DE102013220300A1

DE102013220300A1 - Steuerung einer Anlage mit gleichartigen Anlagenteilen

Info

Publication number: DE102013220300A1
Application number: DE201310220300
Authority: DE
Inventors: Joachim Hoffmann; Thomas Scholz; Jens Wietoska
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2013-06-12
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2014-12-18
Also published as: WO2014198486A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Anlage mit gleichartigen Anlagenteilen, eine entsprechende Steuerung, eine Anlage mit einer derartigen Steuerung, ein Programm zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bei Ablauf in einer derartigen Steuerung sowie ein Computerprogrammprodukt mit einem derartigen Programm. Um eine Ungleichauslastung der Anlagenteile zu verringern, wird bei einer Anlage, deren Lastanforderung in Abhängigkeit von äußeren Parametern gegeben ist, vorgeschlagen, dass eine Belastung der Anlagenteile, die zumindest die Anzahl der Betriebsstunden umfasst, protokolliert wird und dass die Anlagenteile gemäß einem Algorithmus angesteuert werden, der zumindest zum Zeitpunkt einer Änderung der Lastanforderung eine Verringerung einer maximalen Differenz der Belastungen der Anlagenteile bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Anlage mit gleichartigen Anlagenteilen, eine entsprechende Steuerung, eine Anlage mit einer derartigen Steuerung, ein Programm zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bei Ablauf in einer derartigen Steuerung sowie ein Computerprogrammprodukt mit einem derartigen Programm.
Bei Anlagen, deren Anlagenteile in Abhängigkeit von äußeren Parametern (wie zum Beispiel Leistung, Temperatur, Volumen et cetera) zu- bzw. abgeschaltet werden, kommen aufgrund der meist einfachen Schaltlogik immer dieselben Anlagenteile/Module zum Einsatz. Dies führt zwangsläufig zu einer Ungleichverteilung der Betriebsstunden und damit zu verkürzen Standzeiten und verkürzten Wartungsintervallen der Gesamtanlage.
Bei bisherigen Anlagen werden die Anlagenteile nur nach einer intern festgelegten Schaltlogik immer nach demselben Schema zu- bzw. abgeschaltet. Eine Berücksichtigung von Betriebsstunden der einzelnen Anlagenteile/Module findet nicht statt. Beispielsweise werden Module entsprechend ihrer internen Nummerierung zu- bzw. abgeschaltet. Damit hat das Modul mit der internen Nr. „1“ die meisten Betriebsstunden und das Modul mit der höchsten Nr. die wenigsten Betriebsstunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Lösung für eine Steuerung von Anlagen vorzuschlagen, die das vorgenannte Problem zumindest reduziert.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Ansteuerung zumindest zweier gleichartiger Anlagenteile einer Anlage, deren Lastanforderung in Abhängigkeit von äußeren Parametern gegeben ist, wobei eine Belastung der Anlagenteile, die zumindest die Anzahl der Betriebsstunden umfasst, protokolliert wird und wobei die Anlagenteile gemäß einem Algorithmus angesteuert werden, der zumindest zum Zeitpunkt einer Änderung der Lastanforderung eine Verringerung einer maximalen Differenz der Belastungen der Anlagenteile bewirkt.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch eine Steuerung, eine Anlage, ein Programm und ein Computerprogrammprodukt mit den in den Ansprüchen 4, 5, 7 bzw. 8 angegebenen Merkmalen.
Durch die erfindungsgemäße Lösung werden in der Steuerlogik zumindest die aktuellen, individuellen Betriebsstunden der einzelnen Anlagenteile/Module aktiv berücksichtigt. (Im einfachsten Fall werden von dem Algorithmus für eine Gleichauslastung auch nur die jeweiligen Betriebsstunden berücksichtigt.) Durch diese automatische, betriebsstundenabhängige Steuerung der Module/Anlagenteile werden immer nur die Anlagenteile eingeschaltet, die die wenigsten Betriebsstunden aufweisen. Werden mehr Anlagenteile/Module benötigt, werden die Module nicht anhand beispielsweise einer internen Priorität, sondern in Abhängigkeit der jeweiligen aktuellen Betriebsstunden zugeschaltet. Dabei folgt immer das Modul mit den wenigsten Betriebsstunden; umgekehrt wird immer das Modul mit den meisten Betriebsstunden zuerst abgeschaltet, d.h. die Abschaltung erfolgt ebenfalls in Abhängigkeit der zu diesem Zeitpunkt aktuellen Betriebsstunden. Dadurch ergibt sich automatisch (im Großen und Ganzen) eine Gleichverteilung der Betriebsstunden, wodurch sich für die Gesamtanlage eine längere Standzeit und längere Wartungsintervalle ergeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll im Folgenden für zwei Beispiele einer lastabhängigen Steuerung für je vier Module dargestellt werden.

• Lastabhängige Steuerung, Beispiel 1 Modul 1: 143 Stunden, Modul 2: 112 Stunden, Modul 3: 48 Stunden, Modul 4: 25 Stunden. Bei einer solchen Verteilung von bisher absolvierten Betriebsstunden der einzelnen Module wird jetzt bei einer Lastanforderung zunächst das Modul 4 gestartet (da die maximale Differenz zwischen den Modulen 1 und 4 vorliegt und Modul 4 weniger Betriebsstunden aufweist, somit also durch Starten von Modul 4 die maximale Differenz verringert wird). Steigt die Lastanforderung, werden die weiteren Module in der Reihenfolge 3-2-1 gestartet. Würden die Module bereits laufen und beim Absinken der Last die gleiche Stundenverteilung aufweisen, so würde die Abschaltung in der Reihenfolge 1-2-3-4 erfolgen.
• Lastabhängige Steuerung, Beispiel 2 Modul 1: 143 Stunden, Modul 2: 146 Stunden, Modul 3: 176 Stunden, Modul 4: 159 Stunden. Bei Lastanforderung wird jetzt das Modul 1 gestartet. Steigt die Last weiter, werden die Module in der Reihenfolge 2-4-3 gestartet. Würden die Module bereits laufen und beim Absinken der Last die gleiche Stundenverteilung aufweisen, so würden die Module in der Reihenfolge 3-4-2-1 gestoppt.

Werden die Module wie in den obigen Beispielen dargestellt bei einer Lastanforderung zunächst zugeschaltet, könnte die Abschaltung auch in anderer Reihenfolge erfolgen, da zwischen dem Zuschalten der einzelnen Module einige Zeit vergehen kann und sich dadurch die Anzahl der Betriebsstunden der einzelnen Anlagenteile/Module verschieben kann. Ausschlaggebend für das Zu- und Abschalten der Anlagenteile/Module ist immer die aktuelle Betriebsstundenanzahl der Anlagenteile/Module zum Zeitpunkt der Schaltanforderung.
Diese Art der Berücksichtigung der Betriebsstunden der Anlagenteile/Module lässt sich auf alle Steuerungen anwenden, bei denen in Abhängigkeit von anderen Parametern (wie z.B. Leistung, Temperatur, Volumen etc.) Anlagenteile/Module zu- bzw. abgeschaltet werden müssen – wie beispielsweise für Kühlanlagen, deren Aggregate in Abhängigkeit von der Temperatur zu- bzw. abgeschaltet werden müssen.
In einer vorteilhaften Form der Ausgestaltung umfasst die Belastung den Grad der Auslastung der einzelnen Anlagenteile. Hierdurch kann auch ggf. berücksichtigt werden, dass manche Anlagenteile/Module eventuell bereits länger als andere Module betrieben wurden, aber beispielsweise nur „mit halber Kraft“. Dieser Grad der Auslastung kann dabei auch mit Gewichtsfaktoren gewichtet in den Algorithmus eingehen. Ebenso kann hierbei auch eine Abweichung vom optimalen Auslastungsgrad (beispielsweise mit dem höchsten Wirkungsgrad) berücksichtigt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird oberhalb eines Schwellwertes für die maximale Differenz die Ansteuerung derart geändert, dass die maximale Differenz verringert wird. Hierdurch wird verhindert, dass bei einer lange gleich bleibenden Lastanforderung, bei der zunächst zwar die Module mit der geringsten Belastung gestartet wurden, eine Ungleichverteilung der Belastung überhandnimmt, wenn die laufenden Module die ehemals am meisten belasteten Module bezüglich der Belastung (zum Beispiel Anzahl der Betriebsstunden) überholt haben und immer weiterlaufen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Anlagenteile als Module einer Brennstoffzellenanlage ausgebildet. Hiermit kann das aus dem Stand der Technik genannte Problem, wie es insbesondere bei Antriebslösungen für Fahrzeuge vorkommt, die eine Brennstoffzellenanlage verwenden, die nicht ständig unter maximaler Last läuft und bei der somit auch nicht ständig alle Module eingeschaltet sind, vermieden und damit die Wartungsintervalle vergrößert werden, was sich in besonders vorteilhafter Weise bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Lösung in U-Booten in einer Verlängerung der Tauchzeiten niederschlägt.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Anlage mit gleichartigen Anlagenteilen, eine entsprechende Steuerung, eine Anlage mit einer derartigen Steuerung, ein Programm zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bei Ablauf in einer derartigen Steuerung sowie ein Computerprogrammprodukt mit einem derartigen Programm. Um eine Ungleichauslastung der Anlagenteile zu verringern, wird bei einer Anlage, deren Lastanforderung in Abhängigkeit von äußeren Parametern gegeben ist, vorgeschlagen, dass eine Belastung der Anlagenteile, die zumindest die Anzahl der Betriebsstunden umfasst, protokolliert wird und dass die Anlagenteile gemäß einem Algorithmus angesteuert werden, der zumindest zum Zeitpunkt einer Änderung der Lastanforderung eine Verringerung einer maximalen Differenz der Belastungen der Anlagenteile bewirkt.

Claims

Verfahren zur Ansteuerung zumindest zweier gleichartiger Anlagenteile einer Anlage, deren Lastanforderung in Abhängigkeit von äußeren Parametern gegeben ist, wobei eine Belastung der Anlagenteile, die zumindest die Anzahl der Betriebsstunden umfasst, protokolliert wird und wobei die Anlagenteile gemäß einem Algorithmus angesteuert werden, der zumindest zum Zeitpunkt einer Änderung der Lastanforderung eine Verringerung einer maximalen Differenz der Belastungen der Anlagenteile bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Belastung den Grad der Auslastung der einzelnen Anlagenteile umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei oberhalb eines Schwellwertes für die maximale Differenz die Ansteuerung derart geändert wird, dass die maximale Differenz verringert wird.
Steuerung für eine Anlage, die zumindest zwei gleichartiger Anlagenteile umfasst, mit Mitteln zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Anlage mit zumindest zwei gleichartigen Anlagenteilen und einer Steuerung nach Anspruch 4.
Anlage nach Anspruch 5, wobei die Anlagenteile als Module einer Brennstoffzellenanlage ausgebildet sind.
Programm, bei dessen Ablauf in einer Steuerung nach Anspruch 4 ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3 durchgeführt wird.
Computerprogrammprodukt, auf dem ein Programm nach Anspruch 7 gespeichert ist.