WO2013143585A1 - Verfahren und vorrichtung zur unterstützung bei der erstellung einer energieeffizienten steuerungssequenz - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur unterstützung bei der erstellung einer energieeffizienten steuerungssequenz Download PDF

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WO2013143585A1
WO2013143585A1 PCT/EP2012/055492 EP2012055492W WO2013143585A1 WO 2013143585 A1 WO2013143585 A1 WO 2013143585A1 EP 2012055492 W EP2012055492 W EP 2012055492W WO 2013143585 A1 WO2013143585 A1 WO 2013143585A1
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component
components
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energy
plant
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Rainer FÖRTSCH
Rene Graf
Frank Konopka
Jörn PESCHKE
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Siemens Aktiengesellschaft
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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 system components. In these components, a variety of functionalities, such as measuring, controlling, controlling, the operation of the components via interfaces and the communication between the components and the interfaces are realized.
  • the components can be individual Ma ⁇ machines, conveyor units or entire production cells act 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.
  • an attachment contains implicit dependencies that a person can hardly overlook.
  • machines use more energy in startup phases than during operation. If several components are switched on in parallel, these load peaks can add up unfavorably and overload the energy grid. As a result of these circumstances, the individual components do not produce anything during downtimes of this plant, but they are still in working order, so that a considerable amount of energy is still consumed.
  • Investigations with automobile manufacturers have shown that the energy consumption of a non-producing plant is up to 60% compared to a plant in the producing plant. There is a huge savings potential here.
  • the method of assisting in the creation of an energy efficient control sequence of an industrial plant or part of an industrial plant consisting of plant components, in which plant components may have logical dependencies on one or more other plant components, is used in each of plant component of the system or of the part of the plant ⁇ infor mation on a component-specific power consumption ⁇ extending during a pre-defined sequence of operation of the component, each defined by a unique start and stop event in the operation of the component.
  • Vi ⁇ sualmaschine of the power consumption waveform in the time axis of each relevant component with the start time of the respective operation sequence within a predetermined time period is individually selectable and in which a determination of a high level of information to the overall shoveetznähme all selected system components in the given time period in real time, by accumulation of the available component-specific information about the power consumption course.
  • the component specific power consumption history information for each component is either previously known, for example, by information provided by the manufacturer. Alternatively, and for example, if one expects changes in energy intake at various times (approximately over the life of the equipment component we ⁇ gen wear), the information on the komponentenspe ⁇ -specific power consumption course for each component are ermit ⁇ telt.
  • an initial measurement after installation a measurement at the time of performing the method or repeated measurements and formation of an average value.
  • the total power consumption thus obtained is compared with an allowable maximum load (energy consumption), and exceeding the comparison value is visually appropriately highlighted (for example, in color).
  • the permissible maximum load may also be a dynamic value, which is time-dependent.
  • An orientation on the current electricity price is conceivable, with constant adjustment here results a fluctuation in the amount of energy.
  • the operating sequence of the component is a switch-on process.
  • the switch-on process is characterized, inter alia, by the fact that peak loads can arise here for a short time, which have a negative effect on the total energy consumption . If several components are switched on at the same time, it may quickly exceed the permissible limits Maximum load come. Alternatively, an indication of the currently accrued costs of energy consumption can be displayed over the observed period in the visualization ⁇ tion. Conversely, it is interesting to present components with a positive energy balance, as a generator of electricity.
  • the visualization can be used for an offline order to turn on or turn off certain components or lead to plan on the basis of known profiles and power consumptions a sequence for a classic usage scenario beispielswei ⁇ se of a production cycle and verifizie ⁇ ren. On the other hand can thus The current power consumption can also be displayed in order to monitor the plant more efficiently.
  • the profiles can be determined by the supplier of a component or must be measured in the system itself.
  • the power consumption of the entire system or parts of the system is represented by the sum of all components.
  • FIG. 1 shows a visualization with sequential processing
  • FIG. 2 shows a superimposition of processing operations
  • FIG. 4 maximum load for different sequences
  • FIG. 5 shows the depiction of the dependencies of the components with each other
  • FIG. 6 shows the representation of an optimized sequence.
  • Figure 1 shows the visualization of three components, all of which must be turned on.
  • Each component has its own profile K1, K2, K3, which describes the power consumption (for example, during switch-on). Furthermore, it can be seen that the three components are "driven” in strict sequential succession. First, starting from time t1, the component 1, as soon as it has completed its sequence at time t2 component 2 and at time t3 then component 3. At time t4 then component 3 is finished and the Ab ⁇ running sequence can be repeated if necessary.
  • FIG. 2 shows the experimental advancing of the sequence of sequences of the various components 2 and 3 in the time axis so that components 2 and 3 run at least partially parallel on the time axis.
  • the advantage of this modeling and representation is a temporally optimized sequence to turn on or off a plant or even a part of it, for example.
  • a higher-level energy management system can monitor idle times of the plant, i. H. There is currently no production in the corresponding part of the plant, decide whether the shutdown of the plant or parts of it is possible to have at the end of time again a fully operational system.
  • the visualization can also display dynamic maximum loads resulting, for example, from specifications of the energy supply company (RU). Just an excess of power available, system parts can be simultaneously harnessge ⁇ go.
  • RU energy supply company
  • FIG. 3 shows by way of example the visualization of the power consumption of three components K1, K2, K3 and the resulting sum Kges. These curves may represent both the ak ⁇ tual course as well be based on values measured in the preceding steps at defined operational phases production were recorded. In addition to switch-on and switch-off scenarios, it is also possible to plan repetitive operating scenarios.
  • the curve shows an overall decreasing trend, with the minimum value corresponding to the highest power consumption that a single component has, because the longest time t corresponds to the complete sequencing of all processes, analogous to the scenario illustrated in FIG.
  • Each shorter time implies parallel processing. Nevertheless, a shorter time theoretically can also lead to a lower maximum load, since peak loads present in the components add up favorably to one another and do not occur at the same time.
  • FIG. 5 shows six components 1,... 6 with their respective profiles of the power consumptions K1,... K6 when switching on and the dependencies 51, ... 55th Thereby attach the component 2 and 3 of 1 from the Kom ⁇ components 4, 5 and 6, however, only component. 3
  • the logical dependencies 51, 52 mean that the components 2 and 3 can begin their course only when the component 1 has completed its operating scenario. This means that parallelization is not possible here. Since components 2 and 3 are not interdependent, they can be parallelized. For this purpose, the component 3 is pushed by the optimization program on the time axis t under the component 2, so that they parallel run ⁇ fen. As seen in Figure 6, while the maximum he ⁇ laubte energy value Emax is not exceeded.
  • the display of the automatically generated optimized sequences also allows a post-treatment, can be used in the criteria that can not relate ⁇ or only with unjustified high effort in an optimization software.
  • the experience of a plant driver can be incorporated into the sequence again.
  • the visualization takes into account the modeled dependencies of the components 4, 5 and 6.
  • a system may also contain energy storage or generator.
  • the degree of filling of the storage tanks or the still retrievable output of the generators can be included in the dynamic maximum load and visualized accordingly.
  • the manufacturer of a machine or plant supplies for his product also prepared sequences for switching on and off ⁇ as well as the operation that comply with certain energetic Vorga ⁇ ben. These predefined sequences make the Integration into a larger plant and its energy management ⁇ ment greatly facilitated.
  • the visualization helps to create the sequences, as no simulation or optimization tool can be used economically for smaller machines or plants.
  • the visualization enables a flexible reaction to external requirements, as they can be projected into the future. Will soon be, for example, more energy when utilities are available, which can be very energy intensive to ⁇ heat of the curing oven are preferred. In the phase with less energy, the furnace is kept only at operating temperature and is therefore ready in time for production, but at the expense of energy costs.
  • This information is transmitted by the RU, for example
  • SmartGrid applications available can thus serve as a network stabilizer. Visualize the corresponding rates in addition to the availability of energy, energy-intensive tasks are preferred such as Kings ⁇ nen particular against the production planning.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung bei der Erstellung einer energieeffizienten Steuerungssequenz einer industriellen Anlage oder eines Teils einer industriellen Anlage, bestehend aus Anlagen-Komponenten, bei dem Anlagen-Komponenten logische Abhängigkeiten zu einer oder mehreren anderen Anlagen-Komponenten aufweisen können. Es verwendet zu jeder der Anlagen-Komponente der Anlage oder des Teil der Anlage Informationen über einen komponentenspezifische Leistungsaufnahmeverlauf während einer vordefinierten Betriebssequenz der Komponente, definiert durch ein jeweils eindeutiges Start- und Stoppereignis im Betrieb der Komponente. Es erfolgt eine Visualisierung des Leistungsaufnahmeverlaufs in der Zeitachse jeder einzelnen relevanten Komponente wobei der Startzeitpunkt der jeweiligen Betriebssequenz innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes zunächst frei wählbar ist, und bei dem eine Ermittlung einer Übersichts-Information zur Gesamt-Leistungsaufnahme aller ausgewählten Anlagen-Komponenten in dem vorgegebenen Zeitraum in Echtzeit durchgeführt wird, durch Kumulation der zur Verfügung stehenden komponentenspezifischen Informationen zum Leistungsaufnahmeverlauf.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Unterstützung bei der
Erstellung einer energieeffizienten Steuerungssequenz
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 Anlagen-Komponenten zusammen. In diesen Komponenten werden die unterschiedlichsten Funktionalitäten, beispielsweise das Messen, Steuern, Regeln, die Bedienung der Komponenten über Schnittstellen und die Kommunikation zwischen den Komponenten und den Schnittstellen realisiert. Bei den Komponenten kann es sich um einzelne Ma¬ schinen, Fördereinheiten oder ganze Fertigungszellen mit innerer Struktur handeln. Zwischen diesen Komponenten bestehen auch Abhängigkeiten, die beispielsweise vorschreiben, dass eine bestimmte Komponente erst ein- oder abgeschaltet werden kann, wenn eine oder mehrere andere Komponenten sich in einem definierten Zustand befinden.
Das Hoch- oder Runterfahren einer solchen komplexen Anlage ist ein Prozess, der sich zum einen über einen langen Zeitraum erstreckt als auch manuell erfolgt, weil das Zusammen¬ spiel der Komponenten zu komplex ist, um eine Ablaufsequenz explizit zu programmieren. Eine Automatisierung solcher Abläufe ist zwar theoretisch möglich, jedoch mit herkömmlichen Konzepten sehr aufwändig und teuer.
Des Weiteren enthält eine Anlage implizite Abhängigkeiten, die ein Mensch kaum überblicken kann. So verbrauchen Maschinen in Anlaufphasen teilweise mehr Energie als im laufenden Betrieb. Werden mehrere Komponenten parallel eingeschaltet, können sich diese Lastspitzen ungünstig addieren und das Energienetz überlasten. Diese Umstände haben zur Folge, dass in Stillstandszeiten dieser Anlage die einzelnen Komponenten zwar nichts produzieren, aber dennoch in betriebsbereitem Zustand sind, so dass nach wie vor ein erheblicher Energieverbrauch anfällt. Untersuchungen bei Automobilproduzenten haben gezeigt, dass der Energieverbrauch einer nicht produzierenden Anlage bis zu 60% gegenüber einer Anlage im produzierenden Betrieb liegt. Hier gibt es ein sehr großes Einsparpotential.
Darüber hinaus ist meist nicht bekannt, welche Komponenten in welchen Zuständen wie viel Energie verbrauchen und welche Zeiten für Zustandswechsel benötigt werden. Damit fehlt also die Voraussetzung, um beurteilen zu können, ob es sinnvoll ist bestimmte Teile der Anlage, z. B. während kurzer Pausen, abzuschalten .
Auch ein Schalten in energiesparende Zustände, z. B. Standby, wird heute nicht vorgenommen, da solche Zustände in der Anla¬ ge nicht vorgesehen und implementiert sind. Darüber hinaus würde auch ein Schalten in solche Zustände die Kenntnis über die Abhängigkeiten in der Anlage erfordern.
Stand der Technik
Es gibt derzeit keine technische Lösung für die genannten Probleme. Die Inbetriebnahme und auch ein Teil der Steuerung erfolgt durch erfahrene Anlagen" fahrer" , die aber auch nur von Annahmen ausgehen können, da sie nicht explizit bestimmen können, ob beispielsweise das Energienetz das parallele Ein¬ schalten mehrerer Komponenten verträgt. Daher wird im Zweifelsfall in der Anlagensteuerung eine strenge Sequentialisie- rung beim Betreiben der einzelnen Komponenten vorgenommen, obwohl eine volle oder teilweise Parallelisierung möglich wäre, was die Abschalt- und Anfahrzeiten erheblich verkürzen könnte, ohne das Energienetz zu überlasten. Das Risiko, durch eine falsche Steuerung eine Fehlfunktion in der Anlage zu erzeugen wird jedoch als zu groß bewertet. Es ist Aufgabe der Erfindung, für die oben genannten Probleme eine Lösung anzugeben und eine Vorrichtung sowie ein Verfahren anzugeben, welches eine automatisierte Ermittlung und Be¬ wertung von Komponentenparametern ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patent¬ anspruch 1 und durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 11.
Das Verfahren zur Unterstützung bei der Erstellung einer energieeffizienten Steuerungssequenz einer industriellen Anlage oder eines Teils einer industriellen Anlage, bestehend aus Anlagen-Komponenten, bei dem Anlagen-Komponenten logische Abhängigkeiten zu einer oder mehreren anderen Anlagen- Komponenten aufweisen können, verwendet bei dem zu jeder der Anlagen-Komponente der Anlage oder des Teil der Anlage Infor¬ mationen über einen komponentenspezifische Leistungsaufnahme¬ verlauf während einer vordefinierten Betriebssequenz der Komponente, definiert durch ein jeweils eindeutiges Start- und Stoppereignis im Betrieb der Komponente. Es erfolgt eine Vi¬ sualisierung des Leistungsaufnahmeverlaufs in der Zeitachse jeder einzelnen relevanten Komponente wobei der Startzeitpunkt der jeweiligen Betriebssequenz innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes zunächst frei wählbar ist, und bei dem eine Ermittlung einer Übersichts-Information zur Gesamt- Leistungsaufnähme aller ausgewählten Anlagen-Komponenten in dem vorgegebenen Zeitraum in Echtzeit durchgeführt wird, durch Kumulation der zur Verfügung stehenden komponentenspezifischen Informationen zum Leistungsaufnahmeverlauf.
Eine wesentliche Voraussetzung für das erfindungsgemäße Ver¬ fahren ist es somit, dass man für eine Komponente oder Teil¬ anlage neben ihren möglichen Energiezuständen auch die Übergänge dazwischen in Zeit und Leistungsaufnahme detailliert angeben kann.
In der Projektierung einer Anlage lassen sich zusätzlich die bekannten zeitlichen bzw. logischen Abhängigkeiten zwischen den Anlagen-Komponenten modellieren, indem für jede Komponente angegeben wird, welche anderen Komponenten sich in welchem Betriebs-Zustand befinden müssen, um einen bestimmten Zu- standsübergang einleiten zu können.
Vorteilhafte Aus führungs formen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Informationen über den komponentenspezifischen Leistungsaufnahmeverlauf für jede Komponente sind entweder vorbekannt, beispielsweise durch mittels des Herstellers mitgelieferter Informationen. Alternativ dazu, und beispielsweise wenn man mit veränderter Energieaufnahme zu verschiedenen Zeitpunkten rechnet (etwa über die Lebensdauer der Anlagen-Komponente we¬ gen Verschleiß) kann die Information über den komponentenspe¬ zifische Leistungsaufnahmeverlauf für jede Komponente ermit¬ telt werden. Hier sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, beispielweise eine initiale Messung nach dem Einbau, eine Messung zum Zeitpunkt der Durchführung des Verfahrens oder wiederholte Messungen und Bildung eines Durchschnittswerts.
Die so ermittelte Gesamt-Leistungsaufnähme wird verglichen mit einer zulässigen Maximallast (Energieaufnahme) und eine Überschreitung des Vergleichswerts wird visuell in geeigneter Weise (beispielsweise farbig) hervorgehoben.
Bei der zulässigen Maximallast kann es sich auch um einen dynamischen Wert handeln, welcher zeitpunktabhängig ist. Vorstellbar ist eine Orientierung am aktuellen Strompreis, bei konstanter Einstellung hier ergibt sich eine Schwankung in der Energiemenge.
Besonders vorteilhaft wirkt es sich aus, wenn es sich bei der Betriebssequenz der Komponente um einen Einschalt-Vorgang handelt. Der Einschalt-Vorgang zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass hier kurzzeitig Lastspitzen entstehen können, welche sich auf die Gesamt-Energieaufnähme negativ aus¬ wirken. Bei gleichzeitigem Anschalten mehrerer Komponenten kann es hier schnell zu einer Überschreitung der zulässigen Maximallast kommen. Alternativ dazu kann in der Visualisie¬ rung auch eine Anzeige über die aktuell aufgelaufenen Kosten der Energieaufnahme über den beobachteten Zeitraum angezeigt werden. Umgekehrt ist es interessant, Komponenten mit einer positiven Energiebilanz, als Stromerzeuger, darzustellen.
Es ist ebenfalls sehr hilfreich für einen Anwender wenn in der Visualisierung die logische Abhängigkeit zwischen einer ersten Anlagen-Komponente und einer zweiten Anlagen- Komponente in geeigneter Weise berücksichtigt und angezeigt wird .
Für eine effektive Visualisierung der Leistungsaufnahme ein¬ zelner Komponenten einer Anlage werden die Profile des Ener- gieverbrauchs aller Komponenten einer Anlage über eine Zeit¬ leiste aufgetragen. Des Weiteren werden die Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Komponenten bestimmt, um die Zwangsse- rialisierung gewisser Schritte zu modellieren.
Die Visualisierung kann zum einen offline genutzt werden, um ausgehend von bekannten Profilen und Leistungsaufnahmen eine Sequenz für ein klassisches Benutzungsszenario, beispielswei¬ se zum Ein- oder Abschalten bestimmter Komponenten oder der Durchlauf eines Produktionszyklus zu planen und zu verifizie¬ ren. Zum anderen kann damit auch die aktuellen Leistungsauf- nahmen dargestellt werden, um die Anlage effizienter überwachen zu können.
Die Profile können durch den Zulieferer einer Komponente bestimmt werden oder müssen in der Anlage selbst gemessen wer- den.
Neben den Leistungsaufnahmen der einzelnen Komponenten wird auch die Leistungsaufnahme der Gesamt-Anlage oder Teilen der Anlage durch die Summe aller Komponenten dargestellt.
In diesem Schaubild lassen sich weitere Parameter einblenden. wie beispielsweise die Maximallast, die das Energienetz der Anlage überhaupt verträgt. Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
Figur 1 eine Visualisierung bei sequentieller Abarbeitung, Figur 2 eine Überlagerung von Abarbeitungsvorgängen,
Figur 3 Leistungskurven mit statistischer und dynamischer Maximallast
Figur 4 Maximallast bei verschiedenen Sequenzen,
Figur 5 die Darstellung der Abhängigkeiten der Komponenten untereinander
Figur 6 die Darstellung einer optimierten Sequenz.
Figur 1 zeigt die Visualisierung bei drei Komponenten, die alle eingeschaltet werden müssen.
Jede Komponente hat ihr eigenes Profil Kl, K2, K3, in dem die Leistungsaufnahme (beispielsweise während des Einschaltens ) beschrieben ist. Weiterhin ist zu erkennen, dass die drei Komponenten streng sequentiell hintereinander ge"fahren" werden. Zunächst läuft ab Zeitpunkt tl die Komponente 1, sobald diese ihre Sequenz beendet hat zum Zeitpunkt t2 läuft die Komponente 2 und zum Zeitpunkt t3 dann Komponente 3. Zum Zeitpunkt t4 ist dann auch Komponente 3 fertig und die Ab¬ laufsequenz kann ggf. wiederholt werden.
Durch die automatische Summendarstellung Kges lässt dabei sehr einfach erkennen, dass der maximal erlaubte Energiewert Emax nicht überschritten wird.
In Figur 2 zeigt das probeweise Vorziehen der AblaufSequenzen der verschiedenen Komponenten 2 und 3 in der Zeitachse so dass Komponente 2 und 3 zumindest teilweise auf der Zeitachse parallel laufen.
In der summarischen Darstellung der Leistungsaufnahme zeigt sich in Figur 2a (Vorziehen von Komponente 3) sofort die Verletzung der maximal zulässigen Last Emax. Damit kann diese teilweise Parallelisierung der Einschaltsequenz verworfen werden, bevor die Anlage bzw. das Energienetz durch Überlastung Schaden nimmt. In Figur 2b hingegen zeigt die Summendarstellung Kges, dass das parallele Einschalten der Komponenten 1 und 2 zum Zeitpunkt tl nicht zu einer Verletzung der Maximallast Emax führt. Somit kann diese Sequenz von der Anlage gefahren werden, was einen erheblichen Zeitgewinn gegenüber der Ursprungssequenz bedeutet.
Der Vorteil dieser Modellierung und Darstellung ist eine zeitlich optimierte Sequenz, um eine Anlage oder auch einen Teil davon beispielsweise ein- bzw. auszuschalten. Auf Basis dieser Daten kann ein übergeordnetes Energiemanagement-System in Leerlaufzeiten der Anlage, d. h. es erfolgt gerade keine Produktion in dem entsprechenden Anlagenteil, entscheiden, ob das Herunterfahren der Anlage oder Teilen davon möglich ist, um am Ende der Zeit wieder eine vollständig betriebsbereite Anlage zu haben.
Bei ungeplanten Pausen auf Grund von Störungen können die nur indirekt betroffenen Anlagenteile sowohl zeit- als auch ener¬ gieoptimal wieder eingeschaltet werden, so dass die Gesamtan¬ lage schneller wieder betriebsbereit ist.
Des Weiteren kann die Visualisierung neben der statischen Maximallast des Energienetzes auch dynamische Maximallasten an¬ zeigen, die sich beispielsweise aus Vorgaben des Energieversorgungsunternehmens (EVU) ergeben. Ist gerade ein Überschuss an Strom vorhanden, können Anlagenteile gleichzeitig hochge¬ fahren werden.
Figur 3 zeigt exemplarisch die Visualisierung der Leistungsaufnahme von drei Komponenten Kl, K2, K3 sowie die sich daraus ergebende Summe Kges. Diese Kurven können sowohl den ak¬ tuellen Verlauf darstellen als auch auf Werten beruhen, die in vorhergehenden Betriebsphasen bei definierten Produktions schritten aufgezeichnet wurden. Damit lassen sich neben Ein- und Ausschaltszenarien auch sich wiederholende Betriebsszena rien planen.
Außerdem sind bei der Summe auch die statische Maximallast Emax und die dynamische Maximallast des EVU Edyn eingezeich¬ net. Letztere bietet zudem einen Blick in die Zukunft, da da EVU eine Prognose abgibt, wie viel Energie demnächst zur Ver¬ fügung steht. Diese kann durch Erzeuger mit ungleichmäßiger, schwer vorerhsagbarer Energieerzeugungsmenge wie beispiels¬ weise Windenergie oder Solarkraftwerke ebenfalls schwanken. Eine Überschreitung kann in diesem Fall zu Problemen im Netz des EVU sorgen und höhere Kosten nach sich ziehen.
Ebenso ist die generelle Visualisierung von Energiekosten möglich, da es bei einem Überangebot sogar zu negativen Prei- sen kommen kann, sprich der Abnehmer bekommt Geld, weil er den Strom nimmt. Wenn der Produktionsprozess entsprechend flexibel ist, können in so einem Fall energieintensive Akti¬ vitäten vorgezogen werden, da sie nicht nur Kosten sparen, sondern im Gegenteil sogar Gewinn erwirtschaften.
Hat eine Optimierungssoftware verschiedene Sequenzen berech¬ net, lassen sich diese ebenfalls auf Komponenten- und Summenebene darstellen. Des Weiteren kann die errechnete größte auftretende Maximal¬ last Last über der Zeit der Sequenz visualisiert werden, wie in Figur 4 zu sehen ist.
Die Kurve zeigt eine insgesamt fallende Tendenz, wobei der minimale Wert der höchsten Leistungsaufnahme entspricht, die eine einzelne Komponente hat, weil die längste Zeitdauer t der vollständigen Sequentialisierung aller Abläufe, analog zu dem in Figur 1 dargestellten Szenario, entspricht. Jede kürzere Zeit impliziert eine Parallelverarbeitung. Dennoch kann eine kürzere Zeit theoretisch auch zu einer geringeren Maxi- mallast führen, da sich in den Komponenten vorhandene Spitzenlasten günstig zu einander addieren und nicht zeitgleich auftreten .
Außerdem können die logischen Abhängigkeiten der einzelnen Komponenten angezeigt und bei der Verschiebung einzelner Elemente berücksichtigt werden. Figur 5 zeigt sechs Komponenten 1,...6 mit ihren jeweiligen Profilen der Leistungsaufnahmen Kl, ... K6 beim Einschalten sowie der Abhängigkeiten 51, ...55. Dabei hängen die Komponente 2 und 3 von 1 ab, die Kom¬ ponenten 4, 5 und 6 jedoch nur von Komponente 3.
Die logische Abhängigkeiten 51, 52 bedeuten dabei, dass die Komponenten 2 und 3 ihren Ablauf erst beginnen können, wenn die Komponente 1 ihr Betriebsszenario vollständig durchlaufen hat. Das heißt, eine Parallelisierung ist hier nicht möglich. Da die Komponenten 2 und 3 keine Abhängigkeit untereinander haben, lassen sie sich parallelisieren . Dazu wird die Komponente 3 von dem Optimierungsprogramm auf der Zeitachse t unter die Komponente 2 geschoben, so dass diese parallel ablau¬ fen. Wie in Figur 6 zu sehen ist, wird dabei der maximal er¬ laubte Energiewert Emax nicht überschritten.
Die Anzeige der automatisch erstellten optimierten Sequenzen erlaubt zudem eine Nachbehandlung, in der Kriterien herangezogen werden können, die sich gar nicht oder nur mit ungerechtfertigt hohem Aufwand in eine Optimierungssoftware ein¬ beziehen lassen. Hier kann die Erfahrung eines Anlagenfahrers doch wieder in die Sequenz einfließen. Die Visualisierung berücksichtigt dabei die modellierten Abhängigkeiten der Komponenten 4, 5 und 6.
Neben Verbrauchern wie in den bisherigen Beispielen kann eine Anlage auch Energiespeicher oder Erzeuger enthalten. Der Füllgrad der Speicher oder die noch abrufbare Leistung der Erzeuger können in die dynamische Maximallast einbezogen und entsprechend visualisiert werden.
Im Folgenden werden drei Beispiele genannt, die im Projekt Energiemanagement real beobachtet wurden, und sich mittels dieser Visualisierung vorteilhaft für Hersteller und Kunde verbessern lassen.
Beispiel 1: Anlagenplanung
Der Hersteller einer Maschine oder Anlage liefert zu seinem Produkt auch vorbereitete Sequenzen für das Ein- und Aus¬ schalten sowie den Betrieb, die bestimmte energetische Vorga¬ ben einhalten. Durch diese vordefinierten Sequenzen wird die Integration in eine größere Anlage und deren Energiemanage¬ ment erheblich erleichtert. Dabei hilft die Visualisierung bei der Erstellung der Sequenzen, da sich für kleinere Maschinen oder Anlagen kein Simulations- oder Optimierungstool wirtschaftlich einsetzen lässt.
Beispiel 2: Härteöfen
Ein Betrieb mit mehreren Härteöfen muss die Aufwärm- und Abkühlprozesse so planen, dass energetische Schwellwerte (Vor- gaben vom EVU) eingehalten werden. Diese Planung muss immer wieder geändert werden, da Störungen oder Veränderungen im Härteprozess (z. B. Nachhärten einer Charge, Sonderchargen, ... ) wahrscheinlich sind.
Die Visualisierung ermöglicht eine flexible Reaktion auf die Vorgaben von außen, da diese auch in die Zukunft projeziert werden können. Steht demnächst beispielsweise mehr Energie beim EVU zur Verfügung, kann das sehr energieintensive Auf¬ heizen des Härteofens vorgezogen werden. In der Phase mit weniger Energie wird der Ofen nur noch auf Betriebstemperatur gehalten und steht somit rechtzeitig zur Produktion bereit, aber unter Einsparung von Energiekosten.
Beispiel 3: Negative Energiekosten
Neben der bloßen möglichen Bereitstellung der Energie durch den EVU können auch preisliche Aspekte eine große Rolle spie¬ len. Bei einem Überangebot kann es nicht nur sehr niedrige, sondern sogar negative Strompreise geben, so dass der Abnehmer noch Geld verdient, wenn er dem EVU ermöglicht, seine Energie loszuwerden.
Diese Information stellt der EVU beispielsweise über
SmartGrid-Anwendungen zur Verfügung. Die Anlage kann somit als Netzstabilisator dienen. Werden neben der Verfügbarkeit der Energie auch die dazugehörigen Preise visualisiert , kön¬ nen entgegen der Produktionsplanung bestimmte, energieinten- sive Aufgaben vorgezogen werden wie z. B. das Aufheizen eines Härteofens. Dabei dient dieser quasi als Energiespeicher, da er elektrische Energie in Form von Wärme speichert, die ohne¬ hin später im Produktionsprozess gebraucht wird. Die Visuali- sierung ermöglicht auch hier die flexible Reaktion auf solche externen Vorgaben und zeigt unmittelbar über die Abhängigkeiten die Konsequenzen für die Gesamtanlage auf.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Unterstützung bei der Erstellung einer
energieeffizienten Steuerungssequenz einer industriellen Anlage oder eines Teils einer industriellen Anlage, be¬ stehend aus Anlagen-Komponenten,
bei dem Anlagen-Komponenten logische Abhängigkeiten zu einer oder mehreren anderen Anlagen-Komponenten aufweisen können,
bei dem zu jeder der Anlagen-Komponente der Anlage oder des Teil der Anlage Informationen über einen komponentenspezifische Leistungsaufnahmeverlauf während einer vorde¬ finierten Betriebssequenz der Komponente, definiert durch ein jeweils eindeutiges Start- und Stoppereignis im Be¬ trieb der Komponente, existieren,
bei dem eine Visualisierung des Leistungsaufnahmeverlaufs in der Zeitachse jeder einzelnen relevanten Komponente erfolgt wobei der StartZeitpunkt der jeweiligen Betriebs¬ sequenz innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes zunächst frei wählbar ist, und
bei dem eine Ermittlung einer Übersichts-Information zur Gesamt-Leistungsaufnähme aller ausgewählten Anlagen- Komponenten in dem vorgegebenen Zeitraum in Echtzeit durchgeführt wird, durch Kumulation der zur Verfügung stehenden komponentenspezifischen Informationen zum Leistungsaufnahmeverlauf .
2. Verfahren gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Informationen über den komponentenspezifischen Leistungsaufnahmeverlauf für jede Komponente vorbekannt sind.
3. Verfahren gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Informationen über den komponentenspezifische Leis¬ tungsaufnahmeverlauf für jede Komponente zum Zeitpunkt der Durchführung des Verfahrens ermittelt werden. Verfahren gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, da durch gekennzeichnet, dass
die so ermittelte Gesamt-Leistungsaufnähme verglichen wird mit einer zulässigen Maximallast und eine Über¬ schreitung des Vergleichswerts visuell hervorgehoben wird .
Verfahren gemäß Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass
es sich bei der zulässigen Maximallast um einen dynamischen Wert handelt, welcher zeitpunktabhängig ist.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, da durch gekennzeichnet, dass
es sich bei der Betriebssequenz der Komponente um einen Einschalt-Vorgang handelt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, da durch gekennzeichnet, dass
in der Visualisierung die logische Abhängigkeit zwischen einer ersten Anlagen-Komponente und einer zweiten Anla¬ gen-Komponente in geeigneter Weise berücksichtigt und an gezeigt wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, da durch gekennzeichnet, dass
die Kosten der Energieaufnahme über den beobachteten Zeitraum angezeigt werden.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, da durch gekennzeichnet, dass
weitere Anlagen-Komponenten berücksichtigt werden, die eine Leistungsabgabe-Kurve aufweisen.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, da durch gekennzeichnet, dass
sich die Anlagen-Komponenten und/oder die Teil-Anlage je weils in einem definierten Betriebszustand befinden und für die Berücksichtung der logischen Abhängigkeiten zwischen zwei Anlagen-Komponenten neben dem Zeitfaktor auch der jeweilige Betriebszustand der Komponente relevant ist .
Vorrichtung geeignet zur Durchführung des Verfahren gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 9.
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