EP2802947A1 - Verfahren und vorrichtung zur energieeffizienten steuerung einer anlage - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur energieeffizienten steuerung einer anlage

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EP2802947A1
EP2802947A1 EP12709041.3A EP12709041A EP2802947A1 EP 2802947 A1 EP2802947 A1 EP 2802947A1 EP 12709041 A EP12709041 A EP 12709041A EP 2802947 A1 EP2802947 A1 EP 2802947A1
Authority
EP
European Patent Office
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component
components
energy
state
time
Prior art date
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Ceased
Application number
EP12709041.3A
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English (en)
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Inventor
Michael Dallmann
Jörn PESCHKE
Christiane Gast
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • 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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    • G05B15/02—Systems controlled by a computer electric
    • G—PHYSICS
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    • 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
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/41865—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM] characterised by job scheduling, process planning, material flow
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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
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/32—Operator till task planning
    • G05B2219/32021—Energy management, balance and limit power to tools
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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
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    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the infrastructure is shut down to a lower energy level during the non-production period at the weekend (for example, the compressed air in the systems is lowered).
  • Such interventions he ⁇ follow either manually or via simple timer programs. They are therefore verwend ⁇ bar only for longer-term breaks.
  • the infrastructure also includes a number of intelligent components (eg smoke evacuators) that work on demand (via regulations). But they also have the problem that they can not be converted to any condition in which they take a long time to reach the producti ⁇ kiln output again. They also have no information about when they have to work with which power. Thus, the potentials for saving energy can not be fully exploited.
  • intelligent components eg smoke evacuators
  • Switching controllers are forwarded in a timely manner, otherwise wrong decisions would be made due to false assumptions. There is thus a great need for a flexible system that cause the one hand, production facilities and infrastructure components when not in use in a low energy state, and return automate the other hand, these systems and component out of the ener ⁇ giearmen state to a high-energy state (pro- duction) can.
  • Another Aufga ⁇ be the invention is that the outlay on handene before ⁇ control and management systems is as low as possible.
  • a further problem to be solved is that when starting up systems not only requirements (such as, for example, running cooling) must be taken into account, but also energy peaks must be avoided. Otherwise it may happen that excessive inrush currents are required, which can trigger fuses or even cause damage.
  • the inventive method for energy-efficient control of a plant divided this into individual infrastructure and system components, wherein at least some of the components can occupy at least a first high-energy active state and a second, low-energy standby state and at least some components in the active state with each other logical dependencies (such eg
  • Compressed air supplies Component-specific time information is stored in each component and, for at least one component, further, in particular, non-component-specific time information is determined by taking into account the logical dependence on at least one further component.
  • the inventive device according to claim 11 for performing an energy-efficient control in a system consists of individual software components, each having a component-specific interface to exactly one of the infrastructure or system components, at least one interface to at least one further device for performing an energy efficient control, and
  • a system it is therefore proposed that guides the shutdown and startup in the production plant through largely au ⁇ tonom working and to be parameterized components by ⁇ .
  • Each of the infrastructure and plant components has such a system.
  • this system is able to switch off systems due to time ⁇ specifications and provide timely again.
  • the system is also able to avoid energy peaks during the startup process.
  • the specifications eg. As layer-free periods
  • this central control offers the possibility of obtaining information centrally about the states of the components or of the energy switching system and of changing the parameterization of the components. Furthermore, switching programs can be virtually run through and thus tested.
  • parameterizations can be carried out locally at the individual components of the system by the respective specialists; no knowledge of the overall system is necessary for this.
  • the required behavior for switching off and rebooting determine the components independently.
  • the determination of the further non-component-specific time information is carried out by accumulation of suitable component-specific time information.
  • the component-specific time information includes minimum while ⁇ one of the following:
  • the non-component-specific time information can be determined by the respective component automatically by communication with the known connected components, to which a logical relationship exists.
  • the dependencies on the infrastructure components can be taken into account in an advantageous manner.
  • the non-component-specific information is pre-assigned with a value, in particular equal to °°, with which it can be recognized whether a calculation has been made or not. Unless a recalculation has been done, the component is not put into a low-energy state.
  • a central controller also called order manager
  • FIG. 1 shows an exemplary plant with 3 plant components and 2 infrastructure components
  • FIG. 5 shows an example of a switch-on sequence of the system after switch-off according to FIG. 4
  • Figure 6 shows a transition from production to stand-by and back
  • Figure 7 is an example considering voltage spikes in the components
  • FIG. 8 shows an overview of an exemplary state model of a component.
  • a plant more precisely a manufacturing area, consisting of the plant components AI, A2 and A3 and the infrastructure components II and 12 "shut down" for a long period of time, that is put into a lower-energy stand-by state
  • Plant components AI and A2 require infrastructure components II during production to be able to produce, but plant component A3 requires infrastructure component 12.
  • Plant component A2 requires parts that are manufactured in plant component A3; due to a large buffer (P3), these dependencies become in the example not considered further.
  • infrastructure components may be cooling and exhaust systems, while plant components may be body manufacturing equipment (e.g., doors).
  • each of the considered components also has a lower-energy stand-by mode in which it consumes relatively less energy but can be automatically returned to "normal" production operation. If this is not the case, kei ⁇ ne switching to a low-energy mode can be done for these components as an automated recycling to the production company then is not possible.
  • the transfer to the low-energy state with shutdown and the return to production with startup of the component will be referred to below.
  • the energy management system now has a proxy V, also called a proxy, for each component. The proxy knows the logical dependencies of the component.
  • component ⁇ specific parameters such as the time that the component needs to shutdown and startup when all necessary conditions are met, and optionally a minimum residence time of the component in one assumed state.
  • the latter indicates the period of time during which the components must at least remain in order to actually save energy. This is necessary because the state transitions (from production to standby and back to production) may consume more energy than can be saved. By maintaining a minimum residence time of the component in the respective state, this can be avoided. For this purpose, an energy balance must be set up for each component and the component-specific time information determined on the basis of this.
  • proxy V Since plant and infrastructure components do not have standardized interfaces and state models, the architecture of proxy V is designed so that there is a component-specific driver layer with which the
  • the layer passes commands to shutdown and boot up to the component in a suitable form and returns states of the components in a uniform form.
  • the substitute V consists of an internal processing logic EM-SW and an interface IF to the outside, with which he can communicate with the connected (dependent) components Ax and a central administrator Z.
  • system components AI, A2, A3 which are in a low-energy state do not require any infrastructure component II, 12 (such as an exhaust system).
  • the components as shown in FIG 2 further data fields AKA1, HKA1, AKI1, HKI1, (7) to keep accumulated values that relative to the default times (eg shutdown at 22:00 clock ) contain the times at which the component is actually shut down. This is analogous to the startup process.
  • Components are dependent (eg AI), all components, on which they are dependent, their start-up times.
  • the components on which they are dependent eg, II and 12
  • HKA / HKI accumulated startup duration
  • AKA / AKI accumulated switch-off duration
  • 80 s 130 s 300 s 80 s 130 s Let's take an example in figure 4 of the order T2, in which a production-free time is shown between 12:00 and 12:09.
  • the energy management system determines which components can be put into a standby state over time so that there is energy savings.
  • II can only turn off when AI and A2 are turned off, i. H. II must wait at least 60 seconds before it can initiate the transition to stand-by mode.
  • start-up II must first start up before AI and A2 can start up, i. H. II the start-up procedure must be completed at least 100 seconds before the beginning of production (start-up value of AI), d. H. II - with reference to the production date of 12:09 - 180 + 100 seconds before, must start the acceleration process.
  • the components can autonomously decide over the accumulated times whether they can switch off or not. For this purpose, only one component per component must be formed from the totals of the shutdown time, the minimum residence time and the startup time Minimum time accumulated turn-off time + minimum stay time + accumulated startup time
  • FIG. 6 again shows the process of ramping down the system between 12:00 and 12:09, as desired.
  • the component II is not shut down, for the other components result as follows: Shutdown phase, 11, 12, 13, 15
  • Components in the production state 40, 51, 52, 53, 55.
  • Modification or extension time of 90 seconds ⁇ carried.
  • AI ramps up 90 seconds earlier, and energy spikes can be avoided.
  • automatisms are possible to determine such shifts (including possible adjustments to the minimum residence time).
  • the accumulated times are determined when the energy management system starts up. For this purpose, the components that are not a prerequisite for others are marked during parameterization.
  • the data is also passed on if a parameter changes in a component.
  • the component then passes its data according to the above method.
  • the accumulated times are known after booting.
  • a production-free time can ⁇ example, via a central entity Z (a job manager) a message to all components under consideration with data for the start and end of the break.
  • the components then independently decide when and if they shut down or start up again. Irrespective of this, each component checks prerequisites and dependencies in the processes (this is also the case without the energy management system by the components themselves). If errors occur, the shutdown and startup process for the local component is prevented - with the corresponding consequences for connected systems.
  • the components log their actions and communicate their states on request.
  • the compo ⁇ nents are initially in the "off” when no Verbin ⁇ dung to the plant still exists or no response has been made. Subsequently, the state of the component (which is determined via the driver level) is adopted or the state "Offline" is set, if the component is in an unknown state (eg fault) or the state can not be determined.
  • dependencies are to be taken into account - eg 12 may only shut down when A3 is in stand-by - A3 reports all state changes to the components on which A3 depends.
  • the components only shut down when all dependent components are already in standby and the calculated shutdown time is reached. If there are delays in the dependent components, so that the calculated time is exceeded, the Stellver ⁇ treter recalculates the situation, ie he determines whether he can still shut down and start up energy efficient in the period. If not, the order is ignored.
  • the deputy of the components have a surface - a user interface - on, on which this information can be ist ⁇ call.
  • dependent components can exchange information with each other as indicated in the example.
  • the order to which the state relates is also indicated for the state.
  • the present system is based on operational competent ⁇ to the individual components and not on national technical or technological synchronization points. This means that the system needs to perform no coordination or synchronizers ⁇ tion of start-up processes (eg. As Bustaufen, identification of master systems). This has to be done on a different level. It is expected that components will be offered by the components with which the components can be shut down or started up and the result state is reported.
  • the shutdown is not a complete shutdown, the Sys ⁇ tem must safety monitoring (eg, a Eindringüberwa chung.) Maintained for an automatic restart and needs from the "disconnected" to be woken up again (or better stand-by state). This is for example given infrastructure components that are controllable via Zeitschaltprogram me.
  • the implementation of the logic is the same for all components, only the connection to the actual real systems (call level for switching off and booting up) can be different.
  • the system can run at the control or automation level.
  • one way (for. Example, a flag) is to provide that the car ⁇ -automatic shutdown of the component inhibits, to prevent at ⁇ play, in increased wear of a component from ⁇ switching and startup processes. If there are any faults or maintenance work, the state "Offline" must be set.
  • a command is to imple ⁇ mentieren, respectively, the immediate startup
  • Shutdown triggers (from the point of view of energy management, the automation-related mechanisms are retained).
  • the latter command serves to trigger the startup or shutdown a second time in the event of a fault.
  • the system works on a timely basis only. It ermit ⁇ telt no energy values and also carries no corresponding energy considerations by. This avoids the need for complex energy balances are considered at runtime Müs ⁇ sen. Instead, a period is specified over the length of stay, which states that switching off and starting without this minimum residence time in the stand-by state makes no sense energetically.
  • the components When an order has expired, it is deleted from the memory of the components.
  • the components have a queue of jobs.
  • the energy management system according to the invention can not interpret error indication ⁇ developments of the components and should this not also. As a result, a startup command must not be repeated automatically.
  • Each component has a user interface via which the parameterization and the pending orders can be displayed and adjusted. Furthermore, commands can be given to shut down and power up the viewing component.
  • a ⁇ contract administrator be made the same action through a central office Z.
  • a central office Z There, not only for individual components, but also for plant complexes, no matter in which state they are. This means that, for example, the start-up of a production hall can be initiated later via the central location if errors have occurred during the startup process.
  • dependencies can create loops that prevent shutdown or startup (if each component depends on each one). During parameterization, this must be checked, eg. For example, when accumulated times become too high. In practice, this situation should not occur, otherwise the system itself has a problem.
  • the administrator is responsible for a group of components, such. B. all components of a hall.
  • the parameterization of the individual systems must be set up accordingly.
  • a compo ⁇ nent can only be assigned to a job manager.
  • the administrator offers the option of querying and changing the parameter settings of the components at a central location (both times and dependencies).
  • Sys ⁇ systems may determine points in time when and whether to disable in the total ⁇ complex for a given production-free time individual components or are ramp up. This is based on simple time data and no complex energy balance calculations, whereby it is easily possible to incorporate appropriate balance sheets.
  • the method considers over a minimum residence time that u. U. a higher consumption arises as can be saved.
  • the inventive system can avoid energy peaks, can be moved by a entspre ⁇ -reaching modification time in the start-up process of the start time.
  • the system provides simple interfaces to the real plant components (statuses and calls for state transitions). ge). All substitutes work in the same way, only the connection to the real component is component-specific.

Abstract

Zusammenfassend wird ein System zur Steigerung der Energieeffizienz vorgestellt, welches durch weitgehend autonom arbeitende Komponenten das Überführen von Anlagenkomplexen samt Infrastruktur in einen energiearmen Zustand und wieder zurück in die Produktion ermöglicht. Pro Anlagen- oder Infrastrukturkomponente sind nur die für diese Komponente notwendigen Parameter einzutragen. Es ist kein Gesamtverständnis des Anlagenkomplexes und der Infrastruktur notwendig.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage
Die Kosten für Energie steigen kontinuierlich und die Erzeugung von Energie wird durch die Abnahme der Rohstoffquellen immer aufwändiger und kostenintensiver. Der Energieverbrauch ist daher inzwischen zu einem wesentlichen Kriterium bei der Kaufentscheidung von Produkten geworden. Dies gilt nicht nur für Endkundenprodukte, siehe zum Beispiel die EU-weite Ein¬ führung der Energiesparlampe oder die Kennzeichnung von Haushaltsgeräten nach Energiesparklassen.
Bereits die Herstellung von Produkten soll möglichst energie¬ effizient erfolgen. Viele komplexe Anlagen der Fertigungsau¬ tomatisierung, z. B. in der Automobilindustrie, laufen auch außerhalb der Produktionszeiten, also auch an Wochenenden oder Feiertagen, durch. Es gibt kaum automatisierte Abschalt- und Hochfahrprozesse für Produktionsanlagen und Infrastrukturkomponenten wie Kühl- oder Absauganlagen.
Die Betreiber haben daher Sorge, dass das manuelle Hochfahren nicht zeitgerecht oder gar nicht funktioniert.
Stand der Technik
In einzelnen Lösungen wird die Infrastruktur beispielsweise am Wochenende in der produktionsfreien Zeit auf einen niedrigeren Energiepegel heruntergefahren (beispielsweise wird die Druckluft in den Systemen gesenkt) . Derartige Eingriffe er¬ folgen entweder manuell oder über einfache Zeitschaltprogramme. Sie sind damit nur für längerfristige Ruhepausen verwend¬ bar .
Bei der Infrastruktur gibt es auch eine Reihe von intelligenten Komponenten (z. B. Schmauchabsaugungen) , die bedarfsgesteuert arbeiten (über Regelungen) . Sie haben aber auch das Problem, dass sie in keinen Zustand überführt werden können, bei dem sie längere Zeit benötigen, um wieder die Produkti¬ onsleistung zu erreichen. Sie haben auch keine Information darüber, wann sie mit welcher Leistung arbeiten müssen. Damit sind die Potentiale zur Energieeinsparung nicht vollständig auszuschöpfen.
Aufgrund dessen sind bereits Ansätze wie der eines zentralen Energieschaltcontrollers diskutiert worden, die hierarchisch über zentrale Steuerungselemente einzelne Komponenten einer Anlage in einen energiearmen StandBy Betrieb versetzen und sie aus diesem Zustand heraus wieder aufwecken können. Diese Ansätze gehen aber davon aus, dass an einer Stelle alle benö¬ tigten Informationen wie Zustände der Komponenten, interne Abhängigkeiten, Energiedaten, etc. von allen zu überwachenden Komponenten bekannt sind.
Eine solche Situation ist bei einzelnen Maschinen und Anlagen gegeben, nicht unbedingt aber bei einer Fertigungshalle, in der mehrere Anlagen vorhanden sein können, wie beispielsweise bei der Automobilindustrie. Dort sind unter anderem verschie¬ denste Organisationen beteiligt, die die Anlagen betreuen, die Halle versorgen oder für Infrastrukturkomponenten der Halle zuständig sind. Es wäre somit technisch und organisato¬ risch sehr aufwändig, diese Information zusammenstellen.
Ferner müssen alle Änderungen der Halle an einen solchen
Schaltcontroller zeitgerecht weitergegeben werden, sonst würden aufgrund falscher Voraussetzungen falsche Entscheidungen getroffen werden. Es besteht also ein hoher Bedarf an einem flexiblen System, das einerseits Produktionsanlagen und Infrastrukturkomponenten bei Nichtbedarf in einen energiearmen Zustand überführen und andererseits diese Systeme und Komponente aus dem ener¬ giearmen Zustand wieder in einen energiereichen Zustand (Pro- duktion) automatisiert zurückfahren kann. Eine weitere Aufga¬ be der Erfindung ist es, dass der Anpassungsaufwand für vor¬ handene Steuerungen und Leitsysteme so gering wie möglich ist . Ein darüber hinaus zu lösendes Problem besteht darin, dass bei dem Hochfahren von Anlagen nicht nur Voraussetzungen (wie z. B. eine laufende Kühlung) zu berücksichtigen sind, sondern auch Energiespitzen vermieden werden müssen. Ansonsten kann es passieren, dass zu starke Einschaltströme benötigt werden, die zum Ansprechen von Sicherungen führen oder sogar Schäden verursachen können.
Beschreibung der Erfindung
Die genannten Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung nach Patentanspruch 11.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage gliedert diese in einzelne Infrastruktur- und Anlagenkomponenten, wobei zumindest einige der Komponenten zumindest einen ersten energiereichen aktiven Zustand und einen zweiten, energiearmen Bereitschaftszustand einnehmen können und bei dem zumindest einzelne Komponenten im aktiven Zustand untereinander logische Abhängigkeiten (wie z.B.
Druckluftversorgungen) aufweisen. In jeder Komponente sind komponentenspezifische Zeit-Informationen hinterlegt und für zumindest eine Komponente werden weitere insbesondere nicht komponentenspezifische Zeit-Informationen ermittelt durch Be¬ rücksichtigung der logischen Abhängigkeit zu zumindest einer weiteren Komponente.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Patentanspruch 11 zur Durchführung einer energieeffizienten Steuerung in einer Anlage, besteht aus einzelnen Software-Komponenten mit jeweils einer komponentenspezifischen Schnittstelle zu genau einer der Infrastruktur- oder Anlagenkomponenten, zumindest einer Schnittstelle zu zumindest einer weiteren Vorrichtung zur Durchführung einer energieeffizienten Steuerung, und
einer Verarbeitungslogik zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 10. Weitere Aus führungs formen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Es wird also ein System vorgeschlagen, welches das Abschalten und Hochfahren in der Produktions-Anlage durch weitgehend au¬ tonom arbeitende und zu parametrierende Komponenten durch¬ führt. Jede der Infrastruktur- und Anlagenkomponenten weist ein derartiges System auf.
Prinzipiell ist dieses System in der Lage, aufgrund von Zeit¬ vorgaben Anlagen abzuschalten und rechtzeitig wieder bereitzustellen. Das System ist auch in der Lage, Energiespitzen beim Hochfahrprozess zu vermeiden. Ergänzend dazu gibt es ei¬ ne zentrale Steuerung, also eine Art Auftragsverwalter, der Vorgaben (z. B. schichtfreie Zeiten) an die zugeordneten Komponenten weitergibt. Diese zentrale Steuerung bietet darüber hinaus die Möglichkeit, zentral Auskünfte über die Zustände der Komponenten bzw. des Energieschaltsystems zu bekommen und Parametrierungen der Komponenten zu ändern. Ferner können Schaltprogramme virtuell durchlaufen und so getestet werden.
Durch diesen Komponentenbezug können Parametrierungen lokal an den einzelnen Komponenten der Anlage durch die jeweiligen Spezialisten durchgeführt werden, es ist keine Kenntnis des Gesamtsystems dafür notwendig. Das benötigte Verhalten zum Abschalten und Wiederhochfahren ermitteln die Komponenten selbstständig .
Voraussetzung für das Verfahren ist, dass die Komponenten einen energiearmen sogenannten „Stand-By" Zustand aufweisen, aus denen sie automatisiert in den energiereichen Zustand der Produktion überführt werden können, und umgekehrt. Ferner wird davon ausgegangen, dass die Zeiten für die Zustandsüber- gänge relativ konstant sind und die Abhängigkeiten der Kompo¬ nenten untereinander nur für die Produktion bestehen, dass also beispielsweise im Stand-By Betrieb eine Anlagenkomponen¬ te wie eine Türenfertigung keine Infrastrukturkomponente wie eine Absauganlage benötigt. Weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung werden im folgenden dargelegt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Ermittlung der weiteren nicht komponentenspezifischen Zeit-Information durch Akkumulation von geeigneten komponentenspezifischen Zeit- Informationen .
Die komponentenspezifische Zeit-Information umfasst dabei zu¬ mindest einen der folgenden Werte:
- die Zeitdauer, die die Komponente benötigt, um von einem energiereichen aktiven Zustand in einen energiearmen Bereitschaftszustand zu wechseln,
- die Zeitdauer, die die Komponente benötigt, um von einem energiesparenden Bereitschaftszustand in einen energiereichen aktiven Zustand zu wechseln,
- die Zeitdauer, die die Komponente zumindest in einem dieser Zustände verbringen muss, damit ein Wechsel von einem energiereichen aktiven Zustand in einen energiearmen Zustand und wieder zurück überhaupt energetisch sinnvoll ist.
Die nicht-komponentenspezifische Zeit-Information kann von der jeweiligen Komponente selbsttätig durch Kommunikation mit den bekannten angeschlossenen Komponenten, zu denen eine lo- gische Beziehung besteht, ermittelt werden.
Bei der Berechnung der nicht-komponentenspezifischen Zeitdauer können dabei in vorteilhafter Weise zunächst die Abhängigkeiten zu den Infrastrukturkomponenten berücksichtigt werden. Weiterhin werden die nicht-komponentenspezifischen Informationen mit einem Wert - insbesondere gleich °° - vorbelegt, mit dem erkannt werden kann, ob eine Berechnung erfolgt ist, oder nicht. Sofern eine Neu-Berechnung nicht erfolgt ist, wird die Komponente nicht in einen energiearmen Zustand überführt.
Ein Auftrag zur Überführung der Anlage von einem ersten Ge- samt-Zustand der Energieaufnahme in einen zweiten geänderten Gesamt-Zustand der Energieaufnahme kann m vorteilhafter Wei¬ se erfolgen durch diese Schritte:
- Auswahl von geeigneten Komponenten durch eine zentrale Steuerung (auch Auftragsverwalter genannt) ,
- Mitteilung der geplanten Zustandsänderung an die ausgewählten Komponenten durch geeignete Steuerbefehle,
- Entscheidung über die Möglichkeit der Durchführung der Zustandsänderung durch die ausgewählten Komponenten aufgrund der in den Komponenten hinterlegten Zeit-Informationen, und
- bei positiver Entscheidung der Komponenten Durchführung der Zustandsänderung unter Berücksichtigung der bekannten Komponentenabhängigkeiten, insbesondere bei der zeitlichen Reihenfolge der Durchführung der Zu- standsänderungen .
Bei der Ermittlung der Zeitdauer und/oder bei der Durchführung der Zustandsänderung, die die Komponente benötigt, um von einem energiearmen Bereitschaftszustand in einen energiereichen aktiven Zustand zu wechseln, kann in vorteilhafter Weise auch eine Überschreitung des Durchschnittswerts der Energieaufnahme während des Zustands- wechsels mit berücksichtigt werden.
Ausführungsbeispiele
Im weiteren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Dabei zeigen die Figuren:
Figur 1 eine beispielhafte Anlage mit 3 Anlagenkomponenten und 2 Infrastrukturkomponenten,
Figur 2 die gleiche Anlagenstruktur mit komponentenspezifischer und nicht-komponentenspezifischer Zeit-Information Figur 3 das Schema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Figur 4 ein erstes Beispiel einer Abschaltreihenfolge der An¬ lage aus Figur 1,
Figur 5 ein Beispiel einer Einschaltreihenfolge der Anlage nach Abschaltung gemäß Figur 4, Figur 6 einen Übergang aus Produktion in Stand-By und zurück, Figur 7 ein Beispiel unter Berücksichtigung von Spannungsspitzen in den Komponenten und
Figur 8 eine Übersicht über ein beispielhaftes Zustandsmodell einer Komponente.
Im Beispiel von Figur 1 soll für einen längeren Zeitraum eine Anlage, genauer ein Fertigungsbereich, bestehend aus den Anlagenkomponenten AI, A2 und A3 und den Infrastrukturkomponenten II und 12 „heruntergefahren", also in einen energieärmeren Stand-By Zustand versetzt werden. Zunächst wird die
Struktur der Anlage erläutert, die Pfeile stellen dabei die logischen Abhängigkeiten der Anlagenkomponenten untereinander dar .
Die Anlagenkomponenten AI und A2 benötigen während der Produktion die Infrastrukturkomponenten II, um produzieren zu können, Anlagenkomponente A3 benötigt dagegen Infrastrukturkomponente 12. Anlagenkomponente A2 benötigt Teile, die bei Anlagenkomponente A3 gefertigt werden, aufgrund eines großen Puffers (P3) werden diese Abhängigkeiten in dem Beispiel nicht weiter betrachtet. Bezogen auf den Automobilbau können Infrastrukturkomponenten beispielsweise Kühlungen und Absauganlagen sein, während Anlagenkomponenten Anlagen zur Karosseriefertigung (z.B. Türen) darstellen.
Es wird davon ausgegangen, dass jede der betrachteten Komponenten neben einem energiereicheren Produktionsmodus auch einen energieärmeren Stand-By Modus aufweist, in dem sie relativ wenig Energie verbraucht, aber automatisiert wieder in den "normalen" Produktionsbetrieb zurückversetzt werden kann. Wenn dies nicht der Fall ist, kann für diese Komponenten kei¬ ne Umschaltung in einen energiearmen Modus erfolgen, da eine automatisierte Rückführung in den Produktionsbetrieb dann nicht möglich ist. Zur Vereinfachung wird im Folgenden das Überführen in den energiearmen Zustand mit Abschaltung und das Rückführen in die Produktion mit Hochfahren der Komponente bezeichnet. Gemäß Figur 3 weist das Energiemanagementsystem nun pro Komponente einen Stellvertreter V, auch Proxy genannt, auf. Der Stellvertreter kennt die logischen Abhängigkeiten der Komponente. Er weiß also, welche anderen Komponenten zum Hochfahren bzw. zum Betrieb vorausgesetzt werden und kennt komponen¬ tenspezifische Parameter wie die Zeit, die die Komponente zum Abschalten und Hochfahren benötigt, wenn jeweils alle notwendigen Voraussetzungen erfüllt sind, und gegebenenfalls eine Mindestverweildauer der Komponente in einem eingenommenen Zustand. Letztere gibt die Zeitdauer an, in der die Komponenten mindestens verweilen müssen, damit es zu einer tatsächlichen Energieeinsparung kommt. Dies ist notwendig, da die Zustands- übergänge (von Produktion in Stand-By und wieder in Produktion) unter Umständen mehr Energie verbrauchen als dadurch eingespart werden kann. Durch die Einhaltung einer Mindestverweildauer der Komponente in dem jeweiligen Zustand kann dies vermieden werden. Dazu ist pro Komponente eine Energiebilanz aufzustellen und anhand dieser die komponentenspezifischen Zeit-Informationen zu ermitteln.
Da Anlagen- und Infrastrukturkomponenten keine standardisierten Schnittstellen und Zustandsmodelle aufweisen ist die Architektur des Stellvertreters V so aufgebaut, dass es eine komponentenspezifische Treiberschicht gibt, mit der der
Stellvertreter eine einheitliche Zugriffsschicht auf die Kom¬ ponente AI erhält. Die Schicht gibt Befehle zum Abschalten und Hochfahren an die Komponente in geeigneter Form weiter und meldet Zustände der Komponenten in einheitlicher Form zurück. Dadurch ergibt sich folgende Architektur:
Der Stellvertreter V besteht aus einer internen Verarbeitungslogik EM-SW und einem Interface IF nach außen, mit dem er mit den verbundenen (abhängigen) Komponenten Ax sowie einem zentralen Verwalter Z kommunizieren kann.
Wesentlich ist, dass die Ebenen Schnittstelle und Verarbei¬ tungslogik für alle Komponenten A, I identisch sind und durch die Treiberebene die Möglichkeit besteht, weitgehend rückwir¬ kungsfrei diese Systeme im nachhinein auch auf bestehende An¬ lagen aufzusetzen - vorausgesetzt die Komponente lässt einen Stand-By Betrieb zu, aus dem sie automatisiert aufgeweckt werden kann.
Bezogen auf das in Figur 1 aufgeführte Beispiel bedeutet das, dass Anlagenkomponenten AI, A2, A3, die in einem energiearmen Zustand sind, keine Infrastrukturkomponente II, 12 (wie eine Absaugung) benötigen.
Die einzelnen Komponenten kennen somit ihr lokales Verhalten. Um nun eine komplexe Fertigung (z. B. eine Produktionshalle) aus der Produktion in einen Stand-By Betrieb und wieder zurück zu versetzen, müssen die Abhängigkeiten der Systemkomponenten untereinander berücksichtigt werden.
Dazu weisen die Komponenten, wie in der Figur 2 dargestellt weitere Datenfelder AKA1, HKA1, AKI1, HKI1, ...) auf, um weiterhin akkumulierte Werte zu halten, die relativ zu den Vorgabezeiten (z. B. Abschaltung um 22:00 Uhr) die Zeiten enthalten, zu denen die Komponente tatsächlich heruntergefahren wird. Analog erfolgt dies für den Hochfahrprozess .
An dem Ausführungsbeispiel in Figur 2 wird nun das Verfahren zur Berechnung akkumulierter Werte vorgestellt.
Hochfahrprozess , Überführung von einem energiearmen in einen energiereichen Zustand:
Anhand der logischen Abhängigkeiten ergeben sich Voraussetzungen für einzelne Anlagen- und Infrastruktur-Komponenten, so müssen beispielsweise die Infrastruktur-Komponenten zuerst hochgefahren werden. Komponenten, von denen keine weiteren
Komponenten abhängig sind (z. B. AI), teilen allen Komponenten, von denen sie selber abhängig sind, ihre Hochfahrzeiten mit. Dadurch wissen die Komponenten, von denen sie abhängig sind (z. B. II und 12), welche Vorlauf- und Verweilzeiten zum Hochfahren zu berücksichtigen sind und speichern diese separat zu ihren eigenen Werten. Sie geben anschließend diese Information wiederum an Komponenten weiter, von denen sie abhängig sind, etc. Diese Zeiten werden mit HKA/HKI bezeichnet (akkumulierte Hochfahrdauer) . Liegt keine derartige Informa¬ tion vor, wird in einer vorteilhaften Aus führungs form unendlich 00 angenommen. Abschaltprozess , Überführung von einem energiereichen in einen energiearmen Zustand :
Hier ist analog zum Hochfahrprozess vorzugehen. Die Komponen¬ ten, von denen keine weiteren Komponenten logisch abhängig sind, z.B. AI, teilen allen Komponenten, von denen sie selber abhängig sind, ihre Daten mit. Dadurch wissen die Komponenten, die sie versorgen (z.B. II, 12), welche Vorlaufzeiten zum Abschalten zu berücksichtigen sind und speichern diese separat zu ihren eigenen Werten. Dabei ist zu beachten, dass die Versorgungskomponenten den höchsten Wert der von ihnen direkt abhängigen Komponenten verwenden. Erst wenn die letzte abhängige Komponente abgeschaltet ist, kann auch die Versor¬ gungskomponente abgeschaltet werden. Sie geben anschließend diese Information wiederum an Komponenten weiter, von denen sie selber abhängig sind, etc. Diese Zeiten werden mit
AKA/AKI (akkumulierte Abschaltdauer) bezeichnet. Liegt keine derartige Information vor, wird unendlich 00 angenommen, d. h. es findet nie eine Abschaltung statt. Gemäß Figur 4 werden die nach dem Verfahren ermittelten akkumulierten Daten angezeigt.
AI AA1 HAI MAI AKA1 HKA1
60 s 100 s 200 s 60 s 100 s
A2
AA2 HA2 MA2 AKA2 HKA2
35 s 65 s 110 s 35 s 65 s
A3
AA3 HA3 MA3 AKA3 HKA3
80 s 130 s 300 s 80 s 130 s Betrachten wir dazu als Beispiel in Figur 4 den Auftrag T2, bei dem zwischen 12:00 und 12:09 eine produktionsfreie Zeit ausgewiesen wird. Das Energiemanagementsystem ermittelt, welche Komponenten in der Zeit in einen Stand-By Zustand versetzt werden können, so dass es eine Energieeinsparung gibt. Beispielsweise kann II erst abschalten, wenn AI und A2 abgeschaltet sind, d. h. II muss mindestens 60 Sekunden warten, bis es selber den Übergang in den Stand-By Betrieb anstoßen kann. Der Abschaltvorgang für II dauert damit 60 + 120 =180 Sek. AI kann dagegen sofort in den Stand-By Betrieb gehen, hier entspricht die Abschaltdauer der Dauer, die die Komponente selber benötigt.
Beim Hochfahren muss zunächst II hochfahren, bevor AI und A2 hochfahren kann, d. h. II der Hochfahrvorgang muss mindestens 100 Sek (Hochfahrwert von AI) vor Produktionsbeginn abgeschlossen sein, d. h. II muss - bezogen auf den Produktionstermin von 12:09 - 180 + 100 Sekunden vorher mit dem Hoch- fahrprozess beginnen.
Die Komponenten können über die akkumulierten Zeiten autonom entscheiden, ob sie sich abschalten können oder nicht. Dafür ist lediglich pro Komponente eine Mindestzeit aus den Summen der Abschaltzeit, der Mindestverweildauer und der Hochfahrzeit zu bilden Mindestzeit —Akkumulierte Abschaltzeit + Mindestverweildauer + Akkumulierte Hochfahrzeit
Es ergeben sich folgende Werte:
AI : 60 + 100 + 200 = 360 s
A2 : 35 + 110 + 65 = 210 s
A3: 80 + 300 + 130 = 510 s
11 : 180 + 240 + 280 = 700 s
12 : 110 + 95 + 185 = 390 s
Es zeigt sich sehr schnell, dass II mindestens 700 Sekunden benötigt, um in dieser Konstellation abzuschalten und wieder hochzufahren (wenn Energie eingespart werden soll) . Dies ist deutlich länger als die vorgegebene Pausenzeit von 12:00 Uhr bis 12:09 Uhr, so dass hier kein Abschaltvorgang erfolgt, wie oben dargestellt. Alle anderen Komponenten liegen von der Gesamtzeit her darunter, d. h. der Abschaltvorgang von AI, A2, A3 und 12 findet statt.
Bei dem Hochfahrprozess muss II nicht mehr betrachtet werden, da keine Abschaltung erfolgte. Vor A3 muss 12 hochgefahren werden. Die nachfolgende Figur 5 zeigt den Gesamtvorgang: Ablauf: Übergang aus Produktion in Stand-By und wieder zurück (Auftrag T2) . In dem dargestellten Beispiel der Figuren 4, 5 und 6 zeigt deutlich eine weitere Problematik. Kurz vor Produktionsbeginn fahren alle Anlagenkomponenten gleichzeitig hoch und erzeugen so Energiespitzen. Dies kann vorteilhaft vermieden werden, wenn weitere logische Abhängigkeiten zwischen den Komponenten eingetragen werden. Dann allerdings erfolgt eine sequentielle Abarbeitung der Komponenten, die evtl. nicht energieoptimal ist .
Figur 6 zeigt nochmals den Vorgang des Herunter- und wieder Herauffahrens der Anlage zwischen 12:00 Uhr und 12:09 Uhr, wie gewünscht. Nach Auswertung der vorliegenden Zeiten wird die Komponente II nicht herunter gefahren, für die anderen Komponenten ergeben sich wie folgt: Abschaltphase, 11, 12, 13, 15
Mindestverweildauer, 21 , 22, 23, 25
zusätzliche Verweildauer (Stand-By, energiearm), 31, 32, 33, 35,
Hochfahrphase, 41, 42, 43, 45
Komponenten im Zustand Produktion, 40, 51, 52, 53, 55.
Eine Alternative dazu ist die Einführung einer Modifikations¬ zeit beim Hochfahren der Komponenten, die dafür sorgt, dass der Beginn des Hochfahrprozesses einer Komponente früher er¬ folgt als unbedingt nötig. Für das Verfahren sieht es dann so aus, dass die Hochfahrzeit "länger" wird. Das nachfolgende Beispiel aus Figur 6 zeigt das Prinzip zur Vermeidung von Energiespitzen durch Modifikation des StartZeitpunkts beim Hochfahren. Für AI wird ergänzend zu der Hochfahrzeit eine
Modifikations- bzw. Verlängerungszeit von 90 Sekunden einge¬ tragen. Infolgedessen wird AI 90 Sekunden früher hochgefahren, und die Energiespitzen können so vermieden werden. Hier sind ebenfalls Automatismen möglich, um derartige Verschie- bungen zu ermitteln (incl. eventueller Anpassungen der Mindestverweildauer) .
Der Ablauf des Abschaltens und Hochfahrens wird in Figur 7 illustriert .
Die akkumulierten Zeiten werden beim Hochfahren des Energiemanagementsystems ermittelt. Dazu werden bei der Parametrie- rung die Komponenten gekennzeichnet, die nicht Voraussetzung für andere sind.
Ausgehend von diesen Komponenten werden dann die akkumulier- ten Zeiten berechnet und weitergegeben, wie im obigen Beispiel erläutert. Für die Abhängigkeiten erfolgt das Verfahren analog. AI weiß beispielsweise, dass II als Voraussetzung laufen muss. II selber weiß aber nicht (und muss auch nicht wissen) , welche Komponenten davon abhängig sind.
Die Komponenten, die von II abhängig sind, geben diese Information weiter (zusammen mit den Zeitangaben) . Komponenten, die nicht als Ausgangspunkt gekennzeichnet sind, setzen die akkumulierten Werte beim Hochfahren auf unendlich und wissen dadurch, dass eine Meldung noch aussteht.
Das Weitergeben der Daten erfolgt auch dann, wenn bei einer Komponente eine Parameteränderung erfolgt. Die Komponente gibt dann ihre Daten entsprechend dem obigen Verfahren weiter. Damit sind nach dem Hochfahren die akkumulierten Zeiten bekannt .
Wenn nun eine produktionsfreie Zeit ansteht, kann beispiels¬ weise über eine zentrale Instanz Z (einem Auftragsverwalter) eine Mitteilung an alle zu betrachtenden Komponenten mit Angaben für den Start und das Ende der Pause. Abhängig von den akkumulierten Zeiten entscheiden die Komponenten dann selbstständig, wann und ob sie abschalten bzw. wieder hochfahren. Unabhängig davon prüft jede Komponente Voraussetzungen und Abhängigkeiten bei den Prozessen (dies ist auch ohne das Energiemanagementsystem durch die Komponenten selber gegeben) . Treten Fehler auf, wird der Prozess des Herunter- und Herauffahrens für die lokale Komponente unterbunden - mit den entsprechenden Konsequenzen für verbundene Systeme. Die Komponenten protokollieren ihre Aktionen und teilen ihre Zustände auf Anfrage mit.
Zur Umsetzung verwenden die Komponenten dabei gemäß Figur 8 folgendes Zustandsmodell , in dem nicht nur Produktion und Stand-By als Zustand gehalten wird, sondern auch die Übergangsphasen :
Beim Hochfahren des Energiemanagementsystems sind die Kompo¬ nenten zunächst im Zustand "Offline", wenn noch keine Verbin¬ dung zur Anlage besteht bzw. keine Rückmeldung erfolgt ist. Anschließend wird der Zustand der Komponente (der über die Treiberebene ermittelt wird) übernommen bzw. der Zustand "Offline" gesetzt, falls die Komponente in einem unbekannten Zustand (z.B. Störung) ist oder der Zustand nicht ermittelt werden kann.
Nehmen wir an, die Komponente befindet sich im Zustand "Pro¬ duktion" . Gibt es einen Auftrag zum Energiesparen, d. h. wird eine pro¬ duktionsfreie Zeit gemeldet, werden zum StartZeitpunkt des Zeitfensters alle betroffenen Komponenten in den Zustand "Be¬ reit für Stand-By" gesetzt, sofern die Mindestzeit kleiner ist als die gemeldete produktionsfreie Zeit. Werden Komponen¬ ten dann "abgeschaltet", wechseln sie in den Zustand "Übergang zu Stand-By". Ist der energiearme Zustand erreicht, wird "Stand-By" eingetragen. Für den Übergang zum Zustand "Produktion" wird analog verfahren.
Sind Abhängigkeiten zu berücksichtigen - z.B. darf 12 erst dann herunterfahren, wenn A3 in Stand-By ist - meldet A3 alle Zustandswechsel an die Komponenten, von denen A3 abhängig ist. Die Komponenten fahren nur dann herunter, wenn alle abhängigen Komponenten bereits in Stand-By sind und der kalku- lierte Zeitpunkt zum Herunterfahren erreicht ist. Kommt es zu Verzögerungen bei den abhängigen Komponenten, so dass die kalkulierte Zeit überschritten wird, berechnet der Stellver¬ treter die Situation neu, d. h. er ermittelt, ob er noch energieeffizient in der Zeitspanne abschalten und hochfahren kann. Wenn nein, wird der Auftrag ignoriert.
Die Stellvertreter der Komponenten weisen eine Oberfläche - ein User Interface - auf, über das diese Informationen abge¬ rufen werden können. Insbesondere können abhängige Komponenten untereinander diese Informationen austauschen, wie im Beispiel angegeben.
Sind Zustände durch das Energiemanagementsystem initiiert worden, wird zum Zustand auch der Auftrag, auf den sich der Zustand bezieht, mit angegeben. Das erfindungsgemäße System basiert auf betrieblichen Zustän¬ den der einzelnen Komponenten und nicht auf internen technischen oder technologischen Synchronisationspunkten. Dies bedeutet, dass das System keine Koordination oder Synchronisa¬ tion von Hochfahrprozessen (z. B. Bustaufen, Ermittlung von Mastersystemen) durchführen muss. Dies hat auf einer anderen Ebene zu erfolgen. Es wird erwartet, dass von den Komponenten Schnittstellen angeboten werden, mit denen die Komponenten abgeschaltet bzw. hochgefahren werden können und der Ergebniszustand gemeldet wird.
Die Abschaltung ist keine vollständige Abschaltung, das Sys¬ tem muss Sicherheitsüberwachungen (z. B. eine Eindringüberwa chung) für einen automatischen Wiederanlauf aufrechterhalten und muss aus dem "abgeschalteten" (oder besser: Stand-By Zustand) wieder aufweckbar sein. Dies ist beispielsweise bei Infrastrukturkomponenten gegeben, die über Zeitschaltprogram me steuerbar sind.
Bei existierenden Anlagen wäre bei Einführung des erfindungs gemäßen Verfahrens evtl. eine Anpassung oder Erweiterung der Automatisierungs- oder Leitebene notwendig. Auf diese Weise sind aber relativ einfache Schnittstellen zu erhalten, die eine gute Chance haben, auch bei bestehenden Anlagen verwendet zu werden.
Die Umsetzung der Logik ist für alle Komponenten gleich, lediglich die Anbindung an die eigentlichen realen Systeme (Aufrufebene zum Abschalten und Hochfahren) kann unterschied lieh sein. Das System kann auf der Leit- oder Automatisierungsebene laufen.
Bei der Parametrierung von Komponenten ist vorteilhafterweis eine Möglichkeit (z. B. ein Flag) vorzusehen, dass das auto¬ matische Abschalten für der Komponente unterbindet, um bei¬ spielsweise bei erhöhtem Verschleiß einer Komponente Ab¬ schalt- und Hochfahrprozesse zu verhindern. Liegen Störungen oder Wartungsarbeiten vor, ist der Zustand "Offline" zu setzen .
Bei der Kommunikationsschnittstelle ist ein Befehl zu imple¬ mentieren, der das sofortige Hochfahren respektive
Abschalten anstößt (aus Sicht des Energiemanagements, die au tomatisierungsbedingten Mechanismen bleiben erhalten) . Letzterer Befehl dient dazu, im Falle einer Störung das Hochfahren oder Abschalten ein zweites Mal anzustoßen. Das System arbeitet ausschließlich auf Zeitbasis. Es ermit¬ telt keine Energiewerte und führt auch keine entsprechenden Energiebetrachtungen durch. Dadurch wird vermieden, dass komplexe Energiebilanzen zur Laufzeit berücksichtigt werden müs¬ sen. Stattdessen wird über die Verweildauer ein Zeitraum angegeben, der aussagt, dass das Abschalten und Hochfahren ohne diese Mindestverweildauer im Stand-By Zustand energetisch keinen Sinn macht.
Wenn ein Auftrag abgelaufen ist, wird er aus dem Speicher der Komponenten gelöscht. Die Komponenten weisen eine Queue von Aufträgen auf.
Treten Fehler beim Hochfahren auf (z. B. weil eine Person im Sicherheitsbereich ist und die Anlage deswegen nicht hochfahren darf), werden entsprechende Meldungen abgesetzt. Auswirkungen der Störung können über eine zusätzliche Visualisie¬ rungskomponente angezeigt werden (z. B. welche davon abhängi¬ gen Komponenten nicht mehr hochfahren können) .
Das erfindungsgemäße Energiemanagementsystem kann Fehlermel¬ dungen der Komponenten nicht interpretieren und soll dies auch nicht. Infolgedessen darf auch ein Hochfahrbefehl nicht automatisiert wiederholt werden.
Stattdessen werden vorteilhafterweise 2 Möglichkeiten angeboten. Jede Komponenten weist ein Bedieninterface auf, über das die Parametrierung und die anstehenden Aufträge angezeigt und angepasst werden können. Ferner kann durch sie Befehle zum Abschalten und Hochfahren der betrachtenden Komponente gegeben werden.
Alternativ kann über eine zentrale Stelle Z (einem Auftrags¬ verwalter) die gleiche Aktion erfolgen. Dort aber nicht nur für einzelne Komponenten, sondern dann auch für Anlagenkomplexe, egal in welchen Zuständen sie sich befinden. D.h. über die zentrale Stelle kann beispielsweise das Hochfahren einer Fertigungshalle nachträglich angestoßen werden, falls es beim Hochfahrprozess zu Fehlern gekommen war.
Dies kann auch prioritätsgesteuert erfolgen, d. h. anstehende Aufträge werden ignoriert und der Befehl des Auftragsverwal¬ ters vorgezogen. Treten Fehler beim Abschalten auf, verbleibt die Komponente entweder in dem Übergangszustand oder geht in den Zustand "Offline" .
Prinzipiell können durch Abhängigkeiten Schleifen entstehen, die das Abschalten oder Hochfahren verhindern (wenn jede Komponente von jeder abhängt) . Bei der Parametrierung ist dies zu prüfen, z. B. wenn akkumulierte Zeiten zu hoch werden. In der Praxis sollte diese Situation aber nicht auftreten, da ansonsten die Anlage selbst ein Problem hat.
Die einzelnen Systeme müssen nun noch ihre Aufträge erhalten. Dazu gibt es eine zentrale Instanz, die Anforderungen von au¬ ßen (z. B. Schichtpläne) in Aufträge für die einzelnen Kompo¬ nenten des Energiemanagementsystems umsetzt.
Bei der Parametrierung der Systeme ist diese Auftragsverwal¬ tung als zentrale Instanz mit einer Kommunikationsadresse einzutragen. Die Systeme melden sich beim Hochfahren des Systems bei dem Auftragsverwalter an. Ferner teilen sie ihre Werte (Hochfahrzeiten, etc.) dem Verwalter mit. Dies erfolgt auch bei Parameteränderungen.
Der Verwalter ist zuständig für eine Gruppe von Komponenten, so z. B. alle Komponenten einer Halle. Die Parametrierung der einzelnen Systeme ist entsprechend einzurichten. Eine Kompo¬ nente kann immer nur einem Auftragsverwalter zugeordnet sein. Der Verwalter bietet die Möglichkeit, an einer zentralen Stelle die Parametrierungen der Komponenten abzufragen und zu ändern (sowohl Zeiten als auch Abhängigkeiten) .
Es besteht die Möglichkeit, in einem virtuellen Modus Vorgän¬ ge vorab durchzuspielen und zu testen (welche Abschaltreihenfolge würde sich ergeben, wenn... )
Es besteht ferner über den Verwalter die Möglichkeit, be¬ stimmte Komponenten aus Abschaltvorgängen herauszunehmen, wenn dies gewünscht wird (z.B. aus Verschleißgründen) oder bestimmte Komponenten manuell hochzufahren oder abzuschalten, falls Störungen aufgetreten sind. Zusammenfassend wird ein System zur Steigerung der Energieef¬ fizienz vorgestellt, welches durch weitgehend autonom arbei¬ tende Komponenten das Überführen von Anlagenkomplexen samt Infrastruktur in einen energiearmen Zustand und wieder zurück in die Produktion ermöglicht. Pro Anlagen- oder Infrastrukturkomponente sind nur die für diese Komponente notwendigen Parameter einzutragen. Es ist kein Gesamtverständnis des Anlagenkomplexes und der Infrastruktur notwendig. In der Praxis ist dieses Wissen bei großen Anlagen (z. B. im Automobilbau) über mehrere Organisationseinheiten verstreut. Damit sind auch die Verantwortlichkeiten i.d.R. verschieden, was den Aufbau und die Parametrierung eines zentralen Systems (als Alternative) erschwert. Dies gilt insbesondere für Änderungen an Anlagen. Werden komplexe Hallen betrachtet, ist die Wahrscheinlichkeit, dass an einzelnen Anlagen oder Anlagenkompo¬ nenten Änderungen erfolgen, relativ hoch. Durch das beschriebene Verfahren muss lediglich für die betroffene Anlage eine neue Parametrierung erstellt werden, die bei der Aktivierung der neuen Anlage in das Energiemanagementsystem eingespielt wird. Alle weiteren Aktionen erfolgen automatisch. Bei einem zentral geführten System ist das Handling bei derartigen Änderungen deutlich komplizierter.
Es wird ein einfaches Verfahren vorgestellt, mit dem die Sys¬ teme Zeitpunkte ermitteln können, wann und ob in dem Gesamt¬ komplex für eine vorgegebene produktionsfreie Zeit einzelne Komponenten abzuschalten bzw. hochzufahren sind. Basis dafür sind einfache Zeitangaben und keine komplexen Energiebilanzrechnungen, wobei es problemlos möglich ist, entsprechende Bilanzen einfließen zu lassen.
Das Verfahren berücksichtigt über eine Mindestverweildauer, dass beim Zustandübergang u. U. ein höherer Verbrauch entsteht als eingespart werden kann.
Das erfindungsgemäße System kann Energiespitzen vermeiden, in dem im Hochfahrprozess der StartZeitpunkt durch eine entspre¬ chende Modifikationszeit verschoben werden kann.
Das System sieht einfache Schnittstellen zu den realen Anlagenkomponenten vor (Zustände und Aufrufe für Zustandsübergän- ge) . Alle Stellvertreter arbeiten in der gleichen Art und Weise, lediglich die Anbindung an die reale Komponente ist komponentenspezifisch .

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage, bestehend aus Komponenten (AI, A2, A3, II, 12), bei dem zumindest einige der Komponenten zumindest einen ersten energiereichen aktiven Zustand (Produktion) und einen zweiten, energiearmen Bereitschaftszustand (Stand-By) einnehmen können,
bei dem zumindest einzelne Komponenten (AI, A2, A3, II, 12) im aktiven Zustand untereinander logische Abhängigkei¬ ten (ABl, AB2, AB3 ) aufweisen,
bei dem in jeder Komponente (AI, A2, A3, II, 12) komponentenspezifische Zeit-Informationen (All, HI1, MI1, AA1, HAI, MAI, ...) hinterlegt sind und
für zumindest eine Komponente weitere insbesondere nicht komponentenspezifische Zeit-Informationen (AKI1, HKI1, AKAl, HKA1 ...) ermittelt werden durch Berücksichtigung der logischen Abhängigkeit zu zumindest einer weiteren Komponente .
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Ermittlung der weiteren nicht komponentenspezifischen Zeit-Information (AKI1, HKI1, AKAl, HKA1...) durch Akkumulation von geeigneten komponentenspezifischen Zeit- Informationen (All, HI1, MI1, AA1, HAI, MAI, ...) entsteht .
3. Verfahren nach einem der vorherigen Patentansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass
die komponentenspezifische Zeit-Information zumindest ei¬ nen der folgenden Werte umfasst:
- Zeitdauer, die die Komponente benötigt, um von einem energiereichen aktiven Zustand in einen energiearmen Bereitschaftszustand zu wechseln, (AA1, AA2, AA3,
All, AI2)
- Zeitdauer, die die Komponente benötigt, um von einem energiesparenden Bereitschaftszustand in einen ener- giereichen aktiven Zustand zu wechseln, (HAI, HA2, HA3, HI1, HI2)
- Zeitdauer, die die Komponente zumindest in einem die¬ ser Zustände verbringen muss(MAl, MA2, MA3, MI1, MI2) .
4. Verfahren nach einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei einer Komponente um eine Anlagenkomponente (AI, A2, A3) oder um eine Infrastrukturkomponente (II, 12) handelt .
5. Verfahren nach einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die nicht-komponentenspezifische Zeit-Information (AKI1,
HKI1, AKA1, HKA1... ) von der jeweiligen Komponente
(AI,...) selbsttätig ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Patentansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass
bei der Berechnung der nicht-komponentenspezifischen Zeitdauer zunächst die Abhängigkeiten zu weiteren Komponenten berücksichtigt werden.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die nicht-komponentenspezifischen Informationen mit einem Wert vorbelegt sind, insbesondere gleich °° .
8. Verfahren nach einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Überführung der Anlage von einem ersten Gesamt- Zustand der Energieaufnahme in einen zweiten geänderten Gesamt-Zustand der Energieaufnahme erfolgt durch
- Auswahl von geeigneten Komponenten (AI, A2, A3, II,
12) durch eine zentrale Steuerung (Z), - Mitteilung der geplanten Zustandsänderung an die ausgewählten Komponenten (AI, A2, A3, II, 12) durch geeignete Steuerbefehle,
- Entscheidung über die Möglichkeit der Durchführung der Zustandsänderung durch die ausgewählten Komponenten (AI, A2, A3, II, 12) aufgrund der in den Komponenten hinterlegten Zeit-Informationen (All, HI1, MI1, AA1, HAI, MAI, AKI1, HKI1, AKA1 , HKA1 , ...), und
- bei positiver Entscheidung der Komponenten Durchführung der Zustandsänderung unter Berücksichtigung der bekannten Komponentenabhängigkeiten (ABl, AB2, AB3) .
. Verfahren nach einem der Patentansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
bei der Ermittlung der Zeitdauer und/oder bei der Durchführung der Zustandsänderung, die die Komponente benötigt, um von einem energiearmen Bereitschaftszustand in einen energiereichen aktiven Zustand zu wechseln, eine Überschreitung des Durchschnittswerts der Energieaufnahme wäh¬ rend des Zustandswechsels mit berücksichtigt wird durch Erhöhung der Zeitdauer, die die Komponente benötigt, um von einem energiesparenden Bereitschaftszustand in einen energiereichen aktiven Zustand zu wechseln, um eine zusätzliche Zeitdauer zur Modifikation.
0. Verfahren nach einem der vorherigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
im Falle einer Fehlfunktion einer Komponente (AI, A2, A3, II, 12) eine Fehlerbehandlung ermöglicht wird, durch eine lokal oder zentral gesteuerte Überschreibung der Steuerbefehle von der zentralen Steuerung an die Komponente.
1. Vorrichtung zur Durchführung einer energieeffizienten
Steuerung in einer Anlage (V) , bestehend aus einzelnen Komponenten (AI, A2, A3, II, 12), mit
- einer komponentenspezifischen Schnittstelle (Treiber) zu genau einer der Komponenten (AI), - zumindest einer Schnittstelle (IF) zu zumindest einer weiteren Vorrichtung (Ax) zur Durchführung einer energieeffizienten Steuerung, und mit
- einer Verarbeitungslogik (EM-SW) , zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 10.
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