WO2013044962A1 - Werkzeug zur unterstützung einer energieeffizienten steuerung und verfahren hierzu - Google Patents

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WO2013044962A1
WO2013044962A1 PCT/EP2011/067004 EP2011067004W WO2013044962A1 WO 2013044962 A1 WO2013044962 A1 WO 2013044962A1 EP 2011067004 W EP2011067004 W EP 2011067004W WO 2013044962 A1 WO2013044962 A1 WO 2013044962A1
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states
energy
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Rainer FÖRTSCH
Rene Graf
Frank Konopka
Jörn PESCHKE
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Siemens Aktiengesellschaft
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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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    • 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
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    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

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 wide variety of functionalities, such as measuring, controlling, regulating, operating 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 built-in system components ie machines, lines or cells, although today support a more or less standardized state model (z. B. OMAC, Or ⁇ ganization for Machine Automation and Control, for packaging machines), but here are neither Energysparzu- stands (z. B. standby) taken into account, nor offer the compo ⁇ nents outside an interface with which it can be connected in such energy-saving states.
  • component suppliers eg mechanical engineers, plant engineers
  • the inventive apparatus for supporting an energy efficient control of a plant or part of a plant consists of a decision logic for Auswer ⁇ processing of information on a structural model of the system to be controlled and at least one state model of the contained in the on ⁇ location components, comprising means for storing associated with the components of actual energetic or functional states and possible state transitions between the individual component states, means for storing dependencies between components included in the plant or plant part, and means for converting the actual states and state transitions associated with the components to the states of the associated one State model and an interface to the controller or to the components of the plant to be controlled, the switching of the components in a new actual state and / or query the state of the component.
  • the possible actual states of the contained components and possible state transitions between the component-specific states as well as the dependencies between the components for calculating a conversion into the structural model are given by the actual states and the state transitions and to a plant control the associated state model for Be ⁇ calculation of the control is made available.
  • the apparatus for controlling a plant energi slaughter it is possible that components of the system, the Moegli ⁇ chen states and state transitions for each component and to define the dependencies ⁇ from each other and store.
  • the device communicates with the system via an interface; ie with the components that belong to the system. These interfaces to the components make it possible to put the respective components in different states.
  • Each component can (off z. B., different standby states, different synchronization states, ready for operation ⁇ riding, operation enable) to several different stands ⁇ possess.
  • This information includes z. B. the power consumption in states, as well as the times and the load curves for state ⁇ transitions. This information can also be queried via the interface. It is now necessary to parameterize this advantageously standardized interface (eg a future extension of PROFIenergy) of the components (eg machines) in such a way that the following goals can be achieved:
  • the state model includes:
  • At least one state of the components which has a lower energy consumption compared to the operating state.
  • new standby states can be defined, which of course will be a corresponding implementation in the Com- component controller to be called.
  • states of the individual units within the component z. B. devices. Mo ⁇ tor / pump runs half power
  • the configu ⁇ insurance tool can offer numerous prototypical Hilfsimplementierun ⁇ gen here.
  • the configuration tool also allows Anle ⁇ gen information for states and state transitions (eg. As the power consumption in states as well as the times and the load curves for state transitions). A initialization ⁇ insurance run from the tool out to determine the levels is possible.
  • the apparatus for supporting an energy efficient control of a plant or part of a plant has advantageously stored further information about Moegli ⁇ chen actual or model states may take the system components with respect to the energy consumption of the component in this state. More In ⁇ formations can be saved to the state transitions gen that can occur between the possible or actual model states that can take plant components, and
  • the duration of a state transition of egg ⁇ nem first state to a second state and / or the energy consumption of the component during the stand may comprise To ⁇ transition.
  • information about dependencies between the components can be stored, in particular the respective stands to ⁇ in which the components are, in particular logic, temporal or energy dependencies.
  • the interfaces are advantageously formed according to the ProfiEnergy standard, for example with a supplement ge ⁇ suitable for the transmission of control commands for switching the component of a first actual state to a second actual state.
  • Ektiansstool by such Pro is to provide simple and fast new components but also existing ones, with a standardized interface (eg future expan ⁇ tertes Profienergy).
  • a standardized interface eg future expan ⁇ tertes Profienergy
  • Such a tool is relevant for machine and plant builders, who have to run machines, cells and lines in large complex production facilities. In the future it will be required in the tenders that these machines, cells and lines in particular have the standardized interfaces for the call by an energy switching controller. Machine and plant engineers can with the help of such
  • logical dependencies mean that a switching operation of at least one system component contains further states. which presupposes plant components in order to control a plant or a plant part in an orderly manner.
  • This information includes z. B. the power consumption in the individual component states, as well as the times and the load profiles for each Zu ⁇ state transitions in the components.
  • the device By knowing the dependencies between the components of the plant, the device is able to switch each component to its various states. This means that the system can also be switched to predefined overall states (made up of combinations of the states of the components). This is not only the system can be switched on automatic ⁇ table on and off, but it can also defined energy-saving states in non-productive operation, so-called standby states, as well as energy-saving states in production such.
  • 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
  • Switching processes are easy to define and thus manageable.
  • An advantage of the device according to the invention or of the method according to the invention is therefore that a lot of information about the system can be provided and parameterized, which can then be used for example. For example, they can be used for an overall overview of the plant and its current status, or it can also be used 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.
  • the control apparatus allows a plant or Anla ⁇ gent hurry automatically operating states in various operating and fostbe- to switch, both for the system as a whole and for its individual components. Since the power switching controller also has information about the switching times of the individual state transitions, as well as the energy consumption in states and state transitions, it is possible for him to process even complex requests so that the system goes into the most energetically favorable states and thereby varnishge ⁇ is that if necessary, it is also available again.
  • the power switching controller contains the following functions in its interface upwards (ie to higher-level systems):
  • FIG. 1 shows an overview of the device 111 according to the invention (a so-called tool). Shown are the overall joint and several functions of the actual control, decision logic, the calculation of its control commands ba ⁇ Siert on the structure of the systems to be controlled (parts), structural ⁇ turmodell of the plant, and the or the state definition of the respective components, general state model 1 -4. Wei ⁇ tere information can be present on state transitions, 17, dependencies, 18, and more information about the transitions 19, 19 '.
  • the power switching controller ESC, 1, can be used by many other systems. For this he has a suitable
  • a Product Planning System, 21, and an MES system are aware of break times and company breaks. They use the
  • Power Switch Controller 1, to switch to the best energized state for the known pauses while ensuring that the system is available again when it is needed again.
  • a fault management knows that due to the disruption of one part of the plant, other parts of the plant are no longer needed at the moment, because they are no longer needed. B. get no more parts delivered. Now the fault management using the Energyschaltcont ⁇ rollers can send these unneeded parts of the system in an energy-saving standby state. Expected to be ensured that the system parts "resurrected" in a ⁇ be certain time, so they can be switched back into production.
  • a load management system 23, or in the future a command response controller with a connection to a smart grid, should be able to switch parts of the system off or into standby states for peak load control.
  • these systems can first be determined by the energy switching controller 1, in which states and with which power consumption the system and its components are currently running. It can also determine which states (productive or non-productive) the individual components can be switched on. With the help of specifications (which of course also take into account the ascertainable from the power switching controller dependencies) can now call on the power switch controller to drive the entire system or parts of it in energy-saving states (productive or between non- ⁇ -productive) load management system.
  • a material handling system knows that due to different speeds and buffers in the plant, or due to redundant plant parts, some parts of the plant are only used intermittently. Since it also knows when and how long these parts of the system will be used or not used, such parts (must of course be modeled as components in the power switching controller) can be switched to the most energetically favorable state by the power switching controller for the time of non-use. Also, such system parts could be in partial operating conditions, eg. As long ⁇ samere products are switched.
  • a corresponding control of the affected plant / plant components / components 31, 32, 33, 34 then takes place via plant-specific interfaces, 15. Specific adaptations are required.
  • the connection of the components is possible in various ways, for example, four different possibilities are shown here:
  • FIG. 2 shows a system with subsystem according to the device claim.
  • the standardized interface of shut-off / control function and to Cont ⁇ roller plane (for example via a Profienergy interface Vx) can be considered.
  • the parameterization of the Energy Switch Controller ESC means that when changing the conditions in the system, the program itself does not have to be changed or only minimal, but only the parameterization, ie the definitions of the model definitions of Plant and / or the components and or the states and state transitions of the on ⁇ position / system parts.
  • 101 is performed Monito ⁇ ring and the parameterization among others. Further, any change that is required for example in a device replacement is input, and a possible Handbedie ⁇ voltage here.
  • 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 status model 13. This is a test system in which small parts in bottles filled, the bottles are checked for richti ⁇ gen content and then emptied again.
  • the state model of the plant is displayed next to it, it is shown as a graph, with the example states OFF, Ready, Production Release, Standby, Sync State and Undefined. Arrows indicate the possible state transitions, the ready state is multiple, for each part of the plant.
  • the connection from the model to the plant is as follows: First, the state is read out. The real state information is mapped to states in the model. This is explained in more detail in FIG.
  • 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 On the right side 13y are the States of the real component shown, which are however advantageously further simplified for use for the energy saving controller, to the simplified state model 13x.
  • one or more states from the specific model can be linked to the energy-switching state model by means of graphical links.
  • the energy-switching state model is always a subset of a specific state model, and the following cases can be distinguished for the mapping:
  • the two states endeavorivbe ⁇ operation and summarized idle, z31, a Sammelzu- was operating, including the state production release.
  • Some states are unchanged, such as "Automatic ready" which is referred to in the model as a standby, Z32, or OFF, indicated in the other model with AUS, z35.
  • the oFF state here describes the lowest Energyni ⁇ veau, from which the system can be switched on again.
  • UNDEFINED other hand refers to all system states of which may no longer be switched automatically.
  • the STANDBY states are characterized by a lower power consumption as in the operating state.
  • Condition 1 Bedl
  • Condition 2 Bed2 determines, among other things, the condition in which the system components must be before the system component Transport System NTS may be switched off.
  • Condition 3 Bed3, determines which stations need to be turned back on before the transport system is allowed to be turned on again.
  • a possible Ag ⁇ gregtechnik of components of the system into subsystems is shown for the exemplary system. 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 respective dependencies and state change conditions can also be defined for aggregated components. Corresponding definitions can be offered to the operating personnel in the determination, if necessary with the assistance of a suitable tool for selection. 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.

Abstract

Eine Vorrichtung zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage besteht aus einer Entscheidungslogik zur Auswertung von Informationen über ein Strukturmodell der zu steuernden Anlage und zumindest einem Zustandsmodell der in der Anlage enthaltenden Komponenten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Unterstützung der Steuerungsvorrichtung weist dabei insbesondere Mittel zur Umsetzung der den Komponenten zugeordneten tatsächlichen Zuständen und Zustandsübergängen auf die Zustände des zugehörigen Zustandsmodells auf. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Vorrichtung als Projektierungswerkzeug noch durch graphische Darstellungsmittel ergänzt, mit deren Hilfe die Informationen visualisiert und die Eingaben zu der zu steuernden Anlage eingegeben werden können.

Description

Beschreibung
Werkzeug zur Unterstützung einer energieeffizienten Steuerung 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 Kommuni- kation 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 und manuell erfolgt, weil das Zusammenspiel 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 sich dennoch in betriebsbereitem Zustand befindet, so dass nach wie vor ein erheblicher Energieverbrauch zu verzeichnen ist. Beispielhafte Untersuchungen bei Automobilpro- duzenten 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 eine Voraussetzung, um beurteilen zu können, ob es sinnvoll ist bestimmte Teile der Anlage, z. B. während kurzer Pausen, ab¬ zuschalten .
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 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.
Auch die in einer Anlage verbauten Komponenten, also Maschinen, Linien oder Zellen, unterstützen zwar heute ein mehr oder weniger standardisiertes Zustandsmodell (z. B. OMAC, Or¬ ganization for Machine Automation and Control, für Verpackungsmaschinen) , jedoch sind hierbei weder Energiesparzu- stände (z. B. Standby) berücksichtigt, noch bieten die Kompo¬ nenten nach außen eine Schnittstelle, mit der sie in solche energiesparenden Zustände geschalten werden können. Des Weiteren berücksichtigen Komponentenlieferanten (z. B. Maschinenbauer, Anlagenbauer) heute Energiesparzustände im Betrieb oder im Nichtbetrieb noch nicht. Doch selbst wenn sie dieses tun würden, so würden sie die notwendigen Zustände implizit in die Steuerungen der Komponenten einbauen und zum Aufruf eine proprietäre Schnittstelle verwenden.
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 8.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Unterstützung einer energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage besteht aus einer Entscheidungslogik zur Auswer¬ tung von Informationen über ein Strukturmodell der zu steuernden Anlage und zumindest ein Zustandsmodell der in der An¬ lage enthaltenden Komponenten, mit Mitteln zur Speicherung von den Komponenten zugeordneten tatsächlichen energetischen oder funktionalen Zuständen sowie möglichen Zustandsübergän- gen zwischen den einzelnen Komponentenzuständen, Mitteln zur Speicherung von Abhängigkeiten zwischen von der Anlage oder dem Anlagenteil umfassten Komponenten, und Mitteln zur Umsetzung der den Komponenten zugeordneten tatsächlichen Zuständen und Zustandsübergängen auf die Zustände des zugehörigen Zu- standsmodells sowie einer Schnittstelle zu der Steuerung oder zu den Komponenten der zu steuernden Anlage, zur Schaltung der Komponenten in einen neuen tatsächlichen Zustand und / oder zur Abfrage des Zustands der Komponente.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Unterstützung einer energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage, bestehend aus Anlagenkomponenten, mit einem gespei¬ cherten Strukturmodell der zu steuernden Anlage oder des Anlagenteils, bestehend aus von der Anlage umfassten Komponen- ten, zumindest einem 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 bei dem von den möglichen tatsächlichen Zuständen der enthaltenen Komponenten und möglichen Zustandsübergängen zwischen den komponenteneigenen Zuständen sowie den Abhängigkeiten zwischen den Komponenten zur Berechnung einer Umsetzung in das Strukturmodell erfolgt von den tatsächlichen Zuständen und den Zustandsübergängen und an eine Anlagen-Steuerung das zugehörige Zustandsmodell zur Be¬ rechnung der Steuerung zur Verfügung gestellt wird.
Weitere vorteilhafte Aus führungs formen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In der Vorrichtung zur energieffizienten Steuerung einer Anlage ist es möglich, die Komponenten der Anlage, die mögli¬ chen Zustände und Zustandsübergänge je Komponente und die Ab¬ hängigkeiten untereinander zu definieren und zu speichern. Die Vorrichtung kommuniziert über eine Schnittstelle 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 besitzen (z. B. ausgeschaltet, verschiedene Standby- Zustände, verschiedene Synchronisationszustände, Betriebsbe¬ reit, Betriebsfreigabe) .
Darüber hinaus werden für jede Komponente für deren Zustände und Zustandsübergänge weitere Informationen angelegt, die später zur Schaltung hilfreich oder gar notwendig sind. Diese Informationen umfassen z. B. die Leistungsaufnahmen in Zuständen, sowie die Zeiten und die Lastverläufe für Zustands¬ übergänge. Auch diese Informationen sind über die Schnitt¬ stelle abfragbar. Es ist nun notwendig diese vorteilhafterweise standardisierte Schnittstelle (z.B. eine zukünftige Erweiterung von PROFIe- nergy) der Komponenten (z.B. Maschinen) so zu parametrieren, dass folgende Ziele erreicht werden können:
1. Schalten der Komponente in die angeforderten Zustände
2. Auskunft über die möglichen Zustände und Zustandsübergänge (das Zustandsmodell ) , sowie der zugehörigen Informationen und
3. Abfrage des aktuellen Zustandes der Komponente.
Die Vorrichtung zur Unterstützung energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage sowie das analoge Verfahren umfasst in einer vorteilhaften Ausführung die folgenden tatsächlichen Zustände jeder in der Anlage oder in dem Anlagenteil umfassten Komponenten
- Eingeschaltet
- Ausgeschaltet
- Ruhezustand
- Teillast
- Volllast
- Leerlauf
und das Zustandsmodell umfasst:
- einen Betriebszustand und
zumindest einen Zustand der Komponenten welcher eine im Vergleich zum Betriebszustand niedrigere Energieaufnahme aufweist .
Vorgeschlagen wird also ein Pro ektierungswerkzeug, mit dem mittels graphischer Projektierung die vorhandene Zustände (können bereits in einem Zustandmodell beschrieben sein) einer Komponente übertragen werden auf das allgemeine Zustands¬ modell, das hinter der standardisierten Schnittstelle zum Aufruf durch den Energieschaltcontroller liegt. Mittels dieses Projektierungswerkzeuges ist es einfach und in einer vor¬ teilhaften Aus führungs form auch graphisch möglich, Zustände im Zustandsmodell mit existierenden Zuständen zu verknüpfen.
Darüber hinaus können neue Standby-Zustände definiert werden, die dann natürlich eine entsprechende Implementierung im Kom- ponentencontroller zum Aufruf bekommen müssen. Da sich jeder Standby-Zustand einer Komponente durch Zustände der einzelnen Geräte innerhalb der Komponente (z. B. Geräte aus. Mo¬ tor/Pumpe fährt halbe Kraft) definieren, kann das Projektie¬ rungstool hier zahlreiche prototypische Hilfsimplementierun¬ gen anbieten.
Außerdem ermöglicht das Projektierungswerkzeug auch das Anle¬ gen der Information für Zustände und Zustandsübergänge (z. B. die Leistungsaufnahmen in Zuständen, sowie die Zeiten und die Lastverläufe für Zustandsübergänge) . Auch ein Initialisie¬ rungslauf aus dem Tool heraus zur Ermittlung der Werte ist möglich .
Die Vorrichtung zur Unterstützung einer energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage hat vorteilhafterweise weitere Informationen gespeichert zu mögli¬ chen tatsächlichen oder Modell-Zuständen, die Anlagenkomponenten einnehmen können, bezüglich der energetischen Leistungsaufnahme der Komponente in diesem Zustand. Weitere In¬ formationen können gespeichert werden zu den Zustandsübergän- gen, die zwischen den möglichen tatsächlichen oder Modell- 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 können.
Auch Informationen zu Abhängigkeiten zwischen den Komponenten können gespeichert werden, insbesondere den jeweiligen Zu¬ ständen, in denen sich die Komponenten befinden, insbesondere logische, zeitliche oder energetische Abhängigkeiten.
Die grafische Visualisierung der tatsächlichen und/oder Mo- dell-Zustände und Zustandsübergänge sowie der Verknüpfung der jeweiligen tatsächlichen oder Modell-Zustände miteinander er- leichtert die Bedienbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung .
Die Schnittstellen ist vorteilhafterweise nach dem ProfiEner- gy Standard gebildet , beispielsweise mit einer Ergänzung ge¬ eignet zur Übermittlung von Steuerungsbefehlen zum Schaltung der Komponente von einem ersten tatsächlichen Zustand in einen zweiten tatsächlichen Zustand. Durch ein solches Pro ektierungstool ist es einfach und schnell möglich neue Komponenten, aber auch bestehende, mit einer standardisierten Schnittstelle (z.B. zukünftig erwei¬ tertes PROFIenergy) zu versehen. Über diese Schnittstelle kann ein Energieschaltcontroller die Schaltung dieser Kompo- nente in verschiedene energiesparende Zustände durchführen - unter Sicherstellung der Einhaltung der Abhängigkeit zu anderen Komponenten in der Anlage.
Ein solches Tool ist sowohl für Maschinen- und Anlagenbauer relevant, die Maschinen, Zellen und Linien in große komplexe Fertigungen liefen müssen. Zukünftig wird hier in den Ausschreibungen gefordert sein, dass diese Maschinen, Zellen und Linien insbesondere über die standardisierten Schnittstellen für den Aufruf durch einen Energieschaltcontroller verfügen. Maschinen- und Anlagenbauer können mit Hilfe eines solchen
Tools zum einen die konforme Unterstützung der Schnittstelle (Compliance) sicherstellen, als auch schnell ihre Implementierung an die Erfordernisse dieser Schnittstelle anpassen und anbinden.
Im folgenden wird die Vorrichtung zur Steuerung einer Anlage weiter beschrieben. Er ermöglicht es die Komponenten einer Anlage, die möglichen Zustände und Zustandsübergänge je Anla¬ gen-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 Zustände an- derer Anlagen-Komponenten voraussetzt, um eine Anlage oder einen Anlagenteil geordnet zu steuern.
Für die Zustände und Zustandsübergänge werden weitere Infor¬ mationen angelegt, die später zur Schaltung hilfreich oder gar notwendig sind. Diese Informationen umfassen z. B. die Leistungsaufnahmen in den einzelnen Komponenten-Zuständen, sowie die Zeiten und die Lastverläufe für jeweiligen Zu¬ standsübergänge in den Komponenten.
Durch die Kenntnis der Abhängigkeiten zwischen den Komponenten der Anlage ist es der Vorrichtung 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 automa¬ tisch 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 wer¬ den .
Die Werte für diese Informationen können auf folgende Weisen ermittelt werden:
- durch 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 erfin- dungsgemäßen Verfahrens ist es daher, dass viele Auskünfte über die Anlage vorliegen und parametriert werden können, die dann z. B. zu einer Gesamtübersicht der Anlage und deren ak- tuellem Zustand genutzt werden 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 ausgewählt 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 Planwerten, 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 die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Schnittstellen,
FIG 2 ein System mit Teilanlage
FIG 3 ein zu Figur 2 analoges System nach dem Stand der
Technik, ein beispielhaftes Anlagen- und Zustandsmodell , ein beispielhaftes Zustandsmodell,
ein Zustandmodell mit Abhängigkeiten,
eine beispielhafte Anlage,
die Anlage aus Fig 7 mit erfindungsgemäßen Modellen, eine beispielhafte Anlage mit mehreren Energieschalt¬ controllern .
Die Vorrichtung zur Steuerung, im Folgenden auch Energie- schaltcontroller genannt, erlaubt es, eine Anlage oder Anla¬ genteile automatisch in verschiedene Betriebs- und Nichtbe- triebszustände 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 sicherge¬ stellt 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 Produktivbetrieb 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 111 (ein sogenanntes Tool) . Dargestellt sind die ge- nerischen Funktionen der eigentlichen Steuerung, Entscheidungslogik, die die Berechnung ihrer Steuerungsbefehle ba¬ siert auf dem Aufbau der zu steuernden Anlagen ( teile ) , Struk¬ turmodell der Anlage, und dem oder den Zustandsdefinition der jeweiligen Bestandteile, Allgemeines Zustandsmodell 1-4. Wei¬ tere 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 Energieschaltcontroller 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 Energieschaltcontroller 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 / Anla- genteile / 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 das PLCl, Komponente
• 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 Zustandsin- formationen 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 vorteilhafterweise noch vereinfacht werden, zu dem vereinfachten Zustands- modell 13x.
Auf der linken Seite ist eine spezielle Ausprägung des allge¬ meinen Zustandsmodells zu sehen, dass der Vorrichtung zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage benötigt.
Auf der rechten Seite ist das spezifische Zustandsmodell ei¬ ner Station einer Anlage dargestellt.
Nun können mittels graphischer Verknüpfungen ein oder mehrere Zustände aus dem spezifischen Modell mit dem Energieschalt- Zustandsmodell verknüpft werden.
Das Energieschalt-Zustandsmodell ist immer eine Untermenge eines spezifischen Zustandsmodells, wobei für die Abbildung die folgenden Fälle unterschieden werden können:
• Es gibt eine 1:1 Abbildung zwischen den Modellen, d. h. ein Zustand im spezifischen Zustandsmodell entspricht genau einem Zustand im allgemeinen Zustandsmodell. (dies ist z. B. ty¬ pisch für den Zustand AUS)
• Mehrere Zustände im spezifischen Modell werden zu einem Zu¬ stand im allgemeinen Zustandsmodell zusammengefasst . Dies ist z. B. typisch für verschiedene Fehlerzustände, die im allge¬ meinen Zustandsmodell durch den einheitlichen Zustand
UNDEFINED repräsentiert werden, da eine feinere Unterschei¬ dung für die Funktion eines Energieschaltcontrollers nicht notwendig ist.
• Zustände im spezifischen Modell werden nicht abgebildet, wenn sie aus energetischer Sicht nicht relevant (z. B. in Be¬ zug auf ein mögliches Einsparpotential) sind und auch keine Abhängigkeitsbeziehungen zu anderen Zuständen aufweisen. Im Energieschalt-Zustandsmodell sind diese speziellen Zustände nicht als Zustände repräsentiert, da sie nicht direkt ange¬ steuert werden, sondern immer nur im Rahmen eines Übergangs von einem Zustand des allgemeinen Zustandsmodell in einen anderen durchlaufen werden. Welche Zustände im allgemeinen Zustandsmodell sinnvoll sind, kann anhand von Regeln bestimmt werden, so dass eine automa¬ tisierte Ableitung bzw. die Erstellung eines Vorschlages für die Abbildung möglich ist. Dies trifft insbesondere auf sinn¬ volle Standby-Zustände zu, die einer bestimmten energetischen und zeitlichen (in Bezug auf die Zeit zum Erreichen und wie¬ der Verlassen des Zustandes) Ordnung unterliegen. Es werden in dem Beispiel die beiden Zustände Produktivbe¬ trieb und Leerlauf zusammengefasst , z31, zu einem Sammelzu- stand Betrieb, der den Zustand Produktionsfreigabe enthält. Manche Zustände werden unverändert übernommen, beispielsweise „Automatik 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 mehre¬ re Einzelzustände wiederum zusammengefasst werden, beispiels¬ weise 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 dargestellt. 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, beispielsweise: „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 anderen 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 Funktionsblock
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 (111) zur Unterstützung einer energieeffizienten Steuerung einer Anlage (3, Anlage) oder eines Teils einer Anlage (31, 32 ,33 ,34)
- mit einer Entscheidungslogik (Entscheidungslogik) zur Auswertung von Informationen über ein Strukturmodell
(Strukturmodell) der zu steuernden Anlage und zumindest ein Zustandsmodell (Allgemeines Zustandsmodell 1 -4) der in der Anlage enthaltenden Komponenten (31, 32 ,33 ,34), mit
- Mitteln zur Speicherung von den Komponenten zugeordneten tatsächlichen energetischen oder funktionalen Zuständen sowie möglichen Zustandsübergängen (17) zwischen den einzelnen Komponentenzuständen,
- Mitteln zur Speicherung von Abhängigkeiten (18) zwischen von der Anlage oder dem Anlagenteil umfassten Komponenten (31, ..34),
- Mitteln zur Umsetzung der den Komponenten zugeordneten tatsächlichen Zuständen und Zustandsübergängen auf die
Zustände des zugehörigen Zustandsmodells und
- einer Schnittstelle (15) zu der Steuerung (1, ESC) oder zu den Komponenten der zu steuernden Anlage, zur Schaltung der Komponenten in einen neuen Zustand und / oder zur Abfrage des Zustands der Komponente.
2. Vorrichtung (111) zur Unterstützung einer energieeffizienten Steuerung einer Anlage (3) oder eines Teils einer Anlage gemäß Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die möglichen tatsächlichen Zustände jeder in der Anlage oder in dem Anlagenteil umfassten Komponenten zumindest einen der folgenden Zustände umfassen:
- Eingeschaltet (BETRIEB)
- Ausgeschaltet (AUS)
- Ruhezustand (AUTOMATIK BEREIT)
- Teillast
- Volllast (PRODUKTIVBETRIEB) - Leerlauf (LEERLAUF)
und das Zustandsmodell umfasst:
- einen Betriebszustand ( PRODUKTIONSFREIGABE ) und
zumindest einen Zustand der Komponenten, welcher eine im Vergleich zum Betriebszustand niedrigere Energieaufnahme aufweist .
3. Vorrichtung (111) zur Unterstützung einer energieeffizienten Steuerung einer Anlage (3, Anlage) oder eines Teils einer Anlage gemäß Patentanspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
weitere Informationen (19) gespeichert und/oder verarbeitet werden können zu möglichen tatsächlichen oder Model1- Zuständen, die Anlagenkomponenten einnehmen können, bezüglich der energetischen Leistungsaufnahme der Komponente in diesem Zustand .
4. Vorrichtung (111) zur Unterstützung einer energieeffizienten Steuerung einer Anlage (3) oder eines Teils einer Anlage gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
weitere Informationen (19') gespeichert und/oder verarbeitet werden können zu den Zustandsübergängen, welche zwischen den möglichen tatsächlichen oder Modell-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 können.
5. Vorrichtung (111) zur Unterstützung einer energieeffizienten Steuerung einer Anlage (3) oder eines Teils einer Anlage gemäß einem der vorherigen Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
weitere Informationen gespeichert und/oder verarbeitet werden können zu Abhängigkeiten zwischen den Komponenten, insbesondere den jeweiligen Zuständen, in denen sich die Komponenten befinden, insbesondere logische, zeitliche oder energetische Abhängigkeiten .
6. Vorrichtung (111) zur Unterstützung einer energieeffizien- ten Steuerung einer Anlage (3) oder eines Teils einer Anlage gemäß einem der vorherigen Patentansprüche,
gekennzeichnet durch
Mittel zur grafischen Visualisierung (112) der tatsächlichen und/oder Modell-Zustände und Zustandsübergänge sowie der Ver- knüpfung der jeweiligen tatsächlichen oder Modell-Zustände miteinander .
7. . Vorrichtung (111) zur Unterstützung einer energieeffizienten Steuerung einer Anlage (3) oder eines Teils einer An- läge gemäß einem der vorherigen Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schnittstellen (15) kompatibel zu dem ProfiEnergy Standard gebildet wurden insbesondere durch eine Ergänzung zur Übermittlung von Steuerungsbefehlen zum Schaltung der Kompo- nente von einem ersten tatsächlichen Zustand in einen zweiten tatsächlichen Zustand.
8. Verfahren zur Unterstützung einer energieeffizienten Steuerung einer Anlage (Anlage) oder eines Teils einer Anlage, bestehend aus Anlagenkomponenten (31, 32, 33, 34), mit
- einem gespeicherten Strukturmodell (12) der zu steuernden Anlage oder des Anlagenteils, bestehend aus von der Anlage umfassten Komponenten (31, 32 ,33 ,34),
- zumindest einem gespeicherten allgemeinen Zustandsmodell (13a, ...13d) von zumindest einem in der Anlage oder in dem Anlagenteil umfassten Komponenten (31, 32 ,33 ,34),
- tatsächlichen energetischen oder funktionalen Zuständen der Komponenten, sowie möglichen Zustandsübergängen zwischen den einzelnen Komponentenzuständen, und
- gespeicherten Abhängigkeiten zwischen von der Anlage
oder dem Anlagenteil umfassten Komponenten (31, 32, 33, 34) bei dem von den Zustandsmodell (13y) bestehend aus tat¬ sächlichen Zuständen der enthaltenen Komponenten, möglichen Zustandsübergängen zwischen den komponenteneigenen Zuständen sowie den Abhängigkeiten zwischen den Komponenten eine Umsetzung in ein allgemeines Zustandsmodell (13x der Zustände und Zustandsübergänge erfolgt und
an eine Anlagen-Steuerung das Zustandsmodell (13x) zur Be rechnung der Steuerung zur Verfügung gestellt wird.
9. Verfahren zur Unterstützung einer energieeffizienten Steuerung einer Anlage (3, Anlage) oder eines Teils einer Anlage gemäß Patentanspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die möglichen tatsächlichen Zustände jeder in der Anlage oder in dem Anlagenteil umfassten Komponenten zumindest einen der folgenden Zustände umfassen:
- Eingeschaltet (BETRIEB)
- Ausgeschaltet (AUS)
- Ruhezustand (AUTOMATIK BEREIT)
- Teillast
- Volllast (PRODUKTIVBETRIEB)
- Leerlauf (LEERLAUF)
und das Zustandsmodell umfasst:
- zumindest einen Betriebszustand ( PRODUKTIONSFREIGABE ) und
zumindest einen Zustand der Komponenten welcher eine im Vergleich zum Betriebszustand niedrigere Energieaufnahme aufweist .
10. Verfahren zur Unterstützung einer energieeffizienten
Steuerung einer Anlage (3, Anlage) oder eines Teils einer Anlage gemäß Patentanspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Berechnung der Steuerung weitere Informationen (19) über die energetische Leistungsaufnahme der Komponente in einem bekannten Zustand berücksichtigt.
11. Verfahren zur Unterstützung einer energieeffizienten Steuerung einer Anlage (3) oder eines Teils einer Anlage gemäß einem der Patentansprüche 8 bis 10,
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.
12. Verfahren zur Unterstützung einer energieeffizienten Steuerung einer Anlage (3) oder eines Teils einer Anlage gemäß einem der vorherigen Patentansprüche 8 - 11,
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 oder logische, zeitliche oder energetische Abhängigkeiten zwischen den Komponenten.
13. Verfahren zur Unterstützung einer energieeffizienten Steuerung einer Anlage (3) oder eines Teils einer Anlage gemäß einem der vorherigen Patentansprüche 8 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerung erfolgt durch Kommunikation mit zumindest einer zu steuernden Anlagenkomponente (31, 32, 33, 34) über zumin- dest eine anlagenspezifische Schnittstelle (15), insbesondere abfrage von Informationen von der zu steuernden Anlagenkomponente oder senden von Steuerungsinformationen.
14. Verfahren zur Unterstützung einer energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage gemäß einem der vorherigen Patentansprüche 8 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle nach dem ProfiEnergy Standard gebildet wur¬ den mit einer Ergänzung geeignet zur Übermittlung von Steuerungsbefehlen zum Schaltung der Komponente von einem ersten tatsächlichen Zustand in einen zweiten tatsächlichen Zustand.
15. Verfahren zur Unterstützung einer energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage gemäß einem der vorherigen Patentansprüche 8 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine grafischen Visualisierung (112) der tatsächlichen und/oder Modell-Zustände und Zustandsübergänge sowie der Ver¬ knüpfung der jeweiligen tatsächlichen oder Modell-Zustände miteinander erfolgt.
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