DE102014211011A1 - Verfahren zum Betrieb einer Anlage mit Energiespeichern - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage (10), welche aus mehreren Teilanlagen (11; 12) besteht, wobei wenigstens eine Teilanlage (11) Energie speichern kann, wobei wenigstens eine andere Teilanlage (12) Energie nach außen abgeben kann, wobei die Teilanlagen (11; 12; 18) über verstellbare Energieaustauschmittel (13) miteinander verbunden sind, so dass Energie zwischen den Teilanlagen (11; 12) ausgetauscht werden kann, wobei die Teilanlagen (11; 12; 18) und die Energieaustauschmittel (13) zumindest mittelbar an eine Steuerung (14) mit einem Datenspeicher (15) und einer Recheneinheit (16) angeschlossen sind. Erfindungsgemäß ist in dem Datenspeicher (15) die Definition einer ersten Klasse gespeichert, welche interne Variablen und Programmcode zur Beeinflussung der internen Variablen aufweist, wobei die internen Variablen der ersten Klasse wenigstens eine erste Variable enthalten, welche einen sich zeitlich ändernden Energiezustand repräsentiert, wobei beim Anfahren und/oder während dem Betrieb der Anlage (10) für jede Teilanlage (11) die Energie speichern kann, eine erste Klassen-Instanz der ersten Klasse oder einer davon abgeleiteten Klasse erzeugt wird, indem jeder ersten Klassen-Instanz ein gesonderter Speicherort im Datenspeicher (15) zur Speicherung seiner internen Variablen zugewiesen wird, wobei während dem Betrieb der Anlage (10) zu wenigstens einer ersten Klassen-Instanz, vorzugsweise zu allen ersten Klassen-Instanzen, der zugeordnete Programmcode von der Recheneinheit (16) ausgeführt wird, wobei dabei auf die zugeordneten, im Datenspeicher (15) gespeicherten internen Variablen zugegriffen wird, wobei basierend auf dem Ergebnis der Programmausführung zumindest ein Energieaustauschmittel (13) verstellt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage, welche aus mehreren Teilanlagen besteht, wobei wenigstens eine Teilanlage Energie speichern kann, wobei wenigstens eine andere Teilanlage Energie nach außen abgeben kann, wobei die Teilanlagen über verstellbare Energieaustauschmittel miteinander verbunden sind, so dass Energie zwischen den Teilanlagen ausgetauscht werden kann, wobei die Teilanlagen und die Energieaustauschmittel zumindest mittelbar an eine Steuerung mit einem Datenspeicher und einer Recheneinheit angeschlossen sind. Bei den Teilanlagen, die Energie speichern können kann es sich beispielsweise um elektrische Batterien, Kondensatoren, Treibstofftanks, hydraulische Druckspeicher, rotierende Massen u.v.m. handeln. Bei den Teilanalgen die Energie abgeben, insbesondere an Komponenten außerhalb der erfindungsgemäßen Anlage, kann es sich beispielsweise um Elektromotoren, Linearmotoren, Hydraulikzylinder, Pneumatikzylinder, Lautsprecher, Lampen u.v.m. handeln. Optional können auch Teilanlagen vorgesehen sein, welche Energie von außerhalb der Anlage, insbesondere aus dem öffentlichen Stromnetz, aufnehmen. Bei der Steuerung handelt es sich vorzugsweise um eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), welche höchst vorzugsweise nach DIN EN 61131-3 programmierbar ist. Bei den verstellbaren Energieaustauschmitteln kann es sich beispielsweise um hydraulische oder pneumatische Ventile, um elektronische Frequenzumrichter oder Spannungswandler u.v.m. handeln.
  • Heute ist es üblich, dass Energie, welche von einer Teilanlage abgegeben wird, in einer anderen Teilanlage gespeichert wird, um diese Energiemenge später wieder verwenden zu können. Hierdurch wird vermieden, dass hochwertige Energieformen wie mechanische oder elektrische Energie in sehr schlecht nutzbare Energieformen wie Wärme umgewandelt werden. Um die gespeicherte Energie optimal ausnutzen zu können, ist es erforderlich, den Energiezustand im Datenspeicher der Steuerung zu speichern, damit Steuerung die Anlage abhängig vom Energiezugstand energieverbrauchsoptimal steuern kann.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Energiezustände der Anlage auf besonders Speicherplatz sparende Weise zu speichern. Darüber hinaus soll ein und derselbe Programmcode für viele unterschiedliche Bauarten von Teilanlagen, welche Energie speichern können, verwendbar sein.
  • Gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch wird vorgeschlagen, dass in dem Datenspeicher die Definition einer ersten Klasse gespeichert ist, welche interne Variablen und Programmcode zur Beeinflussung der internen Variablen aufweist, wobei die internen Variablen der ersten Klasse wenigstens eine erste Variable enthalten, welche einen sich zeitlich ändernden Energiezustand repräsentiert, wobei beim Anfahren und/oder während dem Betrieb der Anlage für jede Teilanlage die Energie speichern kann, eine erste Klassen-Instanz der ersten Klasse oder einer davon abgeleiteten Klasse erzeugt wird, indem jeder ersten Klassen-Instanz ein gesonderter Speicherort im Datenspeicher zur Speicherung seiner internen Variablen zugewiesen wird, wobei während dem Betrieb der Anlage zu wenigstens einer ersten Klassen-Instanz, vorzugsweise zu allen ersten Klassen-Instanzen, der zugeordnete Programmcode von der Recheneinheit ausgeführt wird, wobei dabei auf die zugeordneten, im Datenspeicher gespeicherten internen Variablen zugegriffen wird, wobei basierend auf dem Ergebnis der Programmausführung zumindest ein Energieaustauschmittel verstellt wird. Eine einsprechende Anlage und ein einsprechendes Programm werden ebenfalls selbständig beansprucht.
  • Die vorgeschlagene erste Klasse kann für viele unterschiedliche Bauarten von Teilanlagen, die Energie speichern können, verwendet werden. Da nur für die tatsächlich vorhandenen Teilanlagen, die Energie speichern können, erste Klassen-Instanzen gespeichert werden, ist der entsprechende Speicherbedarf minimal. Anzumerken ist, dass eine Teilanlage wiederum mehrere gesonderte Baugruppen enthalten kann, die jeweils für sich Energie speichern können. Beispielsweise können zwei parallel geschaltet hydraulische Druckspeicher als eine Teilanlage betrachtet werden, da für deren Ansteuerung eine getrennte Betrachtung nicht erforderlich ist.
  • In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
  • Es ist bevorzugt, dass die wenigstens eine erste Variable einen der folgenden Energiezustände repräsentiert:
    • – die Soll-Energieaufnahme oder -abgabe pro Zeiteinheit,
    • – die Soll-Energieaufnahme oder -abgabe in einem vorgegebene Soll-Zeitintervall,
    • – die Ist-Energieaufnahme oder -abgabe pro Zeiteinheit,
    • – das vorgegeben Soll-Zeitintervall einer Soll-Leistung,
    • – Ist-Energieaufnahme oder -abgabe pro Zeiteinheit, oder
    • – die gespeicherte Energiemenge.
  • Die Soll-Energieaufnahme oder -abgabe pro Zeiteinheit wird auch als Soll-Leistung bezeichnet. Hiermit wird einem Energiespeicher mitgeteilt, welche Leistung er aufnehmen bzw. abgeben soll. Dies kann z.B. zu kurzfristigen Spitzenleistungsreduzierungen genutzt werden. Mit der Soll-Energieaufnahme oder -abgabe in einem vorgegebenen Soll-Zeitintervall wird dem Energiespeicher mitgeteilt, dass er in einem kommenden Zeitintervall eine gewisse Energie aufnehmen oder abgeben soll. Dies kann z.B. bei einer 15-Minuten Lastgangglättung vorteilhaft genutzt werden. Beispielsweise wird nach 10 Minuten eine Prognose für die verbleibenden 5 Minuten des 15-Minuten-Intervalls durchgeführt und daraufhin dem Energiespeicher die detaillierte Abwicklung der Energieaufnahme bzw. -abgabe überlassen. Der Energiespeicher kann dann ein vorteilhaftes Profil der Aufnahme/Abgabe fahren: Dies kann beispielsweise entweder ein kurzes Profil mit hoher Leistung oder ein längeres Profil mit geringerer/konstanter Leistung sein. In Verbindung mit der Steuerung über eine Soll-Leistung ist die Angabe eines Soll-Zeitintervalls vorteilhaft. Hierdurch kann der Energiespeicher evtl. voreilend ermitteln, ob er überhaupt genügend Energie gespeichert hat, um die benötigte Energiemenge aufzunehmen bzw. abzugeben. Die Ist-Energieaufnahme oder -abgabe pro Zeiteinheit wird auch als Ist-Leistung bezeichnet. Hiermit teilt der Energiespeicher mit, welche aktuelle Leistung er aufnimmt bzw. abgibt. Der Energieinhalt („state of charge“) wird oftmals nicht als Energie, sondern als Prozentangabe einer Speichermenge angegeben, um die Darstellung für den Anwender zu vereinfachen.
  • Es ist bevorzugt, dass der Programmcode der ersten Klasse ein Unterprogramm enthält, mit der Energiezustand der zugeordneten Teilanlage ermittelt werden kann, wobei das Ergebnis in der wenigstens einen ersten Variablen gespeichert wird. Für die Ermittlung des Energiezustands kann auf die Messung einer oder mehrerer Zustandsgrößen der Teilanlage zugrückgegriffen werden, beispielsweise auf Spannung einer elektrischen Batterie oder dem Druck in einem hydraulischen Druckspeicher. Aus diesen Zustandsgrößen kann beispielsweise mittels einer Kennlinie auf den Energiezustand geschlossen werden.
  • Es ist bevorzugt, dass die Definition der ersten Klasse wenigstens eine zweite Variable enthält, die einen zeitlich konstanten Energiezustand repräsentiert, wobei die wenigstens eine zweite Variable ausschließlich bei der Erzeugung der ersten Klassen-Instanzen beschrieben wird, wobei sie während dem Betrieb der Anlage ausschließlich gelesen wird.
  • Es ist bevorzugt, dass die wenigstens eine zweite Variable einen der folgenden Energiezustände repräsentiert:
    • – die maximal speicherbare Energiemenge,
    • – die gespeicherte Energiemenge, die nicht unterschritten werden darf,
    • – die maximale Energiemenge, die pro Zeiteinheit abgegeben werden kann,
    • – den Leistungsgradienten,
    • – eine erste Kennlinie welche den Zusammenhang zwischen einer oder mehrerer mehrerer an einer Teilanlage messbaren Zustandsgrößen und der gespeicherten Energiemenge beschreibt,
    • – eine zweite Kennlinie, welche den Zusammenhang zwischen einer oder mehrerer an einer Teilanlage messbaren Zustandsgrößen und der maximalen Energiemenge, die pro Zeiteinheit abgegeben werden kann, beschreibt,
    • – eine dritte Kennlinie, welche den Zusammenhang zwischen einer oder mehrerer an einer Teilanlage messbaren Zustandsgrößen und dem Leistungsgradienten beschreibt, oder
    • – eine vierte Kennlinie, welche die maximale Leistung über die Zeit beschreibt.
  • Die zweiten Variablen dienen dazu, dass überlagerte Instanzen (Funktionsbausteine oder Leitsysteme) die Eigenschaftsdaten auslesen und verwenden können. Insbesondere kann dies beispielsweise zum automatisierten Aggregieren oder zum optimieren Steuern der Energiespeicher verwendet werden.
  • Der maximale Speicherinhalt (z.B. Einheit [Ws]) beschreibt die maximale Speichermenge des Speichers (Nennwert). Der minimal nutzbare Speicherinhalt (z.B. Einheit [Ws] oder [%]) beschreibt den minimalen Speicherinhalt, der mindestens vorhanden sein muss. Dies kann z.B. dann notwendig werden, wenn sich die Signalverarbeitung eines Energiespeichers selbständig aus dem Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt. Der maximal nutzbare Speicherinhalt (z.B. Einheit [Ws] oder [%]) kann geringer sein, als der maximale Speicherinhalt. Der Leistungsgradient (z.B. Einheit [kW/s]) beschreibt, wie schnell ein Speicher einen geforderten Leistungswert erreichen kann. Der Wert kann auch unterschiedlich für positive und negative Gradienten sein. Ein Beispiel für die erste Kennlinie ist ein Batteriespeicher, dessen Spannung sich mit dem Energieinhalt verändert. Die Maximalleistung ist dabei proportional zum Quadrat der Batteriespeicherspannung, wodurch sich ein Beispiel für die zweite Kennlinie ergibt. Ein Beispiel für die dritte Kennlinie ist ein thermischer Speicher, dessen Leistungsgradient höher ist, wenn auch die Speichertemperatur höher ist, da dann ein Wärmetauscher schneller anspricht. Ein Beispiel für die Anwendung der vierten Kennlinie sind aggregierte Energiespeicher mit unterschiedlichem Zeitverhalten. Die Abbildung der statischen und dynamischen Daten wird vorzugsweise speichertechnologieunabhängig ausgeführt. Hierdurch kann das Verfahren möglichst universell eingesetzt werden.
  • Es ist bevorzugt, dass in dem Datenspeicher die Definition einer von der ersten Klasse abgeleiteten zweiten Klasse gespeichert ist, welche zumindest teilweise die gleichen internen Variablen aufweist wie die erste Klasse, wobei bei der Ermittlung der internen Variablen einer zweiten Klassen-Instanz der zweiten Klasse jeweils zumindest ein Teil der internen Variablen zumindest zweier ersten Klassen-Instanzen berücksichtig werden. Die genannten internen Daten werden vorzugsweise miteinander verrechnet, beispielsweise indem die Variablen "Energieinhalt" aufsummiert werden.
  • Hierdurch werden die Energiespeicher hierarchisiert, d.h. mehrere Energiespeicher werden durch einen „Aggregations-Funktionsbaustein (FB)“ derart zusammengefasst, dass wiederum ein Energiespeicher entsteht, welche eigene interne Variable besitzt. Diese „Summeneigenschaften“ beinhalten dabei dieselben Energiezustandstypen, wie ein einzelner Energiespeicher. Hierdurch kann erreicht werden, dass sich aus überlagerter Sicht mehrere Energiespeicher wie ein einzelner Energiespeicher darstellen bzw. verhalten. Der Aggregations-Funktionsbaustein aggregiert vorzugsweise sowohl die statischen, als auch die dynamischen Daten.
  • Es ist bevorzugt, dass die Steuerung mit einem Bildschirm verbunden ist, wobei in dem Datenspeicher die Definition wenigstens einer dritten Klasse gespeichert ist, deren Programmcode auf die internen Variablen und/oder den Programmcode einer ersten Klassen-Instanz oder einer Klassen-Instanz einer von der ersten Klasse abgeleiteten Klasse zugreift, wobei basierend auf diesem Zugriff der Energiezustand der zugeordneten Teilanlage auf dem Bildschirm dargestellt wird.
  • Die Energiespeicher-Daten können mittels eines Funktionsbausteins, welcher der dritten Klasse entspricht, in einer geeigneten Form einem typischerweise überlagerten System (Human-Machine Interface bzw. HMI oder Leitsystem/MES/...) dargestellt werden. Dieser Funktionsbaustein bereitet dabei die Daten vorzugsweise für das (überlagerte) System auf, indem er die Daten beispielsweise in andere Einheiten umrechnet, in einer besonderen Datenstruktur aufbereitet, etc. Insbesondere bei einer objektorientierten Implementation sind die Energiespeicherdaten in verschiedenen SPS-Funktionsbausteinen verteilt, so dass der Funktionsbaustein zur Darstellung der Energiespeicher-Daten auch Daten umkopieren muss. Die Energiespeicher-Daten können beispielsweise mittels einer OPC UA Datenschnittstelle (vgl.http://en.wikipedia.org/wiki/OPC_Unified_Architecture) bereitgestellt werden. Für OPC UA gibt es vorzugsweise auf der überlagerten Ebene Clients, die sehr einfach auf die Daten zugreifen können.
  • Es ist bevorzugt, dass in dem Datenspeicher die Definition einer vierten Klasse gespeichert ist, welche von der ersten Klasse abgeleitet ist, wobei der Programmcode der vierten Klasse auf eine Bauart einer Teilanlage derart abgestimmt ist, dass er den Betriebszustand einer Teilanlage der entsprechenden Bauart verändern und /oder überwachen kann.
  • Die Energiespeicher-Funktionsbaustein-Instanzen werden vorteilhafterweise mit Energiemonitoring-Funktionsbaustein-Instanzen verknüpft (z.B. durch eine Verschaltung über die Funktionsbaustein-Deklaration). Hierdurch ist es möglich, dass in einem Energiemonitoring-System die Energiespeicher mit angezeigt werden und diese als Speicher und nicht nur als Verbraucher dargestellt werden können. D.h. durch die Verknüpfung werden die Energiespeicher-Eigenschaften und -Daten mit den Monitoring-Eigenschaften und -Daten verbunden, z.B. können hierdurch vorhandene Energiemonitoring-Hierarchiegliederungen auch für die Darstellung von Energiespeichern genutzt werden.
  • Außerdem ermöglicht dies eine Darstellung des Energieverbrauchs einer Anlage mit und ohne Energiespeicher. Mithilfe dieser Darstellung kann bspw. der Erfolg des Einsatzes des Energiespeichers zum Glätten des Energieverbrauchs analysiert werden. Je nach Ziel des Einsatzes des Energiespeichers kann aus den Daten eines Energiemonitorings direkt auf der Steuerung der Sollwert für den/die Energiespeicher berechnet und vorgegeben werden.
  • Es ist bevorzugt, dass die Definition der ersten Klasse wenigstens eine dritte Variable enthält, die einen Betriebsstatus repräsentiert. Neben den dynamischen Daten eines Energiespeichers (wie oben dargestellt beispielsweise Leistungen, Energien, Zeiten, d.h. verallgemeinert Größen) können auch Betriebszustände eines Energiespeichers dargestellt werden. Beispielsweise können die Zustände
    • – „Nicht bereit“ (z.B. beim Aufladen des Energiespeichers auf einen Minimal-Energieinhalt)
    • – „Bereit“
    • – „Fehler“
    • – „Herunterfahren“ (z.B. Entladen des Energiespeichers)
    abgebildet werden. Hierdurch kann der Anwender vorteilhafterweise in Abhängigkeit des Zustands bestimmte Steuerungen des Energiespeichers unterdrücken.
  • Beispielsweise kann im Zustand „Nicht bereit“ oder „Herunterfahren“ ein Leitsystem verhindern, dass Steuerungsbefehle zum Energie aufnehmen/abgeben an das Energiespeicher-Subsystem gelangen.
  • 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.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es stellt dar:
  • 1 einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Anlage mit mehreren Teilanlagen;
  • 1 zeigt einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Anlage mit mehreren Teilanlagen 11; 12; 18. Sämtliche Teilanlagen, die Energie speichern können sind mit der Bezugsziffer 11 gekennzeichnet. Namentlich sind das ein Treibstofftank 31; eine elektrische Batterie 38 und zwei parallel geschaltete Hydrospeicher 40. Die Teilanlagen, die Energie nach außen abgeben können, sind mit der Bezugsziffer 12 gekennzeichnet. Vorliegend sind hierfür zwei Hydraulikzylinder 43 vorgesehen, die beispielsweise einen beweglichen Auslegerarm bewegen. Die übrigen Teilanlagen sind mit der Bezugsziffer 18 gekennzeichnet. Hierbei handelt es sich im Wesentlich um Teilanlagen, die eine Energieform in einen andere Energieform umwandeln. Der Verbrennungsmotor 30 wandelt beispielsweise die im Treibstoff gespeicherte chemische Energie in mechanische Energie um. Der Elektromotor 33 wandelt elektrische in mechanische Energie um. Die Hydraulikpumpe 34 wandel mechanische in hydraulische Energie um. Der Generator 36 wandel mechanische in elektrische Energie um.
  • Der Verbrennungsmotor 30, der Elektromotor 33, die Hydraulikpumpe 34, der Hydromotor 35 und der Generator 36 sitzen dabei auf einer gemeinsamen Welle 44, so dass zwischen diesen Teilanlagen nahezu beliebig mechanische Energie ausgetauscht werden kann. Beispielsweise kann daran gedacht sein, mittels des Verbrennungsmotors 30 die Hydraulikpumpe 18 und gleichzeitig den Generator 18 anzutreiben. Die hydraulische Energie der Hydraulikpumpe 34 kann dann über ein Energieaustauschmittel 13 in Form eines hydraulischen Ventilblocks 39 zu den Hydraulikzylindern 43 geleitet werden, um diese zu bewegen. Die elektrische Energie des Generators 36 kann über ein Energieaustauschmittel 13 in Form einer Leistungselektronik 37 in eine elektrische Batterie 38 geladen werden. Wenn die Leistung des Verbrennungsmotors 30 nicht mehr ausreicht kann über die Leistungselektronik 37 die in der Batterie 37 gespeicherte Energie entnommen werden, um damit den Elektromotor 33 zu versorgen. Dieser treibt dann zusammen mit dem Verbrennungsmotor 30 die Hydraulikpumpe 34 an. Von der Hydraulikpumpe 34 zu viel gefördertes Hydrauliköl kann wiederum in die Hydrospeicher 40 eingespeist werden, damit die drin enthalten hydraulische Energie nicht verloren geht. Das Hydrauliköl muss also nicht unter hohem Energieverlust in den drucklosen Tank 42 geleitet werden.
  • Damit die vorliegende Anlage 10, den geringstmöglichen Treibstoffverbrauch aufweist, ist es vorteilhaft den Verbrennungsmotor beim Betriebspunkt mit dem höchsten Wirkungsgrad zu betrieben, so dass er eine im Wesentlichen konstante mechanische Leistung abgibt. Die Hydraulikzylinder 43 benötigen dagegen typischerweise in kurzen Zeitintervallen sehr hohe Leistungen, welche die Dauerleistung des Verbrennungsmotors übersteigen, wobei sie im verbleibenden Zeitraum nahezu keine Energie benötigen. Die entsprechende Anpassung von Leistungsangebot und Leistungsbedarf wird mit den Teilanlagen 11 erreicht, die Energie speichern können. Dabei sind die Hydrospeicher 40 zur Befriedigung eines kurzzeitig sehr hohen Leistungsbedarfs gut geeignet. Während die Batterie für die Befriedigung eines länger anhaltenden Leistungsbedarfs gut geeignet ist.
  • Die gesamte Anlage wird von einer Steuerung 14 gesteuert, die vorzugsweise als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ausgebildet ist, wobei sie höchst vorzugsweise entsprechend der DIN EN 61131-3 programmierbar ist. Eine derartige Steuerung hat einen Datenspeicher 15 und ein Rechenwerk 16.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Definition einer ersten Klasse in dem Datenspeicher 15 gespeichert, welche eine erste Variable aufweist, die den gespeichert Energieinhalt repräsentiert. Weiter enthält die genannte eine Definition, welche die maximal speicherbare Energiemenge repräsentiert. Beim Anfahren der Anlage 10 wird für den Treibstofftank 31, die Batterie 38 und die Hydrospeicher 40 jeweils eine erste Klassen-Instanz der erste Klasse erzeugt, indem jeder ersten Klassen-Instanz ein gesonderter Speicherort im Datenspeicher 15 zur Speicherung der genannten internen Variablen zugewiesen wird. Dabei wird für die beiden Hydrospeicher 40 nur eine einzige erste Klassen-Instanz erzeugt, da deren Beladungszustand bedingt durch die vorliegende hydraulische Parallelschaltung immer gleich ist. Insgesamt werden im Datenspeicher also sechs Speicherplätze für drei erste Klassen-Instanzen mit jeweils einer ersten und einer zweiten Variablen benötigt. Die zweiten Variablen werden dabei anhand der vorbekannten maximal speicherbaren Energiemenge des Treibstofftanks 31; der Batterie 38 und der Hydrospeicher 40 bereits bei der Erzeugung der ersten Klassen-Instanzen mit den entsprechenden Werten beschrieben.
  • Die ersten Variablen werden während dem Betrieb der Anlage 10 mit Werten beschrieben, indem der Programmcode der ersten Klasse ausgeführt wird. Dabei kann beispielsweise ein Unterprogramm vorgesehen sein, welches aus dem Messwerte des Füllstandsensors 32 anhand einer zugeordneten ersten Kennlinie den im Treibstofftank 31 gespeicherten Energieinhalt ermittelt. Es kann ein weiteres Unterprogramm vorgesehen sein, welches aus dem Messwert des Drucksensors 41 und einer weiteren ersten Kennlinie die in den Druckspeichern 40 gespeicherte Energiemenge ermittelt.
  • Weiter kann eine zweite Klasse vorgesehen sein, die dem Treibstofftank 31 und der Batterie zugeordnet ist. Diese zweite Klasse dient dazu, diese beiden Energiespeicher logisch zu einem einzigen Gesamtenergiespeicher zusammenzufassen. Die gespeicherte Energiemenge kann beispielsweise ermittelt werden, indem die ersten Variablen der ersten Klassen-Instanzen des Treibstofftanks 31 und der Batterie 38 aufaddiert werden. Die zweite Klasse ist vorzugsweise von der ersten Klasse abgeleitet.
  • Die Steuerung 14 ist mit einem Bildschirm 17 verbunden. In dem Datenspeicher 15 kann die Definition wenigstens einer dritten Klasse gespeichert sein, deren Programmcode auf die internen Variablen und/oder den Programmcode einer ersten Klassen-Instanz oder einer zweiten Klassen-Instanz zugreift. Basierend auf diesem Zugriff kann der Energiezustand, insbesondere die gespeicherte Energiemenge, des Treibstofftanks 31; der Batterie 38 und oder der Hydrospeicher 40 auf dem Bildschirm 17 dargestellt werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Anlage
    11
    Teilanlage, die Energie speichern kann
    12
    Teilanalage, die Energie nach außen abgeben kann
    13
    Energieaustauschmittel
    14
    Steuerung
    15
    Datenspeicher
    16
    Recheneinheit
    17
    Bildschirm
    18
    sonstige Teilanlage
    30
    Verbrennungsmotor
    31
    Treibstofftank
    32
    Füllstandsensor
    33
    Elektromotor
    34
    Hydraulikpumpe
    35
    Hydromotor
    36
    Generator
    37
    Leistungselektronik
    38
    elektrische Batterie
    39
    Ventilblock
    40
    Hydrospeicher
    41
    Drucksensor
    42
    Tank für Hydraulikflüssigkeit
    43
    Hydraulikzylinder
    44
    gemeinsamen Welle
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN EN 61131-3 [0001]
    • vgl.http://en.wikipedia.org/wiki/OPC_Unified_Architecture [0017]
    • DIN EN 61131-3 [0029]

Claims (11)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Anlage (10), welche aus mehreren Teilanlagen (11; 12) besteht, wobei wenigstens eine Teilanlage (11) Energie speichern kann, wobei wenigstens eine andere Teilanlage (12) Energie nach außen abgeben kann, wobei die Teilanlagen (11; 12; 18) über verstellbare Energieaustauschmittel (13) miteinander verbunden sind, so dass Energie zwischen den Teilanlagen (11; 12) ausgetauscht werden kann, wobei die Teilanlagen (11; 12; 18) und die Energieaustauschmittel (13) zumindest mittelbar an eine Steuerung (14) mit einem Datenspeicher (15) und einer Recheneinheit (16) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Datenspeicher (15) die Definition einer ersten Klasse gespeichert ist, welche interne Variablen und Programmcode zur Beeinflussung der internen Variablen aufweist, wobei die internen Variablen der ersten Klasse wenigstens eine erste Variable enthalten, welche einen sich zeitlich ändernden Energiezustand repräsentiert, wobei beim Anfahren und/oder während dem Betrieb der Anlage (10) für jede Teilanlage (11) die Energie speichern kann, eine erste Klassen-Instanz der ersten Klasse oder einer davon abgeleiteten Klasse erzeugt wird, indem jeder ersten Klassen-Instanz ein gesonderter Speicherort im Datenspeicher (15) zur Speicherung seiner internen Variablen zugewiesen wird, wobei während dem Betrieb der Anlage (10) zu wenigstens einer ersten Klassen-Instanz, vorzugsweise zu allen ersten Klassen-Instanzen, der zugeordnete Programmcode von der Recheneinheit (16) ausgeführt wird, wobei dabei auf die zugeordneten, im Datenspeicher (15) gespeicherten internen Variablen zugegriffen wird, wobei basierend auf dem Ergebnis der Programmausführung zumindest ein Energieaustauschmittel (13) verstellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine erste Variable einen der folgenden Energiezustände repräsentiert: – die Soll-Energieaufnahme oder -abgabe pro Zeiteinheit, – die Soll-Energieaufnahme oder -abgabe in einem vorgegebene Soll-Zeitintervall, – die Ist-Energieaufnahme oder -abgabe pro Zeiteinheit, – das vorgegeben Soll-Zeitintervall einer Soll-Leistung, – Ist-Energieaufnahme oder -abgabe pro Zeiteinheit, oder – die gespeicherte Energiemenge.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Programmcode der ersten Klasse ein Unterprogramm enthält, mit der Energiezustand der zugeordneten Teilanlage (11) ermittelt werden kann, wobei, das Ergebnis in der wenigstens einen ersten Variablen gespeichert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Definition der ersten Klasse wenigstens eine zweite Variable enthält, die einen zeitlich konstanten Energiezustand repräsentiert, wobei die wenigstens eine zweite Variable ausschließlich bei der Erzeugung der ersten Klassen-Instanzen beschrieben wird, wobei sie während dem Betrieb der Anlage (10) ausschließlich gelesen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die wenigstens eine zweite Variable einen der folgenden Energiezustände repräsentiert: – die maximal speicherbare Energiemenge, – die gespeicherte Energiemenge, die nicht unterschritten werden darf, – die maximale Energiemenge, die pro Zeiteinheit abgegeben werden kann, – den Leistungsgradienten, – eine erste Kennlinie welche den Zusammenhang zwischen einer oder mehrerer an einer Teilanlage messbaren Zustandsgrößen und der gespeicherten Energiemenge beschreibt, – eine zweite Kennlinie, welche den Zusammenhang zwischen einer oder mehrerer an einer Teilanlage messbaren Zustandsgrößen und der maximalen Energiemenge, die pro Zeiteinheit abgegeben werden kann, beschreibt, – eine dritte Kennlinie, welche den Zusammenhang zwischen einer oder mehrerer an einer Teilanlage messbaren Zustandsgrößen und dem Leistungsgradienten beschreibt, oder – eine vierte Kennlinie, welche die maximale Leistung über die Zeit beschreibt.
  6. Verfahren nach einem der vorstehen Ansprüche, wobei in dem Datenspeicher (15) die Definition einer von der ersten Klasse abgeleiteten zweiten Klasse gespeichert ist, welche zumindest teilweise die gleichen internen Variablen aufweist wie die erste Klasse, wobei bei der Ermittlung der internen Variablen einer zweiten Klassen-Instanz der zweiten Klasse jeweils zumindest ein Teil der internen Variablen zumindest zweier erster Klassen-Instanzen berücksichtig werden.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuerung mit einem Bildschirm (17) verbunden ist, wobei in dem Datenspeicher (15) die Definition wenigstens einer dritten Klasse gespeichert ist, deren Programmcode auf die internen Variablen und/oder den Programmcode einer ersten Klassen-Instanz oder einer Klassen-Instanz einer von der ersten Klasse abgeleiteten Klasse zugreift, wobei basierend auf diesem Zugriff der Energiezustand der zugeordneten Teilanlage (11) auf dem Bildschirm (17) dargestellt wird.
  8. Verfahren nach eine der vorstehenden Ansprüche, wobei in dem Datenspeicher (15) die Definition einer vierten Klasse gespeichert ist, welche von der ersten Klasse abgeleitet ist, wobei der Programmcode der vierten Klasse auf eine Bauart einer Teilanlage (11) derart abgestimmt ist, dass er den Betriebszustand einer Teilanlage (11) der entsprechenden Bauart verändern kann.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Definition der ersten Klasse wenigstens eine dritte Variable enthält, die einen Betriebsstatus repräsentiert.
  10. Anlage (10), welche aus mehreren Teilanlagen (11; 12) besteht, wobei wenigstens eine Teilanlage (11) Energie speichern kann, wobei wenigstens eine andere Teilanlage (12) Energie nach außen abgeben kann, wobei die Teilanlagen (11; 12; 18) über verstellbare Energieaustauschmittel (13) miteinander verbunden sind, so dass Energie zwischen den Teilanlagen (11; 12) ausgetauscht werden kann, wobei die Teilanlagen (11; 12; 18) und die Energieaustauschmittel (13) zumindest mittelbar an eine Steuerung (14) mit einem Datenspeicher (15) und einer Recheneinheit (16) angeschlossen sind, wobei die Steuerung (14) zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche eingerichtet ist.
  11. Programm zur Verwendung in einer Anlage (10), welche aus mehreren Teilanlagen (11; 12) besteht, wobei wenigstens eine Teilanlage (11) Energie speichern kann, wobei wenigstens eine andere Teilanlage (12) Energie nach außen abgeben kann, wobei die Teilanlagen (11; 12; 18) über verstellbare Energieaustauschmittel (13) miteinander verbunden sind, so dass Energie zwischen den Teilanlagen (11; 12) ausgetauscht werden kann, wobei die Teilanlagen (11; 12; 18) und die Energieaustauschmittel (13) zumindest mittelbar an eine Steuerung (14) mit einem Datenspeicher (15) und einer Recheneinheit (16) angeschlossen sind, wobei das Programm zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist.
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DIN EN 61131-3
vgl.http://en.wikipedia.org/wiki/OPC_Unified_Architecture

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