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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Maschine aus der Automatisierungstechnik und eine Einrichtung zum Betrieb einer Maschine aus der Automatisierungstechnik.
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Das Thema ”Energieeffizienz” bei Maschinen aus der Automatisierungstechnik nimmt zunehmend an Wichtigkeit zu.
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Bisher ist lediglich bekannt, die elektrische Wirkleistung einzelner Motoren der Maschine (z. B. die momentan aufgenommene elektrische Wirkleistung beispielsweise des Spindelmotors im Falle einer Werkzeugmaschine) an der Maschine anzuzeigen.
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Weiterhin ist auch bekannt, die Auslastung einzelner Maschinenachsen der Maschine anzuzeigen. Über Inbetriebnahmewerkzeuge besteht die Möglichkeit, diese Daten in einem Trace aufzuzeichnen. Diese Informationen dienen momentan zur Erkennung und Vermeidung von Überlastsituationen. Erste Ideen zur Energieverbrauchsanzeige, die aktuell in Veröffentlichungen diskutiert werden, beschränken sich auf die Anzeige des Energieverbrauchs der Maschine, wenn die Maschine gerade eine bestimmte Wirkleistung vom Netz aufnimmt. Zur Erfassung des maschinenbezogenen Energieverbrauchs wird dabei in der Regel auf eine Messung, z. B. mit Strommesszangen oder Energiezählern, zurückgegriffen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung einen energieeffizienten Betrieb einer Maschine aus der Automatisierungstechnik zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Maschine aus der Automatisierungstechnik, wobei eine von der Maschine durchführte Bearbeitung mindestens eines Gegenstands mit einem Bearbeitungsprogramm gesteuert wird, wobei die Bearbeitung mindestens einen Bearbeitungsschritt umfasst, wobei die Maschine mehrere elektrische Energieverbraucher aufweist, wobei die von den Energieverbrauchern jeweilig aufgenommene elektrische Wirkleistung ermittelt wird, wobei aus den ermittelten aufgenommenen elektrischen Wirkleistungen der Energieverbraucher der Maschine die pro bearbeiteten Gegenstand und/oder die pro Bearbeitungsschritt und/oder die pro Durchlauf des Bearbeitungsprogramms, von der Maschine aufgenommene elektrische Energie und/oder von den Energieverbrauchern jeweilig aufgenommene elektrische Energie ermittelt wird.
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Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch eine Einrichtung zum Betrieb einer Maschine aus der Automatisierungstechnik, wobei eine von der Maschine durchführte Bearbeitung mindestens eines Gegenstands mit einem Bearbeitungsprogramm steuerbar ist, wobei die Bearbeitung mindestens einen Bearbeitungsschritt umfasst, wobei die Maschine mehrere elektrische Energieverbraucher aufweist, wobei die Einrichtung derart ausgebildet ist, dass die von den Energieverbrauchern jeweilig aufgenommene elektrische Wirkleistung ermittelt wird und aus den ermittelten aufgenommenen elektrischen Wirkleistungen der Energieverbraucher der Maschine die pro bearbeiteten Gegenstand und/oder die pro Bearbeitungsschritt und/oder die pro Durchlauf des Bearbeitungsprogramms, von der Maschine aufgenommene elektrische Energie und/oder von den Energieverbrauchern jeweilig aufgenommene elektrische Energie ermittelt wird.
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Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausbildungen der Einrichtungen ergeben sich analog zu den vorteilhaften Ausbildungen des Verfahrens und umgekehrt.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die tägliche aufgenommene elektrische Energie und/oder die wöchentlich aufgenommene elektrische Energie und/oder die monatlich aufgenommene elektrische Energie und/oder die in einer Arbeitschicht und/oder die in einer gewählten Zeitdauer aufgenommene Energie der Maschine und/oder der Energieverbraucher ermittelt wird. Hierdurch wird, z. B. ein Vergleich des Energieverbrauchs, der bei verschiedenen Arbeitsschichten aufgetreten ist, ermöglicht.
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Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die von der Maschine aufgenommene elektrische Energie und/oder die von den Energieverbrauchern jeweilig aufgenommene elektrische Energie auf Über- oder Unterschreitung eines jeweilig zugehörigen Grenzwerts überwacht wird. Hierdurch können sich langsam entwickelnde Fehler, z. B. infolge von zu starkem Verschleiß der Maschine, erkannt werden.
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Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die von der Maschine aufgenommene elektrische Energie und/oder die von den Energieverbrauchern jeweilig aufgenommene elektrische Energie bearbeitungsprogrammbezogen abgespeichert wird. Durch diese Maßnahme wird ermöglicht, die bei einem bestimmten Bearbeitungsprogramm aufgenommene elektrische Energie, z. B. in einer Datenbank, zu speichern und zur Auswertung zu verwenden.
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Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die von der Maschine aufgenommene elektrische Energie und/oder die von den Energieverbrauchern jeweilig aufgenommene elektrische Energie, mit einer zuvor beim Durchlaufen des selben Bearbeitungsprogramms abgespeicherten aufgenommenen elektrischen Energie verglichen wird und auf Überschreiten einer zulässigen Abweichung von elektrischer Energie und zuvor abgespeicherter elektrischer Energie überwacht wird.
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Hierdurch können sich langsam entwickelnde Fehler, z. B. infolge von zu starkem Verschleiß der Maschine, erkannt werden.
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Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die von der Maschine aufgenommene elektrische Energie und/oder die von den Energieverbrauchern jeweilig aufgenommene elektrische Energie, mit mindestens einer zuvor abgespeicherten, beim Durchlaufen mindestens eines anderen Bearbeitungsprogramms, aufgenommenen elektrischen Energie verglichen wird. Durch diese Maßnahme kann auf einfache Art und Weise festgestellt werden, wenn z. B. mehrere alternative Bearbeitungsprogramme zur Bearbeitung des Gegenstands zur Verfügung stehen, welches Bearbeitungsprogramm bei der Herstellung eines Werkstücks aus einem Rohteil die wenigste Energie verbraucht.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn zur Steuerung der zukünftigen Bearbeitung des mindestens einen Gegenstands, das Bearbeitungsprogramm verwendet wird, beim die von der Maschine aufgenommene elektrische Energie und/oder die von den Energieverbrauchern jeweilig aufgenommene elektrische Energie geringer oder im Falle des Vorhandenseins von mehr wie eines einzelnen anderen Bearbeitungsprogramms, am geringsten ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass, wenn z. B. mehrere alternative Bearbeitungsprogramme zur Bearbeitung des Gegenstands zur Verfügung stehen, zukünftig jeweils das Bearbeitungsprogramm zur Steuerung der Bearbeitung des mindestens einen Gegenstands verwendet wird, das die geringste Energie verbraucht.
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Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die von den Energieverbrauchern jeweilig aufgenommene elektrische Wirkleistung anhand von elektrischen und/oder mechanischen Parametern und/oder anhand von Modellen und/oder durch Auswertung von Zuständen der Energieverbraucher ermittelt wird. Hierdurch kann auf zusätzliche Messeinrichtungen, die für die Ermittlung der Wirkleistung der Energieverbraucher benötigt werden, verzichtet werden, so dass die aufgenommene elektrische Energie mittels der ohnehin an der Maschine vorhandenen Messeinrichtungen ermittelt wird.
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Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die, in Zeiträumen in denen die Maschine keine Bearbeitung durchführt, von der Maschine aufgenommene elektrische Energie und/oder von den Energieverbrauchern jeweilig aufgenommene elektrische Energie abgespeichert wird. Durch diese Maßnahme können auch Stillstandzeiten der Maschine bei der Ermittelung der Energieeffiziens der Maschine mit berücksichtigt werden.
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Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die von der Maschine aufgenommene elektrische Energie und/oder die von den Energieverbrauchern jeweilig aufgenommene elektrische Energie an der Maschine angezeigt wird. Hierdurch wird eine direkte Kontrolle der aufgenommenen elektrischen Energie durch den Anwender, z. B. vor Ort an der Maschine, ermöglicht.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine Maschine aus der Automatisierungstechnik in Form einer schematisierten blockförmigen Darstellung,
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2 eine erste Dauerlastkennlinie eines Motors und
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3 eine zweite Dauerlastkennlinie eines Motors
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In 1 ist in Form einer schematisierten blockförmigen Darstellung eine Maschine 8 aus der Automatisierungstechnik dargestellt. Die Maschine 8 ist dabei im Rahmen des Ausführungsbeispiels als Werkzeugmaschine ausgebildet, sie kann aber z. B. auch ganz allgemein in Form einer Produktionsmaschine (z. B. Druckmaschine oder Kunststoffspritzmaschine), vorliegen.
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In 1 sind dabei nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente der Maschine 8 dargestellt.
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Die Maschine 8 weist eine Steuereinheit 1 auf, die im Rahmen des Ausführungsbeispiels als CNC-Steuerung ausgebildet ist. Die Steuereinheit 1 steuert die Bearbeitung eines Gegenstands 5 mit einem Bearbeitungsprogramm 15, das die zur Bearbeitung des Gegenstands 5 notwendigen Steuerbefehle enthält. Die Steuereinheit 1 erzeugt entsprechend dem Bearbeitungsprogramm 15 Sollwerte zur Ansteuerung der Motoren der Maschine 8. Die Steuereinheit 1 ist zur Übermittelung von Daten mit Antriebseinheiten 2a, 2b und 2c verbunden, was durch die drei Verbindungen 7a, 7b und 7c in 1 dargestellt ist. Die Antriebseinheiten sind über elektrische Leitungen 4a, 4b und 4c mit den Motoren verbunden. Die Antriebseinheiten 2a, 2b und 2c weisen jeweils, zur Ansteuerung des jeweils zugehörigen Motors 3a, 3b und 3c, eine Regelung und einen Stromrichter auf. Im Fall der Antriebseinheiten 2a und 2b liegen dabei die Sollwerte in Form von Lagesollwerten vor, während im Falle der Antriebseinheit 2c die Sollwerte in Form von Drehzahlsollwerten vorliegen. Die Antriebseinheit 2a erzeugt zur Ansteuerung des Motors 3a Ausgangsspannungen UR, US und UT (Leiter-Erdspannungen), anhand der von der Steuereinheit 1 erzeugten Lagesollwerten und Lageistwerten der Motorwelle des Motors 3a, wobei die Lageistwerte von einem Lagegeber 16a gemessen werden und über eine Verbindung 18a der Antriebseinheit 2a zugeführt werden. Die Spannungen UR, US und UT, sowie die Motorströme IR, IS und IT werden über eine Messeinrichtung 12a gemessen und über eine Verbindung 13a an die Antriebseinheit 2a übermittelt, die diese dann wiederum über die Verbindung 7a an die Steuereinheit 1 übermittelt.
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Die Antriebseinheit 2b erzeugt zur Ansteuerung des Motors 3a Ausgangspannungen, anhand der von der Steuereinheit 1 erzeugten Lagesollwerten und den Lageistwerten der Motorwelle des Motors 3b, wobei die Lageistwerte von einem Lagegeber 16b gemessen werden und über eine Verbindung 18b der Antriebseinheit 2b zugeführt werden.
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Die Motorspannungen und die Motorströme des Motors 3b werden über eine Messeinrichtung 12b gemessen und über eine Verbindung 13b an die Antriebseinheit 2b übermittelt, die diese dann wiederum über die Verbindung 7b an die Steuereinheit 1 übermittelt. Die Messeinrichtungen 12a und 12b können dabei auch in die jeweilig zugehörige Antriebseinheit 2a und 2b integriert sein. Der Übersichtlichkeit halber sind die Bezeichnungen der Motorspannungen und die Motorströme des Motors 3b in 1 nicht dargestellt.
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Mithilfe der Motoren 3a und 3b wird z. B. die Lage eines Werkzeugs zur Bearbeitung des Gegenstands 5 verändert, d. h. das Werkzeug bewegt. Die Motoren 3a und 3b sind somit an der Bearbeitung des Gegenstands 5 beteiligt, was durch die gestrichelten Pfeile 11a und 11b angedeutet ist. Der Motor 3c kann z. B. in Form eines Pumpenmotors vorliegen, der zum Antrieb einer Pumpe dient, die eine Kühlflüssigkeit bewegt, die zur Kühlung des Werkzeugs bei der Bearbeitung des Gegenstands 5 dient. Der Motor 3c ist solchermaßen ebenfalls an der Bearbeitung des Gegenstands 5 beteiligt, was durch einen gestrichelt gezeichneten Pfeil 11c in 1 dargestellt ist. Zur Regelung der Motordrehzahl des Motors 3c erzeugt die Steuereinheit 1 einen Sollwert in Form eines Drehzahlsollwerts und führt diesen der Antriebseinheit 3c über die Verbindung 7c als Eingangsgröße zu. Entsprechend dem Drehzahlsollwert und von einer Drehzahlmesseinrichtung 16c gemessenen Drehzahlistwerte, welcher über eine Verbindung 18c der Antriebseinheit 2c als Eingangsgröße zugeführt werden, werden von der Antriebseinheit 2c Ausgangsspannungen zur Ansteuerung des Motors 3c erzeugt.
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Die Steuereinheit 1 ist zur Übermittlung von Daten mit einer Bedieneinheit 6, die zur Bedienung der Maschine 8 dient, verbunden, was durch eine Verbindung 17 dargestellt ist. Die Bedieneinheit 6 weist ein Display 19 auf, auf dem z. B. Daten, welche von der Steuereinheit 1 erzeugt werden, angezeigt werden können. Die Bedieneinheit 6 kann z. B. in Form eines Bedienpults vorliegen.
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Zur Speicherung von Daten weist die Steuereinheit 1 einen Datenspeicher 14 auf, in dem auch das Bearbeitungsprogramm 15 gespeichert ist. Weiterhin ist die Maschine 8 über eine Verbindung 10 zum Austausch von Daten mit einer übergeordneten Auswerteeinheit 9 verbunden. In der Auswerteeinheit 9 können die Daten von mehreren Maschinen ausgewertet werden.
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Es sei hier angemerkt, dass die dargestellten Motoren 3a, 3b und 3c mit den jeweilig zugehörigen Antriebseinheiten 2a, 2b und 2c hier nur beispielhaft dargestellt sind und die Maschine 8 wesentlich mehr Motoren und zugehörige Antriebseinheiten aufweist, die mit der Steuereinheit 1 verbunden sind, was in 1 auf der rechten Seite mit Punkten angedeutet ist.
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Im Rahmen des Ausführungsbeispiels stellen die Motoren 3a, 3b und 3c, sowie die Bedieneinheit 6 Energieverbraucher der Maschine 8 dar. Erfindungsgemäß wird die von den Energieverbrauchern jeweils aufgenommene elektrische Wirkleistung ermittelt und aus den ermittelten elektrischen Wirkleistungen der Energieverbraucher der Maschine die pro bearbeitetem Gegenstand und/oder die pro Bearbeitungsschritt und/oder die pro Durchlauf des Bearbeitungsprogramms von der Maschine 8 aufgenommene elektrische Energie und/oder von den Energieverbrauchern jeweils aufgenommene elektrische Energie ermittelt. Es wird somit die vom Motor 3a aufgenommene elektrische Wirkleistung, die vom Motor 3b aufgenommene elektrische Wirkleistung und die vom Motor 3c aufgenommene elektrische Wirkleistung und die von der Bedieneinheit 6 aufgenommene elektrische Wirkleistung ständig ermittelt. Die elektrische Wirkleistung ist dabei die aufgenommene elektrische Energie pro Zeiteinheit, z. B. pro Sekunde. Aus den Wirkleistungen der einzelnen Energieverbraucher wird die von der Maschine 8 aufgenommene elektrische Wirkleistung (Gesamtwirkleistung) durch Addition der von den einzelnen Energieverbrauchern ermittelten elektrischen Wirkleistungen bestimmt.
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Zur Ermittlung der aufgenommenen elektrischen Wirkleistung des Motors 3a werden die von der Messeinrichtung 12a gemessen Spannungen und Ströme von der Antriebseinheit 2a zur Steuereinheit 1 übermittelt und in der Steuereinheit 1 die zu jedem Zeitpunkt aufgenommene elektrische Wirkleistung aus den Spannungen und Strömen ermittelt. Da die Effektivwerte der Spannungen und Ströme und die Phasenverschiebung zwischen den Spannungen und den jeweilig zugehörigen Ströme gleich groß sind, kann die vom Motor 3a aufgenommene elektrische Wirkleistung P bestimmt werden zu: P = 3UReffIReffcos(φ) (1) wobei, φ die Phasenverschiebung zwischen der Spannung UR und dem Strom IR ist und UReff der Effektivwert der Spannung UR ist und IReff der Effektivwert des Strom IR ist. Die Spannungen und Ströme der anderen beiden Phasen werden somit nicht unbedingt zur Berechung der Leistung benötigt. Mit Hilfe von Ihnen kann aber z. B. die Leistung redundant berechnet werden, so dass auch bei einem Ausfall der Messung in einer Phase immer noch die Wirkleistung zuverlässig aus der Spannung und dem Strom einer der beiden anderen Phasen ermittelt werden kann.
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Alternativ kann aber auch in der Antriebseinheit 2a eine Vorverarbeitung stattfinden, so dass die Antriebseinheit 2a die elektrisch aufgenommene elektrische Wirkleistung des Motors 3a berechnet und die aufgenommene elektrische Wirkleistung als direkter Wert über die Verbindung 7a der Steuereinheit 1 von der Antriebseinheit 2a übermittelt wird. In analoger Form wird die vom Motor 3b aufgenommene elektrische Wirkleistung ermittelt.
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Zur Ermittlung der elektrisch aufgenommenen Wirkleistung des Motors 3c steht im Rahmen des Ausführungsbeispiels kein Messsystem zur direkten Messung der Motorspannungen und Motorströme zur Verfügung. In einem solchen Fall kann die von dem betreffenden Energieverbraucher aufgenommene elektrische Wirkleistung, z. B. anhand von elektrischen und/oder mechanischen Parametern und/oder anhand von Modellen, die die von den Energieverbrauchern aufgenommene elektrische Wirkleistung nachbilden oder abschätzen und/oder durch Auswertung von Zuständen des Energieverbrauchers ermittelt werden.
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Im Falle des Ausführungsbeispiels wird die vom Motor 3c aufgenommene elektrische Wirkleistung P, anhand der vom Drehgeber 16c ermittelten Drehzahl n des Motors 3c und einem angenommenen im Wesentlichen konstanten Drehmoment M, dass der Motor 3c aufbringen muss, gemäß der Beziehung P = M·2π·n (2) unter Vernachlässigung von Wirkungsgradverlusten näherungsweise ermittelt. Ist der Wirkungsgrad des Motors bekannt so kann dieser zur Erzielung einer genaueren Ermittelung der elektrische Wirkleistung P bei der Berechung der elektrische Wirkleistung P mit berücksichtigt werden.
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Ist z. B. bei einem Motor nur seine Drehzahl n bekannt, so kann z. B. mit Hilfe eines Modells, dass anhand der Drehzahl n, z. B. die maximal bei der betreffenden Drehzahl vom Motor mögliche aufgenommene elektrische Wirkleistung, bestimmt und solchermaßen im Rahmen einer Abschätzung nach oben, die vom Motor aufgenommene Wirkleistung ermittelt werden. Das Modell kann dabei z. B. in Form der in 2 und 3 dargestellten Dauerlastkennlinien D1 und D2 vorliegen. So kann z. B. anhand der Dauerlastkennlinie D1 zu der Drehzahl n des Motors, die bei der betreffenden Drehzahl n maximal mögliche aufgenommene elektrische Wirkleistung unter Vernachlässigung der Wirkungsgradverluste ermittelt werden.
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Weiterhin kann z. B. anhand der Dauerlastkennlinie D2 zu der Drehzahl n des Motors das bei der betreffenden Drehzahl n maximal mögliche vom Motor erzeugte Drehmoment M ermittelt werden und anhand der unten stehenden Beziehung die maximal mögliche vom Motor aufgenommene elektrische Wirkleistung unter Vernachlässigung der Wirkungsgradverluste zu P = M·n / 9549,3 ermittelt werden. Die Zahl von 9549,3 ergibt sich durch die Umrechung der Einheiten 1 Nm = 1 Ws.
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Die von der Bedieneinheit 6 aufgenommene elektrische Wirkleistung kann einmalig, z. B. bei Inbetriebnahme, mittels einer temporär in die Maschine zu diesem Zweck eingebauten Wirkleistungsmesseinrichtung gemessen werden und die von der Bedieneinheit 6 aufgenommene dabei gemessene Wirkleistung im Datenspeicher 14 hinterlegt werden, so dass die Steuereinheit 1 weiß, dass wenn die Bedieneinheit 6 in Betrieb ist, sie diese vorher bestimmte Wirkleistung aufnimmt. Gegebenenfalls kann die von der Bedieneinheit 6 aufgenommene Wirkleistung einmal mit eingeschaltetem Display 19 und einmal ohne eingeschaltetes Display 19 gemessen werden und die Bedieneinheit 6 teilt über die Verbindung 17 der Steuereinheit 1 zu jedem Zeitpunkt mit, ob das Display 19 gerade eingeschaltet ist oder nicht, so dass die Steuereinheit 1 aus ihrem Datenspeicher den richtigen Wert für die von der Bedieneinheit 6 gerade aufgenommene elektrische Wirkleistung verwenden kann. Entsprechend können auch in einer Tabelle für verschiedene Helligkeitseinstellungen des Displays unterschiedliche aufgenommene elektrische Wirkleistungen abgespeichert sein und abhängig von der gerade eingestellten Helligkeit des Displays wird die zugehörige elektrische Wirkleistung der Tabelle entnommen und die aufgenommene elektrische Wirkleistung solchermaßen ermittelt.
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Analog wie die Ermittelung der von der Bedieneinheit 6 aufgenommene elektrische Wirkleistung können auch, je nachdem, wie genau die von der Maschine 8 aufgenommene elektrische Wirkleistung (aufgenommene elektrische Gesamtwirkleistung der Maschine) ermittelt werden soll, auch die von den Antriebseinheiten 2a, 2b und 2c, sowie der Steuereinheit 1 aufgenommene Wirkleistung ermittelt werden und im Datenspeicher 14 hinterlegt werden. Im Falle der elektrischen aufgenommenen Wirkleistungen von den Antriebseinheiten 2a, 2b und 2c sind dabei die für den Eigenverbrauch der Antriebseinheiten aufgenommenen elektrischen Wirkleistungen gemeint, d. h. die elektrischen Wirkleistungen, die die Antriebseinheiten 2a, 2b und 2c bei ausgeschalteten Motoren aufnehmen.
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Weiterhin ist es z. B. bei Energieverbrauchern, die einen im Wesentlichen konstanten Energieverbrauch aufweisen auch möglich, einmalig an der Einspeisung für die gesamte Maschine die elektrische Wirkleistungsaufnahme zu messen und dann die von den einzelnen Energieverbrauchern aufgenommen elektrischen Wirkleistungen durch gezieltes Ein- und Abschalten von einzelnen Energieverbrauchern zu ermitteln und die solchermaßen ermittelten aufgenommen elektrischen Wirkleistungen der einzelnen Energieverbraucher, z. B. im Datenspeicher 14, abzuspeichern. Die Steuereinheit 1 kann dann die von den einzelnen Energieverbrauchern aufgenommen elektrischen Wirkleistungen anhand der abgespeicherten elektrischen Wirkleistungen der einzelnen Energieverbraucher und der Information, ob diese gerade eingeschaltet sind, ermitteln.
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Die Steuerung der Bearbeitung des Gegenstands 5 von der Maschine 8 erfolgt mittels des Bearbeitungsprogramms 15. Dieses beinhaltet dabei mehrere Bearbeitungsschritte, die durch einen einzelnen oder mehrere Befehle im Bearbeitungsprogramm 15 definiert sein können. So kann z. B. ein Bearbeitungsschritt einen bestimmten Bearbeitungsvorgang, wie z. B. Schlichten oder einen Bohrvorgang umfassen oder aber auch nur die Bewegung, z. B. des Werkzeugs, von einer Position X auf eine Position Y umfassen.
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Nach Durchlauf des Bearbeitungsprogramms ist die Bearbeitung des Gegenstands durch die Maschine in der Regel beendet und das Bearbeitungsprogramm kann zur Bearbeitung eines weiteren baugleichen Gegenstands erneut durchlaufen werden. Der Gegenstand kann z. B. in Form eines Rohteils vorliegen, das z. B. durch eine Fräsbearbeitung von der Maschine bearbeitet wird. Der Gegenstand kann aber auch, z. B. im Fall einer Ausbildung der Maschine als Druckmaschine, z. B. als Papierrolle vorliegen.
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Erfindungsgemäß wird aus den ermittelten aufgenommenen elektrischen Wirkleistungen der Energieverbraucher der Maschine die pro bearbeiteten Gegenstand und/oder pro Bearbeitungsschritt und/oder pro Durchlauf des Bearbeitungsprogramms, von der Maschine aufgenommene elektrische Energie und/oder die von den Energieverbrauchern jeweils aufgenommene elektrische Energie ermittelt. Hierzu wird im Rahmen des Ausführungsbeispiels von der Steuereinheit
1 die ermittelten aufgenommenen elektrischen Wirkleistungen der Energieverbraucher der Maschine über der Zeit t, für die Zeitdauer T die der jeweilige Bearbeitungsschritt oder das jeweilige Bearbeitungsprogramm oder die Bearbeitung des Gegenstands gedauert hat, aufintegriert.
- W:
- aufgenommene elektrische Energie
- P:
- Wirkleistung
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So kann z. B. die pro bearbeiteten Gegenstand der Maschine, von der Maschine und/oder von einzelnen Energieverbrauchern der Maschine aufgenommene elektrische Energie ermittelt werden. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass gegebenenfalls im Rahmen eines Durchlaufs eines einzelnen Bearbeitungsprogramms auch mehrere Gegenstände gleichzeitig von der Maschine bearbeitet werden können, so dass der Energieverbrauch, der pro bearbeitetem Gegenstand und der Energieverbrauch, der pro Durchlauf des Bearbeitungsprogramms auftritt, unterschiedliche Werte aufweisen können.
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Die von der Maschine 8 aufgenommene elektrische Energie (Gesamtenergieverbrauch der Maschine) und/oder die von den Energieverbrauchern 3a, 3b, 3c und 6 jeweilig aufgenommene elektrische Energie wird, im Rahmen des Ausführungsbeispiels, an der Bedieneinheit 6 vor Ort an der Maschine angezeigt. So kann der Bediener der Maschine 8 sofort erkennen, was bei der Bearbeitung des Gegenstands 5, z. B. mit dem Bearbeitungsprogramm V an Energie verbraucht wird. Er kann z. B. dann anschließend das Bearbeitungsprogramm V abändern, indem er bestimmte Bearbeitungsschritte, soweit dies möglich ist, in der Reihenfolge anders anordnet oder verändert. So kann z. B. die Bearbeitung mit einer entsprechend höheren Drehzahl durchführt werden, so dass die aufgenommene elektrische Leistung steigt, dafür aber schneller die entsprechende Bohrung durchgeführt werden kann und somit die Zeitdauer T für die die elektrische Leistung aufgenommen wird kleiner wird. Anschließend kann er den Bearbeitungsvorgang mit dem solchermaßen veränderten alternativen Bearbeitungsprogramm erneut durchlaufen lassen und an der Bedieneinheit 6 sehen, welches der beiden Bearbeitungsprogramme den geringeren Energieverbrauch aufweist. Für die zukünftige Bearbeitung des Gegenstands kann dann immer das Bearbeitungsprogramm verwendet werden, das den geringsten Energieverbrauch zur Herstellung eines bestimmten Werkstücks aus einem Rohteil benötigt. Solchermaßen können verschiedene alternative Bearbeitungsprogramme getestet werden, die alle aus einem bestimmten vorgegebenen Rohteil ein gewünschtes Werkstück als Ergebnis der Bearbeitung herstellen.
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Zur Realisierung dieser Funktionalität wird von der Steuereinheit 1 in einer Datenspeichereinrichtung 14 die von der Maschine aufgenommene elektrische Energie und/oder die von den Energieverbrauchern jeweilig aufgenommene elektrische Energie bearbeitungsprogrammbezogen abgespeichert. Mit einer bearbeitungsprogrammbezogenen Abspeichern ist dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung gemeint, dass die von der Maschine aufgenommene elektrische Energie und/oder die von den Energieverbrauchern jeweilig aufgenommene elektrische Energie derart abgespeichert wird, dass beim spätern Aufrufen der gespeicherten Daten, festgestellt werden kann, beim Durchlaufen welchen Bearbeitungsprogramms die elektrische Energie abgepeichert wurde, d. h. zu welchem Bearbeitungsprogramm die abgespeicherte elektrische Energie zugehört.
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Die solchermaßen abgespeicherten Energiedaten können z. B. im Rahmen einer Datenbankfunktionalität analysiert werden und über eine Verbindung 10 zu einer übergeordneten Auswerteeinheit 9, welche die Energiedaten sammelt und auswertet, übermittelt werden.
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Anschließend werden im Rahmen des Ausführungsbeispiels die von den Energieverbrauchern jeweils direkt aufgenommene elektrische Energie, mit mindestens einer zuvor abgespeicherten, beim Durchlaufen mindestens eines anderen Bearbeitungsprogramms, das ebenfalls zur Steuerung der Bearbeitung des mindestens einen Gegenstands dient, aufgenommenen elektrischen Energie verglichen. Dieser Vergleich kann z. B. vom Bediener der Maschine durchgeführt werden oder aber auch von der Maschine selbst, z. B. von der Steuereinheit 1, automatisiert durchgeführt werden.
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Anschließend wird zur Steuerung der zukünftigen Bearbeitung des mindestens einen Gegenstands dasjenige Bearbeitungsprogramm verwendet, bei dem die von der Maschine aufgenommene elektrische Energie und/oder die von den Energieverbrauchern jeweils aufgenommene elektrische Energie geringer oder im Falle des Vorhandenseins von mehr als einem einzelnen anderen Bearbeitungsprogramm am geringsten ist. Bei den anderen Bearbeitungsprogrammen handelt es sich in der Regel um alternative Bearbeitungsprogramme, die z. B. aus einem bestimmten Rohteil ein gewünschtes Werkstück herstellen, dies jedoch mit Hilfe von geänderten Bearbeitungsschritten, Bearbeitungstechnologien oder Bearbeitungsparametern tun.
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Die Auswahl des Bearbeitungsprogramms kann dabei entweder von Hand durch den Bediener der Bedieneinheit 6 erfolgen oder aber sie kann von der Maschine, insbesondere von der Steuereinheit 1, automatisch durchgeführt werden. Die einzelnen alternativen Bearbeitungsprogramme sind dabei im Datenspeicher 14 hinterlegt.
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Im Rahmen einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird dabei auch die von der Maschine aufgenommene elektrische Energie und/oder die von den Energieverbrauchern jeweils aufgenommene elektrische Energie in der Datenspeichereinrichtung abgespeichert, die in Zeiträumen, in denen die Maschine keine Bearbeitung durchführt, von der Maschine aufgenommen werden. Solchermaßen können z. B. der bei technischen oder organisatorischen Störungen oder gewollten Unterbrechungen des Fertigungsprozesses aufgetretene Energieverbrauch mit berücksichtigt werden.
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Weiterhin ist es vorzugsweise auch möglich, die täglich, wöchentlich und/oder monatlich, und/oder in einer Arbeitsschicht und/oder in einer gewählten Zeitdauer aufgenommene elektrische Energie der Maschine und/oder der Energieverbraucher zu ermitteln.
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Weiterhin werden vorzugsweise die von der Maschine und/oder die von den Energieverbrauchern aufgenommene elektrische Energie auf Über- oder Unterschreitung eines jeweilig zugehörigen Grenzwerts überwacht. Wird im Rahmen des Ausführungsbeispiels der jeweilig zugehörige Grenzwert unter- oder Überschritten, wird an der Bedieneinheit eine Warnmeldung angezeigt. Ein Überschreiten eines Grenzwerts deutet dabei z. B. auf ein verschlissenes Bauteil der Maschine 8 hin, während eine Unterschreitung auf einen nicht mehr ordnungsgemäß funktionierenden Motor hindeutet. Es wird dabei ein Grenzwert auf Überschreiten und ein anderer Grenzwert auf Unterschreiten überwacht. Solchermaßen können auch über einen längeren Zeitraum sich einstellende Fehler der Maschine erkannt werden.
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Weiterhin wird die von der Maschine und/oder von den jeweiligen Energieverbrauchern aufgenommene elektrische Energie vorzugsweise mit einer zuvor beim Durchlaufen desselben Bearbeitungsprogramms abgespeicherten zugehörigen aufgenommenen elektrischen Energie verglichen und auf Überschreiten einer zulässigen Abweichung von ermittelter elektrischer Energie und zuvor abgespeicherter elektrischer Energie überwacht. Überschreitet die Abweichung einen vorbestimmten Grenzwert, so wird an der Bedieneinheit 6 eine Warnmeldung erzeugt.
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Gegebenfalls kann zusätzlich oder anstelle der Warnmeldung bei den beiden in den vorhergehenden Absätzen angesprochenen Überwachungen auch die Bearbeitung des Gegenstands, z. B. von der Steuereinheit 1, gestoppt werden.
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An der Bedieneinheit 6 können dabei unterschiedliche Detailtiefen der ermittelten elektrischen Energien, je nach Qualifikation des Bedieners, angezeigt werden. So können z. B. Basisinformationen für normale Bediener der Maschine und erweiterte Detailinformationen für Inbetriebnehmer und Servicepersonal angezeigt werden.
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Die Maschine 8 und insbesondere die Steuereinheit 1 weist im Rahmen des Ausführungsbeispiels eine Netzwerkschnittstelle auf, über die die solchermaßen ermittelten Energiedaten zur weiteren Auswertung an eine übergeordnete Auswerteeinheit 9 übermittelt werden können. Mithilfe der übergeordneten Auswerteeinheit 9 können dann Gesamtproduktionsabläufe, an denen mehrere Maschinen aus der Automatisierungstechnik beteiligt sind, z. B. der Gesamtsproduktionsablauf einer Fabrik, in Richtung eines möglichst geringen Energieverbrauchs optimiert werden.
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Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass im Rahmen der Erfindung unter dem Begriff ”Maschine aus der Automatisierungstechnik” nicht nur eine einzelne Maschine, sondern auch eine Produktionsstraße, die mehrere im Verbund arbeitende einzelne Maschinen umfasst, verstanden wird.
