EP2726945A1 - Vorrichtung zur energieeffizienten steuerung einer anlage und verfahren hierzu - Google Patents

Vorrichtung zur energieeffizienten steuerung einer anlage und verfahren hierzu

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EP2726945A1
EP2726945A1 EP11766956.4A EP11766956A EP2726945A1 EP 2726945 A1 EP2726945 A1 EP 2726945A1 EP 11766956 A EP11766956 A EP 11766956A EP 2726945 A1 EP2726945 A1 EP 2726945A1
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EP
European Patent Office
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components
plant
energy
state
component
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11766956.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer FÖRTSCH
Rene Graf
Frank Konopka
Jörn PESCHKE
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2726945A1 publication Critical patent/EP2726945A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/045—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using logic state machines, consisting only of a memory or a programmable logic device containing the logic for the controlled machine and in which the state of its outputs is dependent on the state of its inputs or part of its own output states, e.g. binary decision controllers, finite state controllers
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors

Definitions

  • Industrial plants also called automation systems, are used for the automated production of products and for the automated execution of processes. Depending on the requirements of the system, they are composed of many small and large components. In these components, a variety of functionalities, such as measuring, controlling, controlling, the operation of the components via interfaces and the communication between the components and the interfaces are realized.
  • the components may be individual machines, conveyor units or entire manufacturing cells with internal structure. There are also dependencies between these components, which, for example, dictate that a particular component can not be turned on or off until one or more other components are in a defined state.
  • the raising or lowering of such a complex system is a process that extends for a long period of time as well as done manually, because the ⁇ game of components is too complex to program a sequence sequence explicitly.
  • the device controls a system or egg ⁇ nen part of a system consisting of system components.
  • she comprises means for storing a structural model of the controlled plant or plant part, wherein the structural model comprises ⁇ encompassed by the system components.
  • Wei ⁇ terhin it comprises means for storing Horsmodel- len on in the system or in the part of the system included components, means for storing actually the components associated with energy or functional states and possible state transitions between the different component states, means for storing dependencies components comprised of the plant or the plant part and a decision logic based on the evaluation of the stored information.
  • additional information is used to rule Energeti ⁇ power consumptions in possible states of the system components in the calculation. May also be used for the calculation Informa ⁇ functions to the state transitions which between the possible states that can plant components occur, with this information the duration of a state transition from a first state to a second state and / or the energy requirements of the component during the state transition may include.
  • the device also called Energychaltcontrol ⁇ ler, further described. It enables the compo ⁇ nents of a plant, the possible states and building state transitions each plant component and to define the logical interdependencies and save. Under logical dependencies is understood in the following that a switching operation of at least one conditioning component further requires to ⁇ stands of other system components to control arranged a plant or a plant part. For the states and state transitions, further information has been created which will later be helpful or even necessary for switching. This information includes z. B. the power ⁇ recordings in the individual component states, as well as the times and the load curves for each state transitions in the components.
  • the Energyschaltcont ⁇ roller By knowing the dependencies between the components of the system, it is (the Energyschaltcont ⁇ roller) of the device possible to switch each component in its various states.
  • the plant in predefi ⁇ ned total states can (are made up of combinations of the states of the components) are switched. This is not only the system can on and off automatically ⁇ to, but it can also defined energy-saving stands to ⁇ in non-productive operation, so-called standby states, as well as energy-saving states in production, for example,
  • the configuration for the energy switching controller can be made by parameterization. This allows the complex logical, temporal and energy-related dependencies in the plant at the various possible
  • An advantage of the device according to the invention or the method according to the invention is therefore that there is a lot of information about the system, which then z. B. to a total Overview of the system and its current state can be used, or are available for calculation in other systems.
  • state models states and state transitions
  • n-dimensional state space By describing the dependencies, the possible paths between overall states of the system, that is to say combinations of the states of the individual components and their dependencies, within this state space are limited to the paths that can be safely reached for the system.
  • FIG. 8 shows the system from FIG. 7 with models according to the invention
  • FIG. 9 shows an exemplary system with a plurality of energy switch controllers.
  • the power switching controller contains the following functions in its interface upwards (ie to higher-level systems):
  • a communication to the higher-level systems can take place, if available. For example, on the MES 21, regarding breaks, company breaks and production plans.
  • an energy state model 332 is shown by way of example. This is already included in the component.
  • FIG. 3 shows a prior art system analogous to FIG. 2, which represents support / implementation of the prior art disconnection logic. This is accommodated in the respective plant controllers or in the controllers of the subsystems, on / off switching.
  • FIG. 4 shows an exemplary plant 12 and state model 13. This is a test plant in which small parts are filled into bottles, the bottles are checked for correct content and then emptied again.
  • the state is then changed: only in the case of state changes in the model is it necessary to switch in the real plant.
  • FIG. 13y a state model is now shown in FIG.
  • the states of the real component are shown, which, however, are advantageously further simplified for use for the energy-saving controller, to the simplified state model 13x.
  • the two states live operation and idling are as summarized, z31, to a collective state Be ⁇ drive that contains the state production release.
  • Some states are unchanged, such as "power actuation is ready," which is referred to in the model as a standby, Z32, or OFF, indicated in the other model with AUS, z35.
  • Some individual states can in turn be summarized beispielswei ⁇ se malfunction station and emergency stop.
  • the OFF state here describes the lowest Energyni ⁇ veau, from which the system can be switched on again.
  • UNDEFINED refers to all system states from which automatic switching may not take place.
  • the STANDBY states are characterized by a lower power consumption than in the operating state.
  • Figure 7 is provides for the exemplary system a possible Ag ⁇ gregierung of components of the system into subsystems ones shown,. There are multi-level hierarchies possible depen ⁇ pendencies can be inherited through multiple levels.
  • FIG. 8 shows the plant from FIG. 7 with state models according to the invention, in particular for aggregate components.
  • the power switching controller In order for the power switching controller to always have an overview of the dependencies of the components of a system in order to be able to switch them in a coordinated manner, it is necessary for it to be sufficiently high in the hierarchy of the components. However, it is possible to equip parts of a plant (eg a machine or a line) that are relatively self-sufficient - ie have only little dependency on other components outside - with their own energy switching controller, which then in turn via its own interface can be used by a higher power ⁇ switching controller. As a result, a hierarchical staggering of energy switching controllers is also possible, see FIG. 9.
  • a plant eg a machine or a line

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage, bestehend aus Anlagenkomponenten. Die Steuerung verwendet dabei ein Strukturmodell der Anlage sowie Zustandsmodelle der in der Anlage enthaltenen Komponenten. Die verwendeten Modelle umfassen dabei auch Informationen zu möglichen Zuständen, welche die Anlagen - Komponenten einnehmen können und zur jeweiligen Energieaufnahme der Komponenten in dem jeweiligen Zustand, zusammen mit weiteren Informationen zu logischen Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Komponenten in den jeweiligen energetischen Zuständen. Unter logischen Abhängigkeiten wird dabei im Folgenden verstanden, dass ein Schaltvorgang zumindest einer Anlagen - Komponente weitere Zustände anderer Anlagen - Komponenten voraussetzt, um eine Anlage oder einen Anlagenteil geordnet zu steuern. Durch die Kenntnis der Abhängigkeiten zwischen den Komponenten der Anlage ist es der Vorrichtung (dem Energieschaltcontroller) möglich, jede Komponente in ihre verschiedenen Zustände zu schalten. Damit kann auch die Anlage in vordefinierte Gesamtzustände (setzen sich zusammen aus Kombinationen der Zustände der Komponenten) geschaltet werden. Hiermit kann nicht nur die Anlage automatisch ein- und ausgeschaltet werden, sondern es können auch definierte energiesparende Zustände im Nichtproduktivbetrieb, sogenannte Standby-Zustände, sowie energiesparende Zustände im Produktivbetrieb, z.B. Teillastbetrieb, angefahren werden.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage und Verfahren hierzu
Industrielle Anlagen, auch Automatisierungsanlagen genannt, werden zur automatisierten Herstellung von Produkten und zur automatisierten Durchführung von Prozessen verwendet. Sie setzen sich, abhängig von den Anforderungen an die Anlage, aus sehr vielen kleinen und großen Komponenten zusammen. In diesen Komponenten werden die unterschiedlichsten Funktionalitäten, beispielsweise das Messen, Steuern, Regeln, die Bedienung der Komponenten über Schnittstellen und die Kommunikation zwischen den Komponenten und den Schnittstellen realisiert. Bei den Komponenten kann es sich um einzelne Maschinen, Fördereinheiten oder ganze Fertigungszellen mit innerer Struktur handeln. Zwischen diesen Komponenten bestehen auch Abhängigkeiten, die beispielsweise vorschreiben, dass eine bestimmte Komponente erst ein- oder abgeschaltet werden kann, wenn eine oder mehrere andere Komponenten sich in einem definierten Zustand befinden.
Das Hoch- oder Runterfahren einer solchen komplexen Anlage ist ein Prozess, der sich zum einen über einen langen Zeitraum erstreckt als auch manuell erfolgt, weil das Zusammen¬ spiel der Komponenten zu komplex ist, um eine Ablaufsequenz explizit zu programmieren.
Diese Umstände haben zur Folge, dass in Stillstandszeiten dieser Anlage die einzelnen Komponenten zwar nichts produzieren, aber dennoch in betriebsbereitem Zustand sind, so dass nach wie vor ein erheblicher Energieverbrauch anfällt. Untersuchungen bei Automobilproduzenten haben gezeigt, dass der Energieverbrauch einer nicht produzierenden Anlage bis zu 60% gegenüber einer Anlage im produzierenden Betrieb liegt. Hier gibt es ein sehr großes Einsparpotential. Darüber hinaus ist meist nicht bekannt, welche Komponenten in welchen Zuständen wie viel Energie verbrauchen und welche Zeiten für Zustandswechsel benötigt werden. Damit fehlt also die Voraussetzung, um beurteilen zu können, ob es sinnvoll ist bestimmte Teile der Anlage, z. B. während kurzer Pausen, abzuschalten .
Auch ein Schalten in energiesparende Zustände, z. B. Standby, wird heute nicht vorgenommen, da solche Zustände in der Anla¬ ge nicht vorgesehen und implementiert sind. Darüber hinaus würde auch ein Schalten in solche Zustände die Kenntnis über die Abhängigkeiten in der Anlage erfordern.
Stand der Technik
Es gibt bislang keine technische Lösung für dieses Problem. Die Inbetriebnahme einer Anlage erfolgt manuell durch erfah¬ renes Personal. Das Ausschalten und Einschalten von Produkti¬ onsanlagen nach der ersten Inbetriebnahme wird heute meist unterlassen, da für die manuelle Durchführung der Schaltvorgänge der einzelnen Komponenten besonderes Personal mit sehr detailliertem Wissen über die Abhängigkeiten der unterschiedlichen Komponenten untereinander und wie diese zu synchronisieren sind, notwendig ist. Wenn überhaupt, werden Anlagen nur in zu langen Nichtproduktivzeiten, zum Beispiel in Werksferien abgeschaltet. Das Wiedereinschalten der Anlage dauert dann teilweise viele Stunden und kann nur von einigen wenigen Personen durchgeführt werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, für die oben genannten Probleme eine Lösung anzugeben und eine Vorrichtung sowie ein Verfah- ren anzugeben, welches eine automatisierte energieeffiziente Steuerung einer Anlage ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Patent¬ anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 12.
Die anmeldungsgemäße Vorrichtung steuert eine Anlage oder ei¬ nen Teil einer Anlage, bestehend aus Anlagenkomponenten. Sie umfasst Mittel zur Speicherung eines Strukturmodells der zu steuernden Anlage oder des Anlagenteils, wobei das Struktur¬ modell aus von der Anlage umfassten Komponenten besteht. Wei¬ terhin umfasst sie Mittel zur Speicherung von Zustandsmodel- len zu den in der Anlage oder in dem Anlagenteil umfassten Komponenten, Mittel zur Speicherung von tatsächlich den Komponenten zugeordneten energetischen oder funktionalen Zuständen sowie möglichen Zustandsübergängen zwischen den einzelnen Komponentenzuständen, Mittel zur Speicherung von Abhängigkeiten zwischen von der Anlage oder dem Anlagenteil umfassten Komponenten und eine Entscheidungslogik auf Basis der Auswertung der gespeicherten Informationen.
Das anmeldungsgemäße Verfahren zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage, bestehend aus Anlagenkomponenten mit einem gespeicherten Strukturmodell der zu steuernden Anlage oder des Anlagenteils, zumindest ei¬ nem gespeicherten Zustandsmodell von zumindest einem in der Anlage oder in dem Anlagenteil umfassten Komponenten, möglichen energetischen oder funktionalen Zustände der Komponenten, sowie möglichen Zustandsübergängen zwischen den einzelnen Komponentenzuständen, und gespeicherten Abhängigkeiten zwischen von der Anlage oder dem Anlagenteil umfassten Komponenten wobei anhand des Strukturmodells, dem zumindest einen Zustandsmodell, den möglichen Zuständen der enthaltenen Komponenten und möglichen Zustandsübergängen zwischen den komponenteneigenen Zuständen sowie den Abhängigkeiten zwischen den Komponenten eine Berechnung einer automatisierten Steuerungsabfolge der einzelnen Anlagenkomponenten erfolgt um den jeweils möglichst energieeffizientesten Zustand der Anlage zu erreichen .
Weitere vorteilhafte Aus führungs formen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Vorteilhafterweise werden weitere Informationen zu energeti¬ schen Leistungsaufnahmen in möglichen Zuständen der Anlagenkomponenten bei der Berechnung verwendet. Ebenfalls für die Berechnung verwendet werden können Informa¬ tionen zu den Zustandsübergängen, welche zwischen den möglichen Zuständen, die Anlagenkomponenten auftreten können, wobei diese Informationen die Dauer eines Zustandsübergangs von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand und/oder den Energiebedarf der Komponente während des Zustandsübergangs umfassen können.
Die möglichen Zustände der in der Anlage oder in dem Anlagenteil umfassten Komponenten können vorteilhafterweise zumin- dest einen der folgenden Zustände einnehmen:
- Ein
- Aus
- Ruhezustand
- Teillast
- Volllast
- Leerlauf.
Weitere Informationen zur Berechnung einer vorteilhaften Steuerungsabfolge betreffen Abhängigkeiten zwischen den Komponenten selber, können insbesondere die jeweiligen Zustände sein, in denen sich die Komponenten befinden.
Diese Informationen können logische, zeitliche oder energeti- sehe Abhängigkeiten betreffen.
In einer weiteren Ausgestaltungsform erfolgt ein möglicher Zustandsübergang einer in der Anlage oder in dem Anlagenteil umfassten Komponente automatisch, insbesondere angesteuert durch einen Zeitgeber.
Die Vorrichtung zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage weist weiterhin vorteilhafter Weise zumindest eine Schnittstelle zur Kommunikation mit zu- mindest einer zu steuernden Anlagenkomponente auf. Die zumin¬ dest eine Schnittstelle kann zur Informationsabfrage von der zumindest einen zu steuernden Anlagenkomponente verwendet werden . Über die zumindest eine Schnittstelle werden in einer weite¬ ren vorteilhaften Ausgestaltung die Steuerungsbefehle an die zu steuernden Anlagenkomponenten weiter gegeben.
Es wird möglichst über Standardschnittstellen kommuniziert, (z. B. zukünftige Erweiterungen von PROFIenergy) mit der Anlage - d. h. mit den Komponenten, die zu der Anlage gehören. Über diese Schnittstellen zu den Komponenten ist es möglich, die jeweiligen Komponenten in unterschiedliche Zustände zu versetzen. Jede Komponente kann mehrere unterschiedliche Zu¬ stände - abhängig von der Pro ektierung - besitzen (z. B. ausgeschaltet, verschieden Standby-Zustände, verschiedene Synchronisationszustände, Betriebsbereit, Betriebsfreigabe u. v.m. ) .
Die Vorrichtung umfasst vorteilhafterweise zumindest eine weitere Schnittstelle zur Kommunikation mit zumindest einem überlagerten System, bei dem es sich insbesondere um ein Fertigungsmanagementsystem (MES), Produktionsleitsystem, Prozes- süberwachungs- und Steuerungssystem (SCADA) , Störungsmanage¬ mentsystem, Materialführungssystem oder ein Lastmanagementsystem handelt.
Die Berechnung der automatisierten Steuerungsabfolge durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt vorteilhafterweise durch Anwendung von Algorithmen der Graphentheorie.
Im folgenden wird die Vorrichtung, auch Energieschaltcontrol¬ ler genannt, weiter beschrieben. Er ermöglicht es die Kompo¬ nenten einer Anlage, die möglichen Zustände und Zustandsüber- gänge je Anlagen-Komponente und die logischen Abhängigkeiten untereinander zu definieren und zu speichern. Unter logischen Abhängigkeiten wird dabei im Folgenden verstanden, dass ein Schaltvorgang zumindest einer Anlagen-Komponente weitere Zu¬ stände anderer Anlagen-Komponenten voraussetzt, um eine Anlage oder einen Anlagenteil geordnet zu steuern. Für die Zustände und Zustandsübergänge weitere Informationen angelegt, die später zur Schaltung hilfreich oder gar notwendig sind. Diese Informationen umfassen z. B. die Leistungs¬ aufnahmen in den einzelnen Komponenten-Zuständen, sowie die Zeiten und die Lastverläufe für jeweiligen Zustandsübergänge in den Komponenten.
Durch die Kenntnis der Abhängigkeiten zwischen den Komponenten der Anlage ist es der Vorrichtung (dem Energieschaltcont¬ roller) möglich, jede Komponente in ihre verschiedenen Zustände zu schalten. Damit kann auch die Anlage in vordefi¬ nierte Gesamtzustände (setzen sich zusammen aus Kombinationen der Zustände der Komponenten) geschaltet werden. Hiermit kann nicht nur die Anlage automatisch ein- und ausgeschaltet wer¬ den, sondern es können auch definierte energiesparende Zu¬ stände im Nichtproduktivbetrieb, sogenannte Standby-Zustände, sowie energiesparende Zustände im Produktivbetrieb, z.B.
Teillastbetrieb, angefahren werden.
Die Werte für diese Informationen können auf folgende Weisen ermittelt werden:
- Angaben in der Projektierung, oder
- über eine Systeminitialisierung, oder
- durch permanentes Ermitteln zur Laufzeit, und damit gegebe¬ nenfalls notwendiges Nachjustieren der Werte in den Einstel¬ lungen .
Die Projektierung für den Energieschaltcontroller kann durch eine Parametrierung vorgenommen werden. Dies ermöglicht, die komplexen logischen, zeitlichen und energietechnischen Abhängigkeiten in der Anlage bei den verschiedenen möglichen
Schaltvorgängen einfach zu definieren und damit beherrschbar zu machen.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher, dass viele Auskünfte über die Anlage vorliegen, die dann z. B. zu einer Gesamt- Übersicht der Anlage und deren aktuellem Zustand genutzt wer den können, oder auch zur Berechnung in anderen Systemen zur Verfügung stehen.
Die Definition der Zustandsmodelle (Zustände und Zustands- übergänge) aller Komponenten in einer Anlage und deren mögli che Kombinationen legt einen n-dimensionalen Zustandsraum fest. Durch die Beschreibung der Abhängigkeiten werden die möglichen Pfade zwischen Gesamtzuständen der Anlage, also di Kombinationen aus den Zuständen der Einzelkomponenten und de ren Abhängigkeiten, innerhalb dieses Zustandsraumes auf die für die Anlage sicher erreichbaren Pfade eingeschränkt.
Mit bekannten Algorithmen der Graphentheorie (beispielsweise durch Beschreibung als CSP - Constraint-Satisfaction-Problem z. B. mittels Minimal-Conflict-Heuristik oder Backtracking) können nun sinnvolle Pfade unter verschiedenen Kriterien aus gewählt werden, z.B. schnellster Pfad, oder energetisch bester Pfad. Darüber hinaus muss das System in der Lage sein, dynamisch auf Abweichungen im ursprünglichen Plan zu reagieren, die sich bei der Ausführung des Pfaddurchlaufs ergeben. Dies können sowohl Abweichungen der Istwerte von den Planwer ten, z.B. längere Schaltdauer als geplant, sein als auch Änderungen der Vorgabewerte, z.B. Schwellwerte für die Leis¬ tungsaufnahme .
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
FIG 1 eine Übersicht über einen Energieschaltcontroller mit
Schnittstellen,
FIG 2 ein System mit Teilanlage
FIG 3 ein zu Figur 2 analoges System nach dem Stand der
Technik,
FIG 4 ein beispielhaftes Anlagen- und Zustandsmodell ,
FIG 5 ein beispielhaftes Zustandsmodell,
FIG 6 ein Zustandmodell mit Abhängigkeiten, FIG 7 eine beispielhafte Anlage,
FIG 8 die Anlage aus Fig 7 mit erfindungsgemäßen Modellen, FIG 9 eine beispielhafte Anlage mit mehreren Energieschalt¬ controllern .
Der erfindungsgemäße Energieschaltcontroller erlaubt es, eine Anlage oder Anlagenteile automatisch in verschiedene Be¬ triebs- und Nichtbetriebszustände zu schalten, sowohl für die Anlage als Ganzes als auch für ihre einzelnen Komponenten. Da der Energieschaltcontroller auch Informationen über die
Schaltzeiten der einzelnen Zustandsübergänge, sowie die Energieverbräuche in Zuständen und Zustandsübergängen hat, ist es ihm möglich, auch komplexe Anfragen so zu verarbeiten, dass die Anlage in die energetisch günstigsten Zustände geht und dabei sichergestellt ist, dass sie bei Bedarf auch wieder verfügbar ist. So enthält der Energieschaltcontroller in seiner Schnittstelle nach oben (also zu übergeordneten Systemen) unter anderem folgende Funktionen:
• Schalte die Anlage/einen Anlagenteil zu einer vorbestimmten Uhrzeit für eine bestimmte Zeit in den energetisch günstigs¬ ten Zustand, beispielsweise jede Nacht oder am Wochenende.
• Schalte die Anlage/einen Anlagenteil in den energetisch günstigsten Zustand, in dem jedoch sichergestellt ist, dass die Anlage binnen einer bestimmten Zeit wieder in den Produk- tivbetrieb geschalten werden kann, beispielsweise während ei¬ ner Produktionspause.
• Schalte die Anlage/einen Anlagenteil in einem Zustand (pro¬ duktiv oder nicht-produktiv) , in dem sie einen bestimmten Energieverbrauch nicht überschreitet.
· Schalte die Anlage / einen Anlagenteil ab oder ein, bei zeitlich variabler Nichtnutzung, insbesondere auch bei unge- planten Ereignissen wie Störungen, Materialengpässen oder bei Nichtverfügbarkeit von Ressourcen. Das Auftreten und die Dau¬ er einer solchen Situation ist häufig nicht genau vorherzuse- hen, anzugeben oder kann erst zu einem späteren Zeitpunkt präzisiert werden. Figur 1 zeigt eine Übersicht über die erfindungsgemäße Vor¬ richtung 1. Dargestellt sind die generischen Funktionen der eigentlichen Steuerung, Entscheidungslogik, die die Berechnung ihrer Steuerungsbefehle basiert auf dem Aufbau der zu steuernden Anlagen ( teile ) , Strukturmodell der Anlage, und dem oder den Zustandsdefinition der jeweiligen Bestandteile, Allgemeines Zustandsmodell 1-4. Weitere Informationen können vorliegen über Zustandsübergänge, 17, Abhängigkeiten, 18, und weitere Informationen zu den Übergängen, 19, 19' .
Der Energieschaltcontroller ESC, 1, kann durch viele andere Systeme genutzt werden. Hierfür weist er eine geeignete
Schnittstelle zu überlagerten Systemen auf, 14.
Ein paar mögliche Beispiele für solche Systeme sind:
· Ein Produktsplanungssystem, 21, und ein MES-System wissen über Pausenzeiten und Betriebsruhen Bescheid. Sie nutzen den Energieschaltcontroller, 1, um für die bekannten Pausen in den energetisch besten Zustand zu schalten und gleichzeitig sicherzustellen, dass die Anlage wieder verfügbar ist, wenn sie wieder benötigt wird.
• Ein Störungsmanagement weiß, dass durch die Störung eines Anlagenteils andere Anlagenteile zurzeit nicht mehr benötigt werden, da sie z. B. keine Teile mehr geliefert bekommen. Nun kann das Störungsmanagement mithilfe des Energieschaltcont- rollers diese nicht benötigten Anlagenteile in einen energie¬ sparenden Standby-Zustand schicken. Voraussichtlich muss dabei sichergestellt werden, dass die Anlagenteile in einer be¬ stimmten Zeit "wiedererweckt", also in den Produktivbetrieb zurückgeschaltet werden können.
· Ein Lastmanagementsystem, 23, oder zukünftig auch ein De- mand-Response-Controller mit Verbindung zu einem Smart Grid, sollen zur Lastspitzenregelung Teile der Anlage ab- oder in Standby-Zustände schalten können. Hierzu können diese Systeme zuerst durch den Energieschalt¬ controller 1 ermitteln, in welchen Zuständen und mit welcher Leistungsaufnahme die Anlage und ihre Komponenten aktuell laufen. Außerdem kann er ermitteln, in welche Zustände (pro- duktiv oder nicht-produktiv) sich die einzelnen Komponenten schalten lassen. Mit Hilfe von Vorgaben (die natürlich auch die vom Energieschaltcontroller ermittelbaren Abhängigkeiten berücksichtigen) kann das Lastmanagementsystem nun den Ener- gieschaltcontroller auffordern, die Gesamtanlage oder Teile davon in energiesparende Zustände (produktiv oder nichtpro¬ duktiv) zu fahren.
• Ein Materialführungssystem weiß, dass durch unterschiedliche Geschwindigkeiten und Puffer in der Anlage, oder durch redundante Anlagenteile manche Anlagenteile nur zeitweise verwendet werden. Da es auch weiß, wann und wie lange diese Anlagenteile verwendet werden bzw. nicht verwendet werden, können solche Teile (müssen natürlich als Komponenten im Energieschaltcontroller modelliert sein) über den Energie- schaltcontroller für die Zeit der NichtVerwendung in den energetisch günstigsten Zustand geschalten werden. Auch könnten solche Anlagenteile in Teilbetriebszustände, z. B. lang¬ samere Produkten, geschalten werden. Eine entsprechende Steuerung der betroffenen Anlagen / Anlagenteile / Komponenten 31, 32, 33, 34 erfolgt dann über anlagenspezifische Schnittstellen, 15. Spezifische Anpassungen sind erforderlich. Die Anbindung der Komponenten ist auf verschiedene Art und Weise möglich, beispielhaft sind hier vier verschiedene Möglichkeiten dargestellt:
• mittels spezifischem programmierten Zugriff auf die Komponente PLC1,
• über ein standardisiertes Kommunikationsprotokoll OPC UA
• mit direktem Zugriff - Funktionsblock)
· zusätzlich zum allgemeinen Zustandsmodell kann auch noch ein lokales Zustandsmodell auf der Komponente, PLC4, hinter¬ legt sein.
FIG 2 stellt ein System mit Teilanlage dar, gemäß dem Vor- richtungsanspruch . Als weiterer Vorteil kann die standardisierte Schnittstelle von Ab-/und Zuschaltfunktion auf Cont¬ rollerebene (beispielsweise über eine ProfiEnergy Schnitt¬ stelle Vx) angesehen werden. Die Parametrierung des Energy- Schalt-Controllers ESC, wie weiter unten beschrieben, führt dazu, dass bei Veränderung der Gegebenheiten in der Anlage das Programm selber nicht oder nur minimal geändert werden muss, sondern lediglich die Parametrierung, also die Defini- tionen der Modelldefinitionen der Anlage und / oder der Komponenten und oder der Zustände und Zustandsübergänge der An¬ lage/Anlagenteile. Dort, 101, wird unter anderem das Monito¬ ring und die Parametrierung durchgeführt. Weiterhin wird hier jede Änderung, die beispielsweise bei einem Geräteaustausch erforderlich ist, eingegeben, sowie eine mögliche Handbedie¬ nung .
Über die Schnittstelle, 4, kann eine Kommunikation zu den übergeordneten Systemen erfolgen, soweit vorhanden. Bei- spielsweise zu dem MES 21, bezüglich Pausen, Betriebsruhen und Fertigungsplänen. Das Störungsmanagement 24, und das Lastmanagement 23 zur Abschaltung bei Lastspitzen.
In der einen dargestellten Komponente, Maschine2, ist bei- spielhaft ein Energiezustandsmodell 332 eingezeichnet. Dieses ist in der Komponente bereits enthalten.
Figur 3 zeigt ein zu Figur 2 analoges System nach dem Stand der Technik, welches eine Unterstützung / Implementierung der Ab-/Zuschaltlogik nach dem Stand der Technik darstellt. Diese ist bei den jeweiligen Anlagencontrollern oder in den Controllern der Teilanlagen untergebracht, An-/Abschalten .
Nachteilig bei dieser Lösung, welche auch über proprietäre Schnittstellen verfügt, ist, dass die Realisierung in der Re- gel anlagenspezifisch geschieht, also mit jeder neuen Anlage oder Änderung in einer bestehenden Anlage eine neue Realisierung umgesetzt werden muss. Diese Lösung weist also geringe Flexibilität bei Änderungen oder Erweiterungen auf. Es ist auch nur eine sehr grobe Einschätzung des Energiebe¬ darfs über die gesamte Anlage möglich, spätere Änderungen und neuere Meßergebnisse können nicht mehr oder nur mit sehr gro¬ ßem Aufwand berücksichtigt werden. Die Figur 4 zeigt ein beispielhaftes Anlagen- 12 und Zu- standsmodell 13. Dabei handelt es sich um eine Testanlage, in der Kleinteile in Flaschen gefüllt, die Flaschen auf richti- gen Inhalt überprüft und dann wieder geleert werden.
Das Anlagenmodell beschreibt dabei die zahlreichen Teilkompo¬ nenten inklusive den Abhängigkeiten, die im Folgenden kurz aufgezählt werden:
TS - Transportsystem
LK - Lager / Kommisionierung
Dl - Verdeckelungsstation
D2 - Entdeckelungsstation
AF - Abfüllstation
EL - Entleerungsstation
FP- Flaschenpicker
Pl/2 - PrüfStation 1 und 2.
Das Zustandsmodell der Anlage ist daneben angezeigt, es ist als Graph dargestellt, mit den beispielhaften Zuständen AUS, Betriebsbereit, Produktionsfreigabe, Standby, Sync Zustand und Undefined. Mit Pfeilen sind dabei die möglichen Zustands- übergänge angezeigt, der Zustand Betriebsbereit ist mehrfach vorhanden, für jeden Anlagenteil.
Die Verbindung von dem Modell zur Anlage geschieht wie folgt: Zunächst wird der Zustand ausgelesen. Die realen Zustandsinformationen werden auf Zustände im Modell abgebildet. Dies ist in Figur 5 noch näher erläutert.
In einem zweiten Schritt wird der Zustand dann geändert: nur bei Zustandsänderungen im Modell ist ein Schalten in der rea- len Anlage erforderlich.
Basierend auf dieser Beispielanlage ist nun in Figur 5 ein Zustandsmodell aufgezeigt. Auf der rechten Seite 13y sind die Zustände der realen Komponente dargestellt, welche jedoch für die Verwendung für den Energiesparcontroller vorteilhafter- weise noch vereinfacht werden, zu dem vereinfachten Zustandsmodell 13x. Es werden zum Beispiel die beiden Zustände Produktivbetrieb und Leerlauf zusammengefasst , z31, zu einem Sammelzustand Be¬ trieb, der den Zustand Produktionsfreigabe enthält. Manche Zustände werden unverändert übernommen, beispielsweise „Auto- matik bereit" der im Modell als Standby bezeichnet wird, Z32, oder AUSGESCHALTET, welche im anderen Modell mit AUS bezeichnet ist, z35. Im realen Anlagenmodell können auch mehrere Einzelzustände wiederum zusammengefasst werden, beispielswei¬ se STÖRUNG STATION und NOTHALT.
Der Zustand AUS beschreibt dabei das niedrigste Energieni¬ veau, aus dem das System wieder eingeschaltet werden kann. Dagegen bezeichnet UNDEFINED alle Systemzustände, aus denen nicht mehr automatisch geschaltet werden darf. Die STANDBY Zustände zeichnen sich durch eine geringere Leistungsaufnahme als im Betriebszustand aus.
In Figur 6 ist das Zustandmodell 13x aus Figur 5 ausgeführt für den Anlagenteil Transportsystem NTS, Z2, mit ergänzenden Voraussetzungen und Abhängigkeiten versehen. Bedingung 1, Bedl, beschreibt einen Ubergang von AUTOMATIK nach AUTOMATIK BEREIT der Verdeckelungs- bzw. Entdeckelungsstation . Bedingung 2, Bed2, legt unter anderem fest, in welchem Zustand die Anlagenkomponenten sein müssen, bevor die Anlagenkomponente Transportsystem NTS ausgeschaltet werden darf. Umgekehrt legt Bedingung 3, Bed3, fest, welche Stationen wieder eingeschaltet sein müssen, bevor das Transportsystem wieder eingeschaltet werden darf.
In Figur 7 ist für die beispielhafte Anlage eine mögliche Ag¬ gregierung von Komponenten der Anlage in Teilanlagen darge- stellt. Es sind dabei mehrstufige Hierarchien möglich, Abhän¬ gigkeiten können über mehrere Ebenen vererbt werden.
Figur 8 zeigt die Anlage aus Figur 7 mit erfindungsgemäßen Zustandsmodellen insbesondere für Aggregatkomponenten.
Die allgemeinen Modelle werden mit Abläufen und Zugriffen in der Anlage verknüpft, AVer. Zustandsaggregationen zeigen Schaltreihenfolgen auf allgemeinen Modellen der Subebene (n) . Es können nach Bedarf einfache Regeln gebildet werden, bei- spielsweise: „Wenn alle unterlagerten Komponenten den Zustand AUS eingenommen haben, dann ist die aggregierte Komponente ebenfalls im Zustand AUS. Auch komplexere Entscheidungen sind möglich, so dass eine Kombination von ausgewählten Zuständen in den Einzelkomponenten einen STA DBY Zustand in der aggregierten Komponente ergeben. Auch bei aggregierten Komponenten können die jeweiligen Abhängigkeiten und Zustandsänderungsbe- dingungen festgelegt werden. Entsprechende Definitionen können dem Bedien-Personal bei der Festlegung gegebenenfalls mit Unterstützung durch ein geeignetes Werkzeug zur Auswahl angeboten werden.
Damit der Energieschaltcontroller immer den Überblick über die Abhängigkeiten der Komponenten einer Anlage haben muss, um diese koordiniert schalten zu können, ist es notwendig, dass er sich in der Hierarchie der Komponenten jeweils hoch genug befindet. Wohl aber ist es möglich, Teile einer Anlage (z. B. eine Maschine oder eine Linie), die für sich relativ autark funktionieren - also nur geringe Abhängigkeiten zu an- deren Komponenten außerhalb haben - mit einem eigenen Energieschaltcontroller auszustatten, der dann wiederum über seine eigene Schnittstelle von einem übergeordneten Energie¬ schaltcontroller verwendet werden kann. Hierdurch ist auch eine hierarchische Staffelung von Energieschaltcontrollern möglich, siehe Figur 9.
Bezugs zeichenliste
ESC Energieschaltcontrol1er
FB Fumktionsblock
MES Manufacturing Execution System
AF Abfüllstation
Dl VerdeckelungsStation
D2 EntdeckelungsStation
EL EntleerungsStation
FP Flaschenpicker
LK Lager / Kommissionierung
Px PrüfStation
TS TransportSystem
OPC UA OPC Unified Architecture
PLC Programmable Logic Controller, Speicherprogrammierbare
Steuerung
SCADA Supervisory Control and Data Acquisition

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage (Anlage) , bestehend aus Anlagenkomponenten, mit
- Mitteln zur Speicherung eines Strukturmodells (12) der zu steuernden Anlage oder des Anlagenteils, bestehend aus von der Anlage umfassten Komponenten (31, ..34),
- Mitteln zur Speicherung von zumindest einem Zustandsmo- dell (Allgemeines Zustandsmodell 1 -4, 13a, ..13d) der in der Anlage oder in dem Anlagenteil umfassten Kompo¬ nenten ( 31 , ..34 ) ,
- Mittel zur Speicherung von tatsächlich den Komponenten zugeordneten energetischen oder funktionalen Zuständen sowie möglichen Zustandsübergängen (17) zwischen den einzelnen Komponentenzuständen,
- Mittel zur Speicherung von Abhängigkeiten (18) zwischen von der Anlage oder dem Anlagenteil umfassten Komponenten ( 31 , ..34 ) , und
- eine Entscheidungslogik (11) zur Auswertung der gespeicherten Informationen.
2. Vorrichtung zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage (Anlage) oder eines Teils einer Anlage gemäß Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
weitere Informationen (19) gespeichert sind zu möglichen Zu¬ ständen, die Anlagenkomponenten einnehmen können, bezüglich der energetischen Leistungsaufnahme der Komponente in einem Zustand.
3. Vorrichtung zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage gemäß Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
weitere Informationen (19') gespeichert sind zu den Zustands¬ übergängen, welche zwischen den möglichen Zuständen, die Anlagenkomponenten einnehmen können, auftreten können, und diese Informationen die Dauer eines Zustandsübergangs von ei¬ nem ersten Zustand in einen zweiten Zustand und/oder die energetische Leistungsaufnahme der Komponente während des Zu¬ standsübergangs umfassen.
4. Vorrichtung zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage gemäß einem der vorherigen Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
weitere Informationen gespeichert sind zu Abhängigkeiten zwischen den Komponenten, insbesondere den jeweiligen Zuständen, in denen sich die Komponenten befinden.
5. Vorrichtung zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage gemäß Patentanspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die weitere Informationen, die gespeichert sind zu Abhängig¬ keiten zwischen den Komponenten, logische, zeitliche oder energetische Abhängigkeiten betreffen.
6. Vorrichtung zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage gemäß einem der vorherigen Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung zumindest eine Schnittstelle (15) umfasst zur Kommunikation mit zumindest einer zu steuernden Anlagenkomponente (31, 32, 33, 34) .
7. Vorrichtung zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage gemäß Patentanspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine Schnittstelle (15) zur Informationsabfrage von der zumindest einen zu steuernden Anlagenkomponente (31, 32, 33, 34) verwendet wird.
8. Vorrichtung zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage gemäß Patentanspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Schnittstelle (15) zur Abgabe von Steue¬ rungsbefehlen an die zumindest eine zu steuernden Anlagenkomponente (31, 32, 33, 34) verwendet wird.
9. Vorrichtung zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage gemäß einem der vorherigen Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung zumindest eine Schnittstelle umfasst zur Kom- munikation mit zumindest einem überlagertem System (14), insbesondere ein Fertigungsmanagementsystem (21, MES), Produktionsleitsystem, Prozessüberwachungs- und Steuerungssystem (22, SCADA) oder ein Lastmanagementsystem (23) .
10. Vorrichtung zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage gemäß einem der vorherigen Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die möglichen Zustände der in der Anlage oder in dem Anlagenteil umfassten Komponenten zumindest einen der folgenden Zustände umfassen:
- Ein
- Aus
- Ruhezustand
- Teillast
- Volllast
- Leerlauf.
11. Vorrichtung zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage gemäß einem der vorherigen Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein möglicher Zustandsübergang einer in der Anlage oder in dem Anlagenteil umfassten Komponente automatisch erfolgt, insbesondere angesteuert durch einen Zeitgeber.
12. Verfahren zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage (Anlage) oder eines Teils einer Anlage, bestehend aus Anla¬ genkomponenten (31, 32, 33, 34), mit
- einem gespeicherten Strukturmodell (12) der zu steuern- den Anlage oder des Anlagenteils, bestehend aus von der
Anlage umfassten Komponenten (Komponentel , ...),
- zumindest einem gespeicherten Zustandsmodell (13a,
...13d) von zumindest einem in der Anlage oder in dem Anlagenteil umfassten Komponenten (Komponentel, 2, 3, 4) ,
- möglichen energetischen oder funktionalen Zustände der Komponenten, sowie möglichen Zustandsübergängen zwischen den einzelnen Komponentenzuständen, und
- gespeicherten Abhängigkeiten zwischen von der Anlage
oder dem Anlagenteil umfassten Komponenten (Komponentel,
... )
bei dem anhand des Strukturmodells, dem zumindest einen Zustandsmodell, den möglichen Zuständen der enthaltenen Komponenten und möglichen Zustandsübergängen zwischen den komponenteneigenen Zuständen sowie den Abhängigkeiten zwischen den Komponenten eine Berechnung einer automatisierten Steuerungsabfolge der einzelnen Anlagenkomponenten erfolgt (31, 32, 33, 34) um den jeweils energieeffizientes¬ ten Zustand der Anlage zu erreichen.
13. Verfahren zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage (Anlage) oder eines Teils einer Anlage gemäß Patentanspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Berechnung der Steuerung weitere Informationen (19) über die energetische Leistungsaufnahme der Komponente in einem bekannten Zustand berücksichtigt.
14. Verfahren zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage gemäß Patentanspruch 12 oder
13,
dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Steuerung weitere Informationen (19') über die Zustandsübergänge, welche zwischen den möglichen Zustän¬ den, die Anlagenkomponenten einnehmen können, auftreten können, berücksichtigt wobei
diese Informationen die Dauer eines Zustandsübergangs von ei¬ nem ersten Zustand in einen zweiten Zustand und/oder die energetische Leistungsaufnahme der Komponente während des Zu¬ standsübergangs umfassen.
15. Verfahren zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage gemäß einem der vorherigen Patentansprüche 12 - 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Berechnung der Steuerung weitere Informationen verwendet zu Abhängigkeiten zwischen den Komponenten, insbesondere den jeweiligen Zuständen, in denen sich die Komponenten befinden.
16. Verfahren zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage gemäß Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass
die zur Berechnung der Steuerung verwendeten weiteren Informationen logische, zeitliche oder energetische Abhängigkeiten zwischen den Komponenten betreffen.
17. Verfahren zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage gemäß einem der vorherigen Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerung erfolgt durch Kommunikation mit zumindest einer zu steuernden Anlagenkomponente (31, 32, 33, 34) über zumindest eine anlagenspezifische Schnittstelle (15) .
18. Verfahren zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage gemäß Patentanspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass
über die zumindest eine Schnittstelle (15) Informationen von der zumindest einen zu steuernden Anlagenkomponente (31, 32, 33, 34) abgefragt werden.
19. Verfahren zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage gemäß Patentanspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass
Steuerungsbefehle an die zumindest eine zu steuernden Anla¬ genkomponente (31, 32, 33, 34) über die zumindest eine
Schnittstelle (15) abgegeben werden.
20. Verfahren zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage gemäß einem der vorherigen Patentansprüche 12 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Kommunikation mit zumindest einem überlagertem System (2) erfolgt, über zumindest eine zweite Schnittstelle (14), insbesondere mit einem Fertigungsmanagementsystem (21, MES), Produktionsleitsystem, Prozessüberwachungs- und steuerungs- system (22, SCADA) oder einem Lastmanagementsystem (23) .
21. Verfahren zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage gemäß einem der vorherigen Patentansprüche 12 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, dass
die möglichen Zustände der in der Anlage oder in dem Anlagenteil umfassten Komponenten zumindest einen der folgenden Zu- stände umfassen:
- Ein
- Aus
- Ruhezustand
- Teillast
- Volllast
- Leerlauf.
22. Verfahren zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage gemäß einem der vorherigen Pa- tentansprüche 12 bis 21,
dadurch gekennzeichnet, dass ein möglicher Zustandsübergang einer in der Anlage oder in dem Anlagenteil umfassten Komponente automatisch erfolgt, insbesondere angesteuert durch einen Zeitgeber.
23. Verfahren zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage gemäß einem der vorherigen Patentansprüche 12 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Berechnung der automatisierten Steuerungsabfolge erfolgt durch Anwendung von Algorithmen der Graphentheorie.
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