DE102013005044A1 - A method of operating an energy consumer of an automation machine in a power reduced power mode - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Energieverbrauchers (111, 121, 150) einer Automationsmaschine (100) in einem Energiemodus mit einer auf einen Wert (201) unterhalb einer Nennleistung (202) begrenzten Leistungsaufnahme, wobei die auf einen Wert (201) unterhalb einer Nennleistung (202) begrenzte Leistungsaufnahme bei der Ansteuerung des Energieverbrauchers durch eine übergeordnete Steuerung (200) berücksichtigt wird.The invention relates to a method for operating an energy consumer (111, 121, 150) of an automation machine (100) in an energy mode with a power consumption limited to a value (201) below a nominal power (202), the power consumption being limited to a value (201) below a nominal power (202) limited power consumption when controlling the energy consumer is taken into account by a higher-level controller (200).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Energieverbrauchers einer Automationsmaschine in einem Energiemodus mit reduzierter Leistungsaufnahme.The present invention relates to a method of operating an energy consumer of an automation machine in a power reduced power mode.

Stand der TechnikState of the art

In Automationsmaschinen, wie z. B. Werkzeugmaschinen, Bearbeitungsmaschinen, Druckmaschinen, Handhabungsmaschinen, Transportmaschinen usw., ist der Einsatz von Energiemodi (”EM”, auch als Energiesparzustand bezeichnet) möglich. Verallgemeinert handelt es sich bei den betreffenden Automationsmaschinen um modular aufgebaute Maschinen, deren Funktion bzw. Abläufe durch eine oder mehrere Steuerungen (z. B. SPSen, MotionControl) vorgegeben werden, wobei von den Steuerungen elektrische Energieverbraucher, wie Aktoren und Sensoren selbst sowie die von den Aktoren angesteuerten Komponenten, wie Motoren, Netzteile, Antriebe, Heizungen, Kühlungen u. v. m. angesteuert werden. Die Steuerungen und Energieverbraucher sind über Feldbusnetzwerke als Kommunikationssysteme verbunden.In automation machines, such. As machine tools, processing machines, printing machines, handling machines, transport machines, etc., is the use of energy modes ("EM", also referred to as energy-saving state) possible. In general terms, the relevant automation machines are modular machines whose function or sequences are predetermined by one or more controllers (eg, PLCs, MotionControl), electrical energy consumers, such as actuators and sensors themselves, and the controllers of the controllers the actuators driven components, such as motors, power supplies, drives, heaters, cooling u. v. m. be controlled. The controllers and energy consumers are connected via fieldbus networks as communication systems.

In Automationsmaschinen, bei denen mittels einer Energieverwaltung der Energieverbrauch reduziert werden soll, ist mindestens ein Energieverbraucher vorhanden, der in verschiedenen Energiemodi unterschiedlich viel Energie verbraucht, wobei die Energiemodi vorgebbar sind. Ein Energieverbrauch kann insbesondere reduziert werden, um Leistungsspitzen zu vermeiden. Beispiele hierfür sind Antriebe, die mit reduzierter Antriebsleistung betrieben werden, oder Heizungen, die mit reduzierter Heizleistung betrieben werden.In automation machines in which the energy consumption is to be reduced by means of energy management, at least one energy consumer is present, which consumes different amounts of energy in different energy modes, wherein the energy modes can be predetermined. In particular, energy consumption can be reduced in order to avoid power peaks. Examples of this are drives that are operated with reduced drive power, or heaters that are operated with reduced heating power.

Bei den Feldbusnetzwerken gibt es für die Energieverwaltung sogenannte Energieprofile, d. h. Vereinbarungen über spezifizierte Daten und deren Formate. Als Beispiele seien hier ”sercos Energy” oder ”PROFIEnergy” genannt. Dabei werden zwischen den beiden Grenzmodi ”EM Power Off” (Geräte stromlos) und ”EM Operational” (Geräte betriebsbereit) mehrere zusätzliche Zwischenmodi definiert. Ein Beispiel für einen solchen Zwischenzustand ist ein eingeschränkter Betriebszustand (partially operational) mit reduziertem Energieverbrauch oder reduzierter Leistungsaufnahme. Es kann nämlich auch erwünscht sein, anstelle des Energieverbrauchs die Leistungsaufnahme der Energieverbraucher zu minimieren, um insbesondere Lastspitzen abzusenken. Eine reduzierte Leistungsaufnahme führt jedoch zu einer reduzierten Leistungsfähigkeit.In the fieldbus networks, there are so-called energy profiles for energy management, ie. H. Agreements about specified data and their formats. Examples include "sercos Energy" or "PROFIEnergy". There are several additional intermediate modes defined between the two limit modes "EM Power Off" and "EM Operational". An example of such an intermediate state is a limited operational state (partially operational) with reduced power consumption or reduced power consumption. Namely, it may also be desirable to minimize the power consumption of the energy consumer instead of energy consumption in order to lower peak loads in particular. However, reduced power consumption results in reduced performance.

Es ist wünschenswert, den Betrieb der Automationsmaschine durch den Betrieb eines oder mehrerer Energieverbraucher in einem Energiemodus mit aufgrund einer Begrenzung reduzierten Leistungsaufnahme möglichst wenig zu stören.It is desirable to interfere as little as possible with the operation of the automation machine by the operation of one or more energy consumers in an energy mode with reduced power consumption due to a limitation.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betreiben eines Energieverbrauchers einer Automationsmaschine mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention a method for operating an energy consumer of an automation machine with the features of the independent claims proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung stellt eine Möglichkeit vor, den Betrieb einer Automationsmaschine durch den Betrieb eines Energieverbrauchers in einem Energiemodus mit reduzierter Leistungsfähigkeit möglichst wenig zu stören. Ein erfindungsgemäß betriebener Energieverbraucher ist in mindestens zwei Energiemodi betreibbar, ”EM Operational” (Geräte betriebsbereit) sowie in einem Energiemodus mit einer im Vergleich dazu reduzierten und nach oben begrenzten Leistungsaufnahme (und dadurch reduzierter Leistungsfähigkeit). Im Rahmen der Erfindung wird nun bei der Ansteuerung des Energieverbrauchers durch die übergeordnete Steuerung (d. h. Steuergerät, SPS o. ä.), die die Funktionalität (z. B. Bewegung, Heizung, Gebläse usw.) des Energieverbrauchers steuert, die reduzierte Leistungsfähigkeit berücksichtigt, wenn der Energieverbraucher in diesem Energiemodus betrieben wird. Insbesondere wird die reduzierte Leistungsfähigkeit des Energieverbrauchers also beim Betrieb der Maschine berücksichtigt. Es hat sich nämlich gezeigt, dass Energiemodusvorgaben im Allgemeinen und dabei im Speziellen solche, welche eine Leistungsfähigkeitsbeschränkung zur Folge haben, lediglich direkt auf den Energieverbraucher, nicht jedoch auf applikative Parameter, wie Reglereinstellungen von Heizungen/Kühlungen, Sollwertvorgaben (z. B. Sollwertprofile, Kurvenscheiben) von elektrischen Antrieben oder Überwachungszeiten wirken. Die Erfindung entfaltet besondere Vorteile bei der Lastspitzenvermeidung im Bereich Energiemanagement von Produktionsanlagen.The invention presents a possibility to interfere as little as possible with the operation of an automation machine by the operation of an energy consumer in a power mode with reduced performance. An energy consumer operated according to the invention can be operated in at least two energy modes, "EM Operational" (devices ready for operation) and in an energy mode with reduced and limited power consumption (and thus reduced performance). In the context of the invention, the reduced efficiency is now taken into account in the control of the energy consumer by the higher-level control (ie control unit, PLC or the like) which controls the functionality (eg movement, heating, fan, etc.) of the energy consumer when the energy consumer is operated in this energy mode. In particular, the reduced efficiency of the energy consumer is thus taken into account during operation of the machine. It has been shown that energy mode settings in general, and in particular those which result in a performance limitation, only directly on the energy consumer, but not on applicative parameters, such as controller settings of heaters / cooling, setpoint specifications (eg setpoint profiles, Cams) of electric drives or monitoring times act. The invention develops particular advantages in the peak load avoidance in the field of energy management of production facilities.

Durch die Erfindung wird nun erreicht, dass z. B. für Antriebe mit reduzierter Leistungsfähigkeit und dadurch auch begrenztem Antriebsmoment spezielle Sollwertprofile vorgegeben werden, denen diese auch mit dem begrenzten reduzierten Antriebsmoment noch folgen können. Ein ansonsten auftretender Schleppabstand, der zu Fehlfunktionen der Maschine führen kann, wird vermieden. Im industriellen Umfeld wird unter einem ”Antrieb” ein Elektromotor zusammen mit einem Wechselrichter und einem Antriebsregler verstanden. Ein Antrieb ist beispielsweise in der DE 10 2012 010 899.0 mit dem Titel ”Versorgungsmodul für elektrische Antriebe” beschrieben, auf die hinsichtlich näherer Details verwiesen wird. Ein Antrieb wird eingesetzt, um z. B. eine Linearbewegung oder eine Drehbewegung eines angetriebenen Aggregats zu erreichen. Der Antriebsregler des Antriebs ist mit einer übergeordneten Steuerung (meist SPS) über das Feldbusnetzwerk verbunden. By the invention will now be achieved that z. B. for drives with reduced performance and thus limited drive torque special setpoint profiles are given, which they can still follow with the limited reduced drive torque. An otherwise occurring following error, which can lead to malfunction of the machine is avoided. In the industrial environment, a "drive" is understood to mean an electric motor together with an inverter and a drive controller. A drive is for example in the DE 10 2012 010 899.0 entitled "Supply Module for Electric Drives", to which reference is made for details. A drive is used to z. B. to achieve a linear movement or rotational movement of a driven unit. The drive controller of the drive is connected to a higher-level controller (usually PLC) via the fieldbus network.

Weiterhin wird erreicht, dass Reglerparameter bzw. Reglerbeiwerte im Allgemeinen und im Speziellen solche von Temperaturregelkreisen auf die veränderten Regelstreckenparameter (z. B. Heizleistungsbedingungen) angepasst werden. Beispielsweise muss bei reduzierter Heizleistung eine Aufheizzeit verlängert werden. Dies kann ohne Anpassung der Reglerbeiwerte im Extremfall zu schwingenden Regelkreisen führen. Bekannte Regler, wie z. B. P-Regler, D-Regler, I-Regler usw. sowie beliebige Kombinationen davon beinhalten Reglerbeiwerte, die eingestellt werden müssen. Übliche Reglerbeiwerte sind Reglerverstärkung K (z. B. Proportionalverstärkung KP) und Reglerzeitkonstante (z. B. Nachstellzeit TN, Vorhaltzeit TV usw.)Furthermore, it is achieved that controller parameters or controller coefficients in general and in particular those of temperature control circuits are adapted to the changed control system parameters (eg heating power conditions). For example, with reduced heating power, a heating time must be extended. This can lead to oscillating control circuits without adaptation of the controller coefficients in extreme cases. Known controller, such. As P-controller, D-controller, I-controller, etc., as well as any combinations thereof include regulator coefficients, which must be set. Typical controller coefficients are controller gain K (eg proportional gain K P ) and controller time constant (eg reset time T N , derivative time T V , etc.)

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine Berücksichtigung des veränderten Streckenverhaltens bei der Prozessüberwachung. Vorzugsweise werden dabei Überwachungszeiten an die geänderten Prozessdynamiken angepasst. Hierzu wird der Überwachungsinstanz (z. B. ein Prozessleitsystem) eine Information gegeben, wie sich die Prozessdynamik durch eine Vorgabe bzgl. Energieverbrauch bzw. Energiemodus ändert. Anhand dieser Information kann die Prozessüberwachung an das veränderte Streckenverhalten angepasst werden. Dadurch wird erreicht, dass Überwachungszeiten des Prozesses, die der Prozessdiagnose dienen, wie z. B. eine Überwachung der Aufheizzeit eines Prozesses, um die korrekte Funktion einer Heizung zu prüfen, oder eine Überwachung einer Hochlaufzeit eines Mischermotors, um eine Schwergängigkeit zu erkennen, an die reduzierte Leistungsfähigkeit des Energieverbrauchers angepasst werden können.In accordance with a further particularly preferred embodiment of the invention, the changed track behavior is taken into account during process monitoring. Preferably, monitoring times are adapted to the changed process dynamics. For this purpose, the monitoring entity (eg a process control system) is given information as to how the process dynamics changes as a result of a specification relating to energy consumption or energy mode. Based on this information, the process monitoring can be adapted to the changed route behavior. This ensures that monitoring times of the process, which serve the process diagnosis, such. B. monitoring the heating time of a process to check the correct operation of a heater, or monitoring a run-up time of a mixer motor to detect a sluggishness can be adapted to the reduced performance of the energy consumer.

Da ein Betrieb mit reduzierter Leistungsaufnahme des Energieverbrauchers nicht unbedingt einem minimalen Energieverbrauch entspricht, ist es vorteilhaft, wenn bei der Energieverwaltung zwischen einem Betrieb mit reduziertem (vorzugsweise minimalem) Energieverbrauch (zu einem zweiten Zeitpunkt) und einem Betrieb mit reduzierter Leistungsaufnahme (zu einem ersten Zeitpunkt) ausgewählt bzw. umgeschaltet werden kann. Typischerweise wird zu Energiesparzwecken der Energieverbrauch minimiert. Auch hierfür gibt es optimierte Bewegungsprofile. Es ist demnach denkbar, zwischen den Optimierungskriterien ”Energieverbrauch” und ”Leistungsaufnahme” umzuschalten. Ist beispielsweise an einer Maschine ein anderer großer Verbraucher nicht eingeschaltet, kann es vorteilhaft sein, eine Bewegung nicht nach dem Kriterium der Leistungsaufnahme zu optimieren, da der andere große Verbraucher schon dazu führt, dass die gewünschte Maximalleistungsaufnahme auch bei beliebigem Bewegungsprofil nicht erreicht wird. In diesem Falle wird zur Energieverbrauchsoptimierung der Maschine der Energieverbraucher mit minimalem Energieverbrauch betrieben. Ist hingegen der andere große Verbraucher eingeschaltet und eine Lastspitzenvermeidung erwünscht, wird der Energieverbraucher mit minimaler Leistungsaufnahme betrieben.Since a reduced power consumption operation of the energy consumer does not necessarily correspond to a minimum energy consumption, it is advantageous in energy management to choose between operation with reduced (preferably minimum) energy consumption (at a second time) and operation with reduced power consumption (at a first time ) can be selected or switched. Typically energy consumption is minimized for energy saving purposes. Again, there are optimized motion profiles. It is therefore conceivable to switch between the optimization criteria "energy consumption" and "power consumption". If, for example, another large consumer is not switched on on one machine, it may be advantageous not to optimize a movement according to the criterion of power consumption, since the other large consumer already leads to the desired maximum power consumption not being achieved even with any movement profile. In this case, the energy consumer is operated with minimal energy consumption to optimize energy consumption of the machine. If, on the other hand, the other large consumer is switched on and a peak load avoidance is desired, the energy consumer is operated with minimal power consumption.

Die Erfindung kann besonders vorteilhaft mit einem Verfahren gemäß der nachveröffentlichten DE 10 2013 002 085.9 mit dem Titel ”SPS-Funktionsbausteine für Energieverwaltungsfunktionalitäten” verknüpft werden. Dort sind unterschiedliche Möglichkeiten zur Programmierung einer SPS beschrieben, wobei eine Energieverwaltung implementiert wird. Es bietet sich an, eine Vorgabe, welches Sollwertprofil oder welche Reglerbeiwerte verwendet werden soll, durch einen dort beschriebenen Energieverbraucher-Funktionsbaustein (bzw. Device-FB) durchführen zu lassen. Die Device FBs sind die Schnittstelle zwischen Energiemanagement und Aktorebene. Der Device FB kann optional das Anwenderprogramm über eine Änderung des Energiemodus informieren bzw. das Anwenderprogramm kann am Device FB den momentanen Energiemodus abfragen, damit das Anwenderprogramm dann entsprechend reagiert (z. B. Sollwertprofil, Reglerbeiwert und/oder Überwachungszeit verändert).The invention can be particularly advantageous with a method according to the post-published DE 10 2013 002 085.9 with the title "PLC function blocks for energy management functionalities". There are described different ways to program a PLC, where a power management is implemented. It makes sense to let a specification, which setpoint profile or which controller coefficients is to be used, be carried out by a power consumer function block (or device FB) described there. The Device FBs are the interface between energy management and actuator level. The Device FB can optionally inform the user program of a change in the energy mode or the user program can query the current energy mode on the Device FB so that the user program then reacts accordingly (eg setpoint profile, controller coefficient and / or monitoring time changed).

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z. B. ein Steuergerät (z. B. SPS) eines Energieverbrauchers in einer Automationsmaschine, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.An arithmetic unit according to the invention, for. As a control device (eg., SPS) of an energy consumer in an automation machine is, in particular programmatically, configured to perform a method according to the invention.

Auch die Implementierung der Erfindung in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten ermöglicht, insbesondere wenn eine ausführende Recheneinheit noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u. a. m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of the invention in the form of software is also advantageous, since this allows particularly low costs, in particular if an executing computing unit is still used for further tasks and therefore exists anyway. Suitable data carriers for the provision of the computer program are, in particular, floppy disks, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs, and the like. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically by means of exemplary embodiments in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.

Figurenbeschreibungfigure description

1 zeigt schematisch einen Teil einer Automationsmaschine, wie sie der Erfindung zugrunde liegen kann. 1 schematically shows a part of an automation machine, as they can underlie the invention.

2 zeigt ein beispielhaftes Sollwertprofil für eine Bewegung eines Antriebs. 2 shows an exemplary setpoint profile for a movement of a drive.

3 zeigt einen Zusammenhang zwischen einem maximal abgebbaren Moment eines Elektromotors und der Drehzahl des Elektromotors. 3 shows a relationship between a maximum deliverable torque of an electric motor and the speed of the electric motor.

4 zeigt ein im Vergleich zu 2 gestrecktes Sollwertprofil mit reduzierter Beschleunigung für die Bewegung eines Antriebs für einen Betrieb mit reduzierter Leistungsfähigkeit. 4 shows one in comparison to 2 Extended setpoint profile with reduced acceleration for the movement of a drive for operation with reduced performance.

5 zeigt ein im Vergleich zu 2 formverändertes Sollwertprofil für die Bewegung eines Antriebs für einen Betrieb mit reduzierter Leistungsfähigkeit. 5 shows one in comparison to 2 Modified setpoint profile for the movement of a drive for operation with reduced performance.

6 zeigt das Übertragungsverhalten zweier thermischer Regelstrecken bei unterschiedlicher Heizleistung. 6 shows the transmission behavior of two thermal control systems with different heating power.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

In 1 ist eine als Lackiermaschine ausgebildete Automationsmaschine, wie sie der Erfindung zugrunde liegen kann, schematisch in einer Teilansicht dargestellt und mit 100 bezeichnet. Die Lackiermaschine 100 weist eine Steuerung 200 (z. B. SPS) zur Kontrolle des Maschinenbetriebs und zur Vorgabe eines Energiemodus auf.In 1 is designed as a painting machine automation machine, as the invention may be based, shown schematically in a partial view and with 100 designated. The painting machine 100 has a controller 200 (eg PLC) to control machine operation and to set a power mode.

Zu lackierende Produkte 10 werden von links in die Lackiermaschine eingebracht, wo sie von Fördereinrichtungen 110, 120 nach rechts transportiert werden. Die Fördereinrichtung 110 verbringt die Produkte zu einem Lackierwerk 140. Von dort werden sie weiter zu einem Trockenwerk 150 verbracht. Schließlich werden sie nach dem Lackieren und Trocknen von einer Fördereinrichtung 130 nach hinten (in die Zeichenebene hinein) aus der Lackiermaschine transportiert. Jede Fördereinrichtung 110, 120, 130 ist von einem elektrischen Antrieb 111, 121, 131 angetrieben.Products to be painted 10 are introduced from the left into the painting machine, where they are conveyors 110 . 120 be transported to the right. The conveyor 110 Spends the products to a coating plant 140 , From there they continue to become a drying plant 150 spent. Finally, they are after painting and drying by a conveyor 130 transported backwards (into the drawing plane) from the painting machine. Each conveyor 110 . 120 . 130 is from an electric drive 111 . 121 . 131 driven.

Jeder der Energieverbraucher 111, 121, 131, 140 und 150 steht mit der Steuerung 200 in Kommunikationsverbindung, bspw. über eine Feldbusverbindung (z. B. sercos), und kann von der Steuerung bezüglich des Energiemodus kontrolliert werden.Each of the energy consumers 111 . 121 . 131 . 140 and 150 stands with the controller 200 in communication connection, for example via a fieldbus connection (eg sercos), and can be controlled by the controller with respect to the energy mode.

Im Folgenden wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand des Trockenwerks 150 sowie anhand der Fördereinrichtungen 110, 120 als Energieverbraucher beschrieben. Es werde angenommen, dass das Trockenwerk 150 verschiedene Energiemodi einnehmen kann, die sich im Wesentlichen durch die Heizleistung der Heizung des Trockenwerks unterscheiden. Beispielsweise stelle das Trockenwerk 150 die Energiemodi EM0 ”Betriebsbereit”, EM1 ”reduzierte Heizleistung”, EM2 ”Heizung Aus” und EM3 ”Trockenwerk Aus” bereit. Beispielsweise stelle die Fördereinrichtung 110, 120 die Energiemodi EM0 ”Betriebsbereit”, EM1 ”reduzierte Förderleistung”, EM2 ”Fördereinrichtung Aus” bereit.In the following, a preferred embodiment of the invention will now be described with reference to the drying plant 150 as well as the conveyors 110 . 120 described as an energy consumer. It is believed that the drying plant 150 different modes of energy can be adopted, which differ essentially by the heating power of the heating of the drying plant. For example, put the drying plant 150 the energy modes EM0 "ready for operation", EM1 "reduced heating power", EM2 "heating off" and EM3 "drying off" ready. For example, put the conveyor 110 . 120 the energy modes EM0 "ready", EM1 "reduced capacity", EM2 "conveyor off" ready.

Soll in der Lackiermaschine das Auftreten von Leistungsspitzen vermieden werden, kann vorgesehen sein, die Leistungsaufnahme des Trockenwerks 150 und/oder der Fördereinrichtungen 110, 120 durch Vorgabe des EM1 zu begrenzen. Diese Leistungsbegrenzung führt zu einer Reduzierung der Heizleistung bzw. der Antriebsleistung, die im Rahmen der Erfindung bereits bei der Ansteuerung des Trockenwerks 150 sowie der Fördereinrichtungen 110, 120 durch die SPS 200 berücksichtigt wird. If the occurrence of power peaks is to be avoided in the coating machine, the power consumption of the drying plant can be provided 150 and / or conveyors 110 . 120 by specifying the EM1 limit. This power limitation leads to a reduction of the heating power or the drive power, in the context of the invention already in the control of the drying plant 150 and the conveyors 110 . 120 through the PLC 200 is taken into account.

Die Bewegungen der Antriebe 111, 121 können z. B. über sogenannte Sollwertprofile (Vorgabe eines Sollwerts S(X) in Abhängigkeit von einem Parameter X; Beispiele für Sollwerte sind Wegposition s einer Linearbewegung, Winkelposition φ einer Drehbewegung, Geschwindigkeit v, Beschleunigung a, Beispiele für Parameter sind Zeit t, Wegposition s einer Linearbewegung, Winkelposition φ einer Drehbewegung) gesteuert werden. Beispielsweise kann eine elektronische Kurvenscheibe verwendet werden, um einen erwünschten Zusammenhang zwischen einer Wegposition s einer auszuführenden Linearbewegung und einer Winkelposition φ einer übergeordneten Drehbewegung zu definieren.The movements of the drives 111 . 121 can z. Examples of desired values are travel position s of a linear movement, angular position φ of a rotational movement, velocity v, acceleration a, examples of parameters are time t, travel position s a Linear motion, angular position φ of a rotary motion). For example, an electronic cam may be used to define a desired relationship between a travel position s of a linear motion to be performed and an angular position φ of a parent rotational motion.

In 2 ist ein Sollwertprofil dargestellt, das einen erwünschten Zusammenhang zwischen einer Wegposition s einer auszuführenden Linearbewegung und einer Zeit t definiert. Für Linearbewegungen kann beispielsweise ein Profil 5. Ordnung verwendet werden, um eine weiche, ruckarme Bewegung zu erzeugen. Dadurch ergibt sich für die Beschleunigung a eine Funktion 3. Ordnung mit jeweils einem Betragsmaximum amax während der Beschleunigung und des Bremsvorganges. Die Bewegung beginnt zu einem Zeitpunkt t0 und endet zu einem Zeitpunkt t1.In 2 a setpoint profile is shown which defines a desired relationship between a path position s of a linear movement to be executed and a time t. For linear motion, for example, a 5th order profile can be used to create a smooth, low-jerk motion. This results in a third-order function for the acceleration a, each having an absolute maximum a max during acceleration and braking. The movement begins at a time t 0 and ends at a time t 1 .

Die maximale Beschleunigung, die ein Antrieb bzw. Elektromotor erreichen kann, ist jedoch abhängig vom zur Verfügung stehenden Drehmoment des Antriebs. Wird die Leistung des Antriebs durch eine Anwahl des Energiemodus verändert, so kann dies auch Auswirkung auf das maximal zur Verfügung stehende Drehmoment haben. Beispielsweise ist in 3 ein Zusammenhang zwischen einem maximal abgebbaren Drehmoment M eines Elektromotors und der Drehzahl n des Elektromotors dargestellt. Bei Betrieb mit einer Nennleistung 201 steht im oberen Drehzahlbereich ein höheres Antriebsmoment zur Verfügung als bei Betrieb mit einer reduzierten Leistung 202.The maximum acceleration, which can reach a drive or electric motor, however, depends on the available torque of the drive. If the power of the drive is changed by selecting the energy mode, this can also have an effect on the maximum available torque. For example, in 3 a relationship between a maximum deliverable torque M of an electric motor and the speed n of the electric motor shown. When operating at rated power 201 In the upper speed range, a higher drive torque is available than when operating with a reduced power 202 ,

Da bei einer Leistungsbegrenzung des Antriebs auch die maximale Beschleunigung begrenzt wird, werden die Sollwertprofile der betroffenen Antriebe im Rahmen der Erfindung überprüft und gegebenenfalls geändert. Beispielsweise kann durch eine zeitliche Streckung des Sollwertprofils die maximale Beschleunigung, die benötigt wird, verringert werden. Ein gestrecktes Sollwertprofil aus 2 mit vorverlagertem Startzeitpunkt t0' ist in 4 abgebildet. Eine Vorverlagerung des Startzeitpunkts ist vorteilhaft, damit die Bewegung zum üblichen Zeitpunkt abgeschlossen ist. Es ergibt sich ein Zusammenhang zwischen einer Wegposition s' und einer Zeit t mit einer Beschleunigung a'. Es wird deutlich, dass das Betragsmaximum a'max der Beschleunigung a' geringer als das Betragsmaximum amax der Beschleunigung a ist.Since with a power limitation of the drive and the maximum acceleration is limited, the setpoint profiles of the affected drives are checked in the context of the invention and possibly changed. For example, by extending the setpoint profile in time, the maximum acceleration required can be reduced. An extended setpoint profile 2 with pre-shifted start time t 0 'is in 4 displayed. A forward displacement of the start time is advantageous for the movement to be completed at the usual time. This results in a relationship between a position s 'and a time t with an acceleration a'. It becomes clear that the magnitude maximum a ' max of the acceleration a' is less than the magnitude maximum a max of the acceleration a.

Alternativ zu einer Streckung des Sollwertprofils kann auch dessen grundlegende Form verändert werden. Wie aus 3 hervorgeht, führt eine Leistungsbegrenzung vor allem im oberen Drehzahlbereich zu einer Limitierung des Antriebsmoments. Daher kann für eine konstantere Leistungsaufnahme die Kurve der Beschleunigung a so verändert werden, dass besonders bei kleineren Drehzahlen des Antriebs stärker beschleunigt bzw. gebremst wird. Ein entsprechend verändertes Sollwertprofil (s'', v'', a'') aus 1 mit größerer Beschleunigung bei niedrigen Drehzahlen ist in 5 abgebildet. Dies liefert besondere Vorteile, da die Leistung proportional zum Produkt aus Beschleunigung a und Geschwindigkeit v ist, sodass sich durch diese Maßnahme eine konstantere Leistung für den Bewegungsablauf erreichen lässt.As an alternative to stretching the setpoint profile, its basic shape can also be changed. How out 3 As can be seen, a power limitation, especially in the upper speed range leads to a limitation of the drive torque. Therefore, for a more constant power consumption, the curve of the acceleration a can be changed so that it accelerates or brakes more particularly at lower speeds of the drive. A correspondingly modified setpoint profile (s '', v '', a '') off 1 with greater acceleration at low speeds is in 5 displayed. This offers particular advantages, since the power is proportional to the product of acceleration a and speed v, so that this measure can be achieved a more constant performance for the movement.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die insbesondere bei thermischen Aggregaten, wie dem Trockenwerk 150, besondere Vorteile entfaltet, wird die limitierte Leistungsfähigkeit bei der Berechnung von Reglerbeiwerten berücksichtigt. Thermische Regelstrecken sind in der Regelungstechnik sog. Strecken mit Ausgleich. Die Regler werden beispielsweise nach Aufnahme der Übergangsfunktion (in 6 beispielhaft dargestellt) nach dem Verfahren nach Chien, Hrones, Reswick (CHR) parametriert. Beispielsweise können die Reglerparamter Kp, Tn und Tv gemäß folgender Formeln aus den in 5 gekennzeichneten Streckenparametern Ks (Steigung), Tu, Tg berechnet werden:

Figure DE102013005044A1_0002
According to a further particularly preferred embodiment of the invention, in particular in thermal aggregates, such as the drying plant 150 , developed special advantages, the limited performance is taken into account in the calculation of regulator coefficients. Thermal control systems are in control technology so-called routes with compensation. For example, after the transient function (in 6 exemplified) by the method according to Chien, Hrones, Reswick (CHR) parameterized. For example, the controller parameters K p , T n and T v according to the following formulas from the in 5 calculated route parameters K s (slope), T u , T g are calculated:
Figure DE102013005044A1_0002

Bei Betrieb mit einer Nennleistung 501 steht im Trockenwerk 150 eine höhere Heizleistung zur Verfügung als bei Betrieb mit einer reduzierten Leistung 502. Es wird deutlich, dass sich die Aufheizzeit bei reduzierter Heizleistung verlängert. Die Übergangsfunktion der Temperaturregelstrecke verändert sich, wodurch sich auch die Streckenparameter zu Ks', Tu', Tg' verändern. Im Rahmen der Erfindung wird nun das veränderte Streckenverhalten berücksichtigt, um ein optimales Regelverhalten zu erhalten. Eine Vorverlagerung des Startzeitpunkts ist vorteilhaft, damit das Aufheizen zum üblichen Zeitpunkt abgeschlossen ist.When operating at rated power 501 is in the dry works 150 a higher heat output than when operating at a reduced power 502 , It becomes clear that the heating-up time increases with reduced heating power. The transition function of the temperature control path changes, which also changes the route parameters to K s ', T u ', T g '. In the context of the invention, the changed track behavior is taken into account in order to obtain an optimal control behavior. A forward displacement of the start time is advantageous so that the heating is completed at the usual time.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102012010899 [0008] DE 102012010899 [0008]
  • DE 102013002085 [0012] DE 102013002085 [0012]

Claims (12)

Verfahren, bei dem ein Energieverbraucher (111, 121, 150) einer Automationsmaschine (100) in einem Energiemodus mit einer auf einen Wert (201) unterhalb einer Nennleistung (202) begrenzten Leistungsaufnahme betrieben wird, wobei die auf einen Wert (201) unterhalb einer Nennleistung (202) begrenzte Leistungsaufnahme bei der Ansteuerung des Energieverbrauchers durch eine übergeordnete Steuerung (200) berücksichtigt wird.Process in which an energy consumer ( 111 . 121 . 150 ) an automation machine ( 100 ) in an energy mode with one to one value ( 201 ) below a rated power ( 202 ) is operated with limited power consumption, whereby the 201 ) below a rated power ( 202 ) limited power consumption in the control of the energy consumer by a higher-level control ( 200 ) is taken into account. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Energieverbraucher ein elektrischer Antrieb (111, 121) betrieben wird und wobei Sollwerte (s, s', s'') für den elektrischen Antrieb in Abhängigkeit von der auf einen Wert (201) unterhalb einer Nennleistung (202) begrenzten Leistungsaufnahme vorgegeben werden.Method according to claim 1, wherein as an energy consumer an electric drive ( 111 . 121 ) and wherein nominal values (s, s', s'') for the electric drive as a function of the value ( 201 ) below a rated power ( 202 ) limited power consumption can be specified. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Sollwerte (s, s', s'') für den elektrischen Antrieb so vorgegeben werden, dass eine von dem elektrischen Antrieb bei einer bestimmten Drehzahl bereitstellbare Beschleunigung (a', a'') höchstens eine für die bestimmte Drehzahl aufgrund der auf einen Wert (201) unterhalb einer Nennleistung (202) begrenzten Leistungsaufnahme maximal bereitstellbaren Beschleunigung ist.Method according to Claim 2, wherein the setpoint values (s, s ', s'') for the electric drive are predetermined so that an acceleration (a', a '') which can be provided by the electric drive at a specific rotational speed is at most one for the certain speed due to the to a value ( 201 ) below a rated power ( 202 ) limited power consumption is maximum deployable acceleration. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Sollwerte (s, s', s'') für den elektrischen Antrieb so vorgegeben werden, dass ein von dem elektrischen Antrieb bei einer bestimmten Drehzahl bereitstellbares Drehmoment (M) höchstens ein für die bestimmte Drehzahl aufgrund der auf einen Wert (201) unterhalb einer Nennleistung (202) begrenzten Leistungsaufnahme maximal bereitstellbares Drehmoment ist.Method according to Claim 2 or 3, wherein the setpoint values (s, s', s'') for the electric drive are predetermined in such a way that a torque (M) which can be supplied by the electric drive at a specific rotational speed is at most one for the specific rotational speed to a value ( 201 ) below a rated power ( 202 ) limited power consumption is maximum torque available. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Energieverbraucher ein thermisches Aggregat (150) betrieben wird und wobei wenigstens ein Reglerbeiwert für einen thermischen Regelkreis in Abhängigkeit von der auf einen Wert (201) unterhalb einer Nennleistung (202) begrenzte Leistungsaufnahme berechnet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein as energy consumer a thermal aggregate ( 150 ) and wherein at least one controller coefficient for a thermal control loop as a function of the value ( 201 ) below a rated power ( 202 ) limited power consumption is calculated. Verfahren nach Anspruch 5, wobei als der wenigstens eine Reglerbeiwert eine Reglerverstärkung und/oder eine Reglerzeitkonstante berechnet wird.The method of claim 5, wherein as the at least one controller coefficient, a controller gain and / or a controller time constant is calculated. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Überwachungszeit einer Überwachung einer Funktion des Energieverbrauchers (111, 121, 150) in Abhängigkeit von der auf einen Wert (201) unterhalb einer Nennleistung (202) begrenzten Leistungsaufnahme vorgegeben wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a monitoring time of a monitoring of a function of the energy consumer ( 111 . 121 . 150 ) depending on the value ( 201 ) below a rated power ( 202 ) limited power consumption is given. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Lastspitze begrenzt wird, indem die Leistungsaufnahme auf den Wert (201) unterhalb einer Nennleistung (202) begrenzt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a peak load is limited by reducing the power consumption to the value ( 201 ) below a rated power ( 202 ) is limited. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Energieverbraucher (111, 121, 150) zu einem ersten Zeitpunkt in dem Energiemodus mit der auf einen Wert (201) unterhalb einer Nennleistung (202) begrenzten Leistungsaufnahme und zu einem zweiten, von dem ersten unterschiedlichen Zeitpunkt in einem Energiemodus, der auf einen reduzierten Energieverbrauch ausgelegt ist, betrieben wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the energy consumer ( 111 . 121 . 150 ) at a first time in the energy mode with the value ( 201 ) below a rated power ( 202 ) power consumption and at a second, different from the first time in an energy mode, which is designed for a reduced energy consumption, is operated. Recheneinheit (200), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Arithmetic unit ( 200 ), which is adapted to perform a method according to any one of the preceding claims. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die eine Recheneinheit veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn sie auf der Recheneinheit, insbesondere nach Anspruch 10, ausgeführt werden.Computer program with program code means which cause a computer unit to carry out a method according to one of claims 1 to 9 when executed on the computer, in particular according to claim 10. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 11.Machine-readable storage medium with a computer program stored thereon according to claim 11.
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