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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Automationsmaschine aufweisend ein Feldbusgerät und einen an dem Feldbusgerät angeschlossenen Energieverbraucher.
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Stand der Technik
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Bei Automationsmaschinen, wie z.B. Werkzeugmaschinen, Bearbeitungsmaschinen, Druckmaschinen, Handhabungsmaschinen, Transportmaschinen usw., handelt es sich um modular aufgebaute Maschinen, deren Funktion bzw. Abläufe durch eine oder mehrere Steuerungseinrichtungen (sog. Steuerungen, z.B. SPSen, MotionControl) vorgegeben werden, wobei von den Steuerungseinrichtungen 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 Steuerungseinrichtungen und teilweise auch die Energieverbraucher sind über Feldbusnetzwerke, wie ProfiNet oder SERCOS, als Kommunikationssysteme verbunden. Es handelt sich somit um sog. Feldbusgeräte.
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Im Zuge des allgemeinen Trends zur Einsparung von Energie werden auch bei Automationsmaschinen Anstrengungen unternommen, den Betrieb möglichst energiesparend zu machen. Ein Aspekt dabei ist der Einsatz von sog. Energiemodi ("EM", auch als Energiesparzustand bezeichnet). Automationsmaschinen, die mindestens einen Energieverbraucher aufweisen, der in verschiedenen Betriebsarten unterschiedlich viel Energie verbraucht, können mittels Energieverwaltung bzgl. des Energieverbrauchs optimiert werden. Beispiele hierfür sind drehzahlsteuerbare Gebläse, die in Betriebspausen ausgeschaltet werden, Servoantriebe, deren Leistungsversorgung während des Stillstandes abgeschaltet wird, oder Heizungen, die in Betriebspausen mit einem geringeren Temperatursollwert betrieben werden. Dazu werden ein oder mehrere Betriebsarten unterschiedlichen Energiemodi zugeordnet. Bei Feldbusgeräten 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) meist mehrere zusätzliche Zwischenmodi definiert. Energiemodi werden durch viele Kenngrößen (hier auch als Energiedaten bezeichnet) charakterisiert. Dies sind z.B. Energieverbrauch im jeweiligen Modus, Stromaufnahme, Zeitbedarf zum Übergang zwischen den Modi, Energiebedarf während des Übergangsvorgangs, Mindest-/Maximalverweildauern in unterschiedlichen Energiemodi.
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Um einen möglichst energiesparenden Betrieb der Energieverbraucher realisieren zu können, muss die den Energieverbrauch steuernde Steuerungseinrichtung die unterschiedlichen Energiemodi oder zumindest die Energiedaten der elektrischen Energieverbraucher kennen. Werden die Energieverbraucher direkt von der Steuerungseinrichtung mit Energie versorgt, kann die Steuerungseinrichtung als Energiedaten unterschiedliche elektrische Größen, wie insbesondere Maximal-/Minimal-/Durchschnitts-Spannung, -Strom, -Leistung, -Frequenz usw. während des Betriebs messen und zur Definition von Energiemodi verwenden. Auch können Energieverbraucher über den Feldbus mit der Steuerungseinrichtung verbunden sein und darüber die relevanten Daten an die Steuerungseinrichtung mitteilen.
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Im Umkehrschluss kann jedoch die Steuerungseinrichtung den Energieverbrauch eines Energieverbrauchers nicht optimieren, wenn sie die Energiemodi bzw. die Energiedaten der elektrischen Energieverbraucher nicht kennt, z.B. weil die Daten in dem Energieverbraucher nicht oder in einer nicht weiterverwendbaren Form hinterlegt sind (z.B. weil ein "einfacher" Energieverbraucher selbst nicht über eine eigenen Steuereinheit verfügt oder weil der Energieverbraucher über einen untergeordneten bzw. Sub-Bus mit anderen Energiespezifikationen angeschlossen ist) und der Energieverbraucher nicht über die Steuerungseinrichtung mit Energie versorgt wird und/oder wenn die Verbindung zwischen Energieverbraucher und Steuerungseinrichtung nicht zur Übertragung der Daten taugt. Dies ist insbesondere bei an sog. I/O-Modulen angeschlossenen Energieverbrauchern der Fall. Energieverbraucher sind an I/O-Modulen über analoge (d.h. mit über einen Bereich variablem Signalpegel, z.B. 0...24 V) oder digitale (d.h. mit (z.B. zwei) diskreten Signalpegeln, z.B. TTL) Ein- und Ausgänge und/oder eigene Sub-Busse, wie z.B. IO-Link, CAN-Bus oder RS232/422/485, angeschlossen.
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Es ist daher wünschenswert, den Energieverbrauch auch für solche Konfigurationen optimieren zu können.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben einer Automationsmaschine aufweisend ein Feldbusgerät und einen an dem Feldbusgerät angeschlossenen Energieverbraucher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung bedient sich der Maßnahme, einen Energiemodus kennzeichnende Energiedaten eines Energieverbrauchers in einem Feldbusgerät, insbesondere einer Steuerungseinrichtung, zu hinterlegen. Dadurch verfügt das Feldbusgerät auch in den obigen Fällen über die für einen energiesparenden Betrieb notwendigen Informationen. Das Feldbusgerät weist zweckmäßigerweise eine wiederbeschreibbare Speichereinrichtung auf, in der die Energiedaten hinterlegt werden. Für die Eingabe der Energiedaten ist zweckmäßigerweise ein Computerprogramm vorgesehen, welches, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, dem Benutzer eine Bedienoberfläche anzeigt, in der die relevanten Energiedaten eingegeben werden. Die Energiedaten sind so in dem Feldbusgerät gespeichert, dass sie von einer Energieverwaltungsinstanz (meist auf einer übergeordneten Steuerungseinrichtung, die über den Feldbus mit dem Feldbusgerät verbunden ist) ausgelesen werden können.
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Die Energiedaten können alternativ zur manuellen Eingabe auch automatisch aus dem Energieverbraucher ausgelesen werden, wenn dieser über einen von dem Feldbus verschiedenen Sub-Bus an dem Feldbusgerät angeschlossen ist. Im letzteren Fall werden die Energiedaten von dem Feldbusgerät über den Sub-Bus ausgelesen, in das Energieprofil des Feldbusses umgesetzt und gespeichert.
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Vorzugsweise ist das Feldbusgerät dazu eingerichtet, die Energiedaten des wenigstens einen angeschlossenen Energieverbrauchers automatisch oder nach Maßgabe einer Benutzereingabe wenigstens zwei unterschiedlichen Energiemodi zuzuordnen. Beispielsweise kann ein Feldbusgerät automatisch neue Energiemodi aus allen Permutationen der Energiemodi der angeschlossenen Energieverbraucher bilden. Dies ist insbesondere dann praktikabel, wenn am Feldbusgerät nur weniger Energieverbraucher (z.B. höchstens vier) angeschlossen sind und diese jeweils nur wenige Energiemodi (z.B. binär angeschlossen ergibt zwei Energiemodi) besitzen. Dann ergeben sich insgesamt 2^4 = 16 Energiemodi, die automatisch kombiniert werden können. Alternativ können neue Energiemodi entsprechend dem Energieverbraucher mit der größten Anzahl von eigenen Energiemodi gebildet werden. Die Energiemodi können dann insbesondere an die Energieverwaltungsinstanz übertragen und dort für den Betrieb des Energieverbrauchers verwendet werden.
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Vorzugsweise handelt es sich bei den einzugebenden Energiedaten um solche elektrische Größen, die auch durch ein Feldbusgerät messbar wären. Energiemodi können anhand unterschiedlicher messbarer Energiedaten, wie sie z.B. in Common Application Profile PROFIenergy; Technical Specification for PROFINET; Version 1.0; January 2010; Tabelle 10-1, oder in Energie sparen mit SIMATIC S7; PROFIenergy mit ET200S; Applikationsbeschreibung, November 2011 beschrieben sind, definiert werden.
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Die Erfindung schafft die Möglichkeit, dass Energieverbraucher ohne eigene auslesbare oder messbare Energiedaten, die an Feldbusgeräten angeschlossen sind, von der Energieverwaltungsinstanz während des Betriebs der Automationsmaschine so gehandhabt werden können, als hätten sie Energiedaten. Die Energiedaten werden dabei zweckmäßigerweise bei der Inbetriebnahme der Maschine (spätere Eingaben können, müssen aber nicht möglich sein) vom Inbetriebnehmer eingegeben bzw. in dem Feldbusgerät gespeichert. Energiedaten sind herkömmlicherweise nicht beschreibbar, so dass im Rahmen der Erfindung eine Möglichkeit zur zumindest temporären Aufhebung des Schreibschutzes in das Feldbusgerät implementiert wird. Diese Energiedaten können dann ebenso wie von dem Feldbusgerät ausgelesene oder gemessene Energiedaten weiterverwendet werden.
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Die Konfiguration kann über eine computerimplementierte Konfigurationsoberfläche erfolgen. Die Konfigurationsoberfläche kann in die Engineeringumgebung des überlagerten Automationssystems integriert werden. Hierdurch ist eine sog. Durchgängigkeit der Konfiguration erreichbar. Vorteilhafterweise werden solche Integrationen mittels genormter Softwareschnittstellen, beispielsweise FDT/DTM-Mechanismen oder TCI-Mechanismen erreicht. Die Konfigurationsoberfläche muss in diesem Falle nicht an jede Engineeringumgebung angepasst werden.
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Vorzugsweise ist eine Datensicherungs-/Datenrücksicherungsmethode vorgesehen. Dabei werden die im Feldbusgerät gespeicherten Energiedaten auslesbar bzw. beschreibbar, bspw. von einer übergeordneten Steuerungseinrichtung, gemacht, um z.B. im Falle eines Tauschs des Feldbusgeräts die Daten automatisiert wieder in das ausgetauschte Feldbusgerät einschreiben zu können. Wie bereits erwähnt, kann dazu die zumindest zeitweise Aufhebung eines Schreibschutzes nötig sein. Alternativ kann eine Rücksicherung auch dadurch erfolgen, dass die zu konfigurierenden Energiedaten über einen oder mehrere weitere Feldbusobjekte bzw. Feldbusparameter abgebildet werden, die keinen Schreibschutz besitzen (z.B. Feldbusobjekt mit Bytestrom, deren Inhalt das überlagerte Automationssystem nicht auswerten können muss, sondern lediglich lesen und schreiben können muss). Bei einer beispielhaften Implementierung dieser Funktion in sercos Energy wären dort die Energiedaten in einzelnen Parametern (Feldbusobjekten) im Feldbusgerät vorhanden und würden einmalig von einem Anwender entsprechend den angeschlossenen Energieverbrauchern gesetzt (sind also kurzzeitig schreibbar). Danach würden die Parameter auf "nicht schreibbar" verändert und der Dateninhalt mehrerer Parameter würde in einem weiteren schreibbaren Parameter dargestellt. Dieser weitere Parameter kann ein beliebiges, von der Steuerung nicht interpretierbares Format besitzen, der Parameterinhalt kann aber von der Steuerung gelesen und geschrieben werden. Durch die Lesbarkeit und Schreibbarkeit dieses weiteren Parameters kann eine Sicherungs-/Rücksicherungsfunkion erreicht werden. Nach einem Schreibvorgang erscheinen die geschriebenen Daten in den Daten der mehreren einzelnen Parameter mit den Energiedaten.
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Vorzugsweise wird bei Vorhandensein mehrerer an dem Feldbusgerät angeschlossener Energieverbraucher wenigstens ein Energieverbrauchergruppen-Energiemodus definiert, welcher als eine Art Schnittmenge der Energiemodi der mehreren Energieverbraucher dient. Üblicherweise unterstützt jeder Energieverbraucher individuelle Energiemodi. Um nun einen übergreifenden Energiemodus für mehrere Energieverbraucher vorgeben zu können, wird automatisch oder nach Maßgabe einer Benutzereingabe wenigstens ein Energieverbrauchergruppen-Energiemodus für alle an das Feldbusgerät angeschlossenen Energieverbraucher definiert. Das Feldbusgerät bildet zweckmäßigerweise zunächst aus den verschiedenen Energiemodi mehrerer oder aller angeschlossenen Energieverbraucher ("Energiemodus EV i") neue virtuelle Gruppen-Energiemodi. Jeder virtuelle Gruppen-Energiemodus setzt sich dabei aus je einem Energiemodus aller Energieverbraucher zusammen, wie es beispielsweise in der nachfolgenden Tabelle dargestellt ist. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass nicht für alle Kombinationsmöglichkeiten von Energieverbraucher-Energiemodi auch ein Gruppen-Energiemodus bereitgestellt wird. Unter den Energieverbrauchern können auch solche mit auslesbaren Energiedaten sein. Beispiel Tabelle:
| Gruppen-Energiemodus | 1 | 2 | ... | n |
| Energiemodus EV 1 | 1 | 2 | | n – 1 |
| Energiemodus EV 2 | 1 | 1 | | n + 1 |
| ... | ... |
| Energiemodus EV n | 1 | 2 | | n – 5 |
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Hinsichtlich weiterer Details sei auf die nachveröffentlichte
DE 10 2012 025 228.5 verwiesen, deren Offenbarung hier einbezogen wird.
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Ein erfindungsgemäßes Feldbusgerät ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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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.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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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.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Figurenbeschreibung
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1 zeigt schematisch ein Feldbusnetzwerk mit mehreren Steuerungseinrichtungen und Energieverbrauchern, das erfindungsgemäß betrieben werden kann.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
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In 1 ist schematisch ein Feldbusnetzwerk 100 dargestellt, das die Kommunikation von Komponenten einer Automationsmaschine ermöglicht. Die Automationsmaschine weist eine Reihe von Energieverbrauchern 12, 21, 23 und 51, wie z.B. Motoren, Heizungen usw., auf, die von einer Reihe von Steuerungseinrichtungen 1, 2 und 3 angesteuert werden. Für die Energieversorgung ist eine Energieversorgungseinrichtung 5 vorhanden, an die einzelne Komponenten über Versorgungsleitungen 4 angeschlossen sind.
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Die Steuerungseinrichtung 1 ist eine übergeordnete Steuerungseinrichtung, an die untergeordnete Steuerungseinrichtung 2, 3 über einen Feldbus 6, z.B. nach einem ProfiNet oder Sercos Standard, angeschlossen sind. Die Steuerungseinrichtungen 1, 2 und 3 sind demnach Feldbusgeräte.
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Die übergeordnete Steuerungseinrichtung 1 ist dazu eingerichtet, die Energieverbraucher 12, 21 und 23 über die untergeordneten Steuerungseinrichtungen 2 und 3 so anzusteuern, dass der Energieverbrauch der Automationsmaschine möglichst niedrig ist. Dabei werden Energiedaten berücksichtigt, welche die übergeordnete Steuerungseinrichtung 1 von den untergeordneten Steuerungseinrichtungen 2 und 3 auslesen bzw. abfragen kann.
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Die Energieverbraucher 12 werden von der untergeordneten Steuerungseinrichtung 2 über eine Steuerleitung 10 angesteuert und über eine Energieversorgungsleitung 11 mit Energie versorgt. Es versteht sich, dass auch Ausgestaltungen möglich sind, bei denen eine Steuerleitung gleichzeitig eine Energieversorgungsleitung ist, wenn die Aktion des Energieverbrauchers von der zugeführten Energie abhängt (z.B. bei einem Elektromotor, einem Magnetaktor, einer Heizung usw.). Die untergeordnete Steuerungseinrichtung 2 ist dazu eingerichtet, die Energiedaten während des Betriebs der Energieverbraucher 12 zu messen und der übergeordneten Steuerungseinrichtung 1 zur Verfügung zu stellen.
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Die Energieverbraucher 21 werden von der untergeordneten Steuerungseinrichtung 3 über eine Steuerleitung 20 angesteuert und über eine Energieversorgungsleitung 4 separat mit Energie versorgt. Die Steuerleitung 20 kann beispielsweise eine binäre Ankopplung ermöglichen, bei der der Energieverbraucher diskrete Betriebszustände hat. Als Beispiel sei hier eine Heizung, die nur ein- bzw. ausgeschaltet werden kann (1 Bit), oder deren Heizleistung in wenigen Stufen vorgegeben werden kann (z.B. 3 Stufen = 2 Bit), genannt.
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Die Steuerleitung 20 kann beispielsweise auch eine analoge Ankopplung ermöglichen, bei der der Energieverbraucher einen im Wesentlichen kontinuierlichen Bereich von Betriebszuständen hat. Als Beispiel sei hier ein Energieverbraucher mit einem Ventil genannt, dessen Öffnungsquerschnitt über ein analoges Signal 0...24 V einstellbar ist, genannt. Da eine Ansteuerung von der Feldbusseite her üblicherweise diskret bzw. digital ist, d.h. im Feldbusnetzwerk existiert eine diskrete Betriebsvorgabe mit einer Anzahl von möglichen Schritten (Auflösung), werden bei einer analogen Ankopplung in der Steuerungseinrichtung 3 auch nur den diskreten Betriebsvorgaben entsprechende Energieverbräuche bzw. Energiemodi definiert.
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Die Steuerleitung 20 kann beispielsweise auch ein Sub-Bus bzw. Sub-Bus sein, bei der der Betrieb des Energieverbrauchers über Busbefehle gesteuert wird. Es kann sich hierbei insbesondere um serielle Sub-Busse wie z.B. IO-Link, CAN-Bus oder RS232/422/485 handeln.
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Der Energieverbraucher 23 wird von der untergeordneten Steuerungseinrichtung 3 über eine Steuerleitung 20 angesteuert und über eine Energieversorgungsleitung 22 mit Energie versorgt.
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In der untergeordneten Steuerungseinrichtung 3 ist nun ein Digitalspeicher 30 vorgesehen, in dem für die Verbraucher 21 Energiedaten gespeichert sind. Es handelt sich dabei vorzugsweise um die Energiedaten, die in analoger Weise für die Verbraucher 12 und 23 von den zugeordneten Steuerungseinrichtung 2 und 3 abgebildet werden. Die genannten Energiedaten werden insbesondere bei der Inbetriebnahme der Automationsmaschine in dem Digitalspeicher 30 abgelegt und während des Betriebs der übergeordneten Steuerungseinrichtung 1 zur Verfügung gestellt. Die Steuerungseinrichtung 3 ist dazu eingerichtet, ein Speichern von Energiedaten zumindest zeitweise zu erlauben. Die Energiedaten, die in den heute spezifizierten Energieprofilen als nur lesbar spezifiziert sind, müssen nämlich während des Konfigurationsvorgangs verändert werden können. Dies kann z.B. durch eine temporäre Aufhebung des Schreibschutzes erfolgen. Nach Beendigung des Konfigurationsvorgangs stellen sich die Energiedaten dann mit den in den Energieprofilen spezifizierten Schreibschutzeigenschaften dar und bieten somit eine größtmögliche Konformität zum Energieprofil.
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Weiterhin ist eine weiter untergeordnete Steuerungseinrichtung 50 mit der untergeordneten Steuerungseinrichtung 3 über einen untergeordneten Bus bzw. Sub-Bus 52 verbunden. Der Energieverbraucher 51 wird von der weiter untergeordneten Steuerungseinrichtung 5 über eine Steuerleitung 10 angesteuert und über eine Energieversorgungsleitung 11 mit Energie versorgt. Die weiter untergeordnete Steuerungseinrichtung 5 ist dazu eingerichtet, die Energiedaten des Energieverbrauchers 51 während des Betriebs abzubilden und der Steuerungseinrichtung 3 zur Verfügung zu stellen. Die untergeordnete Steuerungseinrichtung 3 wiederum ist dazu eingerichtet, diese Energiedaten ebenfalls zu speichern und während des Betriebs der übergeordneten Steuerungseinrichtung 1 zur Verfügung zu stellen.
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Alle Energieverbraucher 12, 21, 23, 51 können dann beim Energiemanagement von der übergeordneten Steuerungseinrichtung 1 gleich behandelt werden, unabhängig davon, ob sie über die zugeordnete Steuerungseinrichtung oder direkt mit Energie versorgt werden.
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Nicht dargestellt ist in 1 die Ausgestaltung, dass ein Energieverbraucher selbst ein Feldbusgerät ist und über den Feldbus seine Energiedaten der übergeordneten Steuerungseinrichtung 1 zur Verfügung zu stellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Common Application Profile PROFIenergy; Technical Specification for PROFINET; Version 1.0; January 2010; Tabelle 10-1 [0011]
- Energie sparen mit SIMATIC S7; PROFIenergy mit ET200S; Applikationsbeschreibung, November 2011 [0011]
