理接收对应于所述第二工业自动化设备的所述一个或更多个能量特性。
2.根据权利要求1所述的能量管理系统，其中，所述第一能量代理被配置成：
接收对应于所述工业自动化设备的工厂规范；以及
至少部分地基于所述工厂规范来调节所述工业自动化设备的所述操作。
3.根据权利要求2所述的能量管理系统，其中，所述第一能量代理被配置成：
确定所述工业自动化设备是否能够满足所述工厂规范；以及
至少部分地基于所述工业自动化设备是否能够满足所述工厂规范来调节所述工业自动化设备的所述操作。
4.根据权利要求1所述的能量管理系统，包括：
所述多个工业自动化设备的子集内嵌入的多个能量代理，其中，所述第一能量代理被配置成：
与所述多个能量代理中的每个能量代理交换能量数据；以及
至少部分地基于所述能量数据来调节所述工业自动化设备的所述操作。
5.根据权利要求4所述的能量管理系统，其中，通过通信网络来交换所述能量数据，并且其中所述通信网络与用于所述多个工业自动化设备的控制网络相同。
6.根据权利要求5所述的能量管理系统，其中，所述通信网络包括工业通信网络，其中所述工业通信网络包括 S/B EtherNet/IP、或它们的任意组合。
7.根据权利要求4所述的能量管理系统，其中，所述能量数据包括:所述工业自动化设备所使用的能量的量、对应于所述工业自动化设备的规范、与所述工业自动化设备相关联的实际能量成本、与所述工业自动化设备相关联的预测能量成本、或它们的组合。
8.根据权利要求1所述的能量管理系统，包括：被配置成向所述第一能量代理提供所述能量目标的网络。
9.根据权利要求8所述的能量管理系统，其中，所述网络是基于云的系统。
10.根据权利要求1所述的能量管理系统，包括：
所述多个工业自动化设备的子集内嵌入的多个能量代理，其中，所述多个能量代理在所述第一能量代理的下游，并且其中所述第一能量代理被配置成：
汇集从所述多个能量代理中的每个能量代理获取的能量数据；以及
至少部分地基于所述汇集来调节所述工业自动化设备的所述操作。
11.根据权利要求1所述的能量管理系统，包括：所述多个工业自动化设备的子集内嵌入的多个能量代理，其中所述多个能量代理和所述第一能量代理是能量管理层次结构的一部分，其中所述第一能量代理在所述能量管理层次结构的顶部，并且其中所述第一能量代理被配置成向所述多个能量代理中的每个能量代理发送能量目标和命令。
12.一种能量代理，包括：
通信代理，所述通信代理被配置成与工业自动化系统中的一个或更多个设备内所嵌入的一个或更多个能量代理进行通信；以及
监视代理，所述监视代理被配置成：
分析与所述一个或更多个设备中的至少一个设备对应的能量数据；以及
至少部分地基于对应于所述至少一个设备的所述能量数据和对应于所述工业自动化系统中的一个或更多个设备内的一个或更多个设备的能量数据，来模拟对应于所述工业自动化系统中的第一设备的能量数据，其中，所述第一设备不是所述一个或更多个设备的一部分。
13.根据权利要求12所述的能量代理，其中，所述监视代理被配置成通过以下步骤来分析所述能量数据：
确定所述能量数据是否超过预定限制；以及
当所述能量数据超过所述预定限制时，向被配置成控制所述工业自动化系统的控制器发送警报信号。
14.根据权利要求12所述的能量代理，其中，所述监视代理被配置成：通过经由通信网络从所述工业自动化系统中的一个或更多个设备内嵌入的一个或更多个能量代理接收对应于所述一个或更多个设备的能量数据，来分析对应于所述一个或更多个设备的能量数据。
15.根据权利要求12所述的能量代理，其中，所述通信代理被配置成：一旦所述能量代理利用通信网络建立网络连通，则自动地将所述能量代理集成到所述通信网络中。
16.根据权利要求15所述的能量代理，其中，所述通信代理被配置成：通过与所述工业自动化系统中的一个或更多个设备内所嵌入的一个或更多个能量代理交换对应于所述能量代理的简档，来自动地将所述能量代理集成到通信网络中，其中所述一个或更多个能量代理耦接到所述通信网络。
17.根据权利要求12所述的能量代理，包括以下中的至少一个：
数据代理，所述数据代理被配置成获取与工业自动化系统中的至少一个设备相对应的原始能量数据；
控制代理，所述控制代理被配置成至少部分地基于对应于所述至少一个设备或所述工业自动化系统的一个或更多个能量目标，来控制所述至少一个设备的一个或更多个操作；以及
可视化代理，所述可视化代理被配置成产生与所述原始能量数据或由所述监视代理分析的能量数据相对应的一个或更多个可视化。
18.根据权利要求17所述的能量代理，其中，所述控制代理被配置成：
接收所述一个或更多个能量目标；
与所述工业自动化系统中的一个或更多个设备内所嵌入的一个或更多个能量代理协调所述一个或更多个操作；以及
使用所述至少一个设备和所述一个或更多个能量代理来实施所协调的操作。
19.根据权利要求17所述的能量代理，其中，所述控制代理被配置成：
从所述工业自动化系统中的所述一个或更多个设备内所嵌入的一个或更多个能量代理接收一个或更多个能量规划，其中每个能量规划包括针对所述工业自动化系统中的每个设备、被实施以实现所述一个或更多个能量目标的一个或更多个动作；
识别所述一个或更多个能量规划中的基本上满足所述一个或更多个能量目标的一个能量规划；以及
实施所述一个或更多个能量规划中的所识别的一个能量规划。
20.根据权利要求17所述的能量代理，其中，所述可视化代理被配置成：生成用于在所述至少一个设备上显示的一个或更多个可视化，其中所述一个或更多个可视化描绘原始能量数据、分析的能量数据、一个或更多个警报状态、或它们的组合。
21.一种方法，包括：
使用处理器来接收有关第一能量代理已经耦接到通信网络的指示，所述通信网络耦接到工业自动化控制系统中的多个设备，其中所述第一能量代理被嵌入所述工业自动化控制系统中的第一设备中，并且被配置成至少部分地基于能量目标来调节所述第一设备的一个或更多个操作；
与所述第一能量代理交换对应于所述多个设备的多个能量简档；以及
至少部分地基于所述能量目标、交换的多个能量简档、以及所述第一设备的能量简档来调节所述多个设备的一个或更多个操作。
22.根据权利要求21所述的方法，包括：针对所述多个设备中的至少一个设备模拟至少一个能量简档，其中所述多个设备中的所述至少一个设备不交换能量简档。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，至少部分地基于所述多个能量简档的子集来模拟所述至少一个能量简档，其中所述子集对应于在所述多个设备中的所述至少一个设备邻近的所述多个设备的子集。
24.一种能量管理系统，包括：
多个工业自动化设备；
所述多个工业自动化设备中的第一工业自动化设备内嵌入的第一能量代理，其中所述第一能量代理被配置成：
监视对应于所述第一工业自动化设备的一个或更多个能量特性；
接收对应于所述第一工业自动化设备的工厂规范；
确定所述第一工业自动化设备是否能够满足所述工厂规范；以及
至少部分地基于所述能量特性、能量目标、所述工厂规范、以及所述第一工业自动化设备是否能够满足所述工厂规范，来调节所述第一工业自动化设备的一个或更多个操作，以及
所述多个工业自动化设备中的第二工业自动化设备内嵌入的第二能量代理，其中所述第二能量代理不能监视对应于所述第二工业自动化设备的一个或更多个能量特性，并且其中所述第二能量代理被配置成从所述第一能量代理接收对应于所述第二工业自动化设备的所述一个或更多个能量特性。
25.一种能量代理，包括：
通信代理，所述通信代理被配置成：
与工业自动化系统中的一个或更多个设备内所嵌入的一个或更多个能量代理进行通信；以及
一旦所述能量代理利用通信网络建立网络连通，通过与所述工业自动化系统中的一个或更多个设备内所嵌入的一个或更多个能量代理交换对应于所述能量代理的简档，来自动地将所述能量代理集成到所述通信网络中，其中所述一个或更多个能量代理耦接到所述通信网络；
数据代理，所述数据代理被配置成获取与所述工业自动化系统中的所述一个或更多个设备中的至少一个设备相对应的原始能量数据；
监视代理，所述监视代理被配置成分析与所述至少一个设备对应的能量数据；
控制代理，所述控制代理被配置成至少部分地基于对应于所述至少一个设备的能量数据和对应于所述工业自动化系统中的一个或更多个设备内的一个或更多个设备的能量数据，来模拟对应于所述工业自动化系统中的第一设备的能量数据，其中，所述第一设备不是所述一个或更多个设备的一部分；以及
可视化代理，所述可视化代理被配置成产生与所述原始能量数据或由所述监视代理分析的能量数据相对应的一个或更多个可视化。
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