WO2014048729A1 - Optimierungspotentiale in industriellen anlagen - Google Patents

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WO2014048729A1
WO2014048729A1 PCT/EP2013/068734 EP2013068734W WO2014048729A1 WO 2014048729 A1 WO2014048729 A1 WO 2014048729A1 EP 2013068734 W EP2013068734 W EP 2013068734W WO 2014048729 A1 WO2014048729 A1 WO 2014048729A1
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hardware
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optimisation
period
optimization
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PCT/EP2013/068734
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Marc Schlichtner
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • G06Q10/063—Operations research, analysis or management
    • G06Q10/0639—Performance analysis of employees; Performance analysis of enterprise or organisation operations

Definitions

  • the invention relates to a method for determining at least one optimization potential of an industrial plant.
  • the object of the invention is to easily and reliably detect optimization potentials in industrial plants.
  • This object is achieved by a method for determining at least one optimization potential of an industrial plant, wherein the hardware installed in the system is automatically detected by information from an automation and / or a control system of the system, all for the at least one optimization relevant operating parameters be recorded periodically over a predeterminable first time period, wherein an empirical average value for a predeterminable second time period is calculated for at least one variable characterizing the at least one optimization, wherein the recorded operating parameters are analyzed with regard to the at least one optimization potential, characterized in that at least one characteristic quantity at least a theoretical average value for the second period is calculated, which results from a changed driving style and / or from a changed hardware of the system, wherein for the Variegated the driving style and the changed hardware known data from comparable systems and / or comparable hardware would be used and wherein at least one difference between the at least one empirical average value and the at least one theoretical average value is determined as the at least one optimization potential.
  • the automatic detection of the installed hardware takes place by means of a secure access in the industrial environment
  • Automation eg "Engineering Station", Step 7
  • PCS7 control system
  • devices and components eg converters
  • predetermined period for example, for a week
  • the period is to choose depending on the system and the respective hardware component sufficiently short that meaningful statements about the temporal behavior are possible.
  • Relevant operating parameters are, for example, running time, current, voltage, power, load, load change, torque, etc., which are also present in the automation or in the control system.
  • an empirical average value for a predeterminable second time period is calculated for at least one variable characterizing the at least one optimization, for example energy consumption per day or throughput per hour.
  • This empirical average value is at least compared to a theoretical average value - of course for the same period - which results from (or would result from) a changed driving style and / or hardware of the installation.
  • data from comparable systems and / or hardware are used, which are stored, for example, in a database (on a server of the energy consultant using the method).
  • a changed driving style can result, for example, from a better coordination of processes in the system, which can be shorter
  • Downtime may result from hardware components, or from the fact that shut down components with downtime during this to save energy.
  • a changed driving style can also result from a changed (more efficient) hardware, if the new hardware, e.g. has shorter run-up times or is simply more efficient.
  • just one engine can be replaced by a similarly powerful engine with lower energy requirements.
  • a plurality of theoretical average values can also be indicated so that optimization potentials for different measures become visible, for example new energy demand per day (or the savings potential as the difference between empirical and theoretical average values) when only one motor is replaced, with additional modernization of the production line. with complete renovation of the plant etc.
  • optimization potentials can also be specified, for example relating to optimizations from a purely technical point of view (eg optimal drive in terms of power class, fixed speed to speed controlled, required actual running time etc.), financial point of view (potential for saving a new motor, different setups, shutdown at Standstill, etc.), maintenance view (reference to problems by comparing, for example, the pattern of the operating or switch-on, the power consumption, etc. with typical values, statements about remaining lifetime due to work already done, etc.) or an overall view as a combination of the aforementioned, that is, for example, from the point of view of the total cost of ownership (TCO, "Total Cost of Ownership").
  • TCO Total Cost of Ownership
  • the proof of the actual optimization after the associated measure is, for example, simple to carry out by applying the method according to the invention again, since in this case a corresponding empirical average value is first determined, which is then determined with that of before Optimization can be easily compared.
  • a protocol level of the automation and / or the control system is used for the automatic detection of the installed hardware.
  • the invention relates to a method for determining at least one optimization potential of an industrial plant.
  • the hardware installed in the installation be automatically acquired via information from an automation and / or a system control system, that all operating parameters relevant for the at least one optimization periodically over a predeterminable first period be recorded that for at least one of the at least one optimization characterizing
  • the recorded operating parameters are analyzed with regard to the at least one optimization potential, characterized in that at least one theoretical average value for the second period is calculated for the at least one characteristic quantity an altered driving style and / or from a modified hardware of the system shows that for the changed driving style and the changed hardware known data from comparable systems and / or comparable hardware are used and that as the at least one optimization potential at least a difference between the at least one empirical Average value and the at least one theoretical average value is determined.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung zumindest eines Optimierungspotentials einer industriellen Anlage. Um Optimierungspotentiale einfach und zuverlässig ermitteln zu können, wird vorgeschlagen, dass die in der Anlage installierte Hardware automatisch über Informationen aus einer Automatisierung und/oder einem Leitsystem der Anlage erfasst wird, dass alle für die zumindest eine Optimierung relevanten Betriebsparameter über einen vorgebbaren ersten Zeitraum periodisch aufgezeichnet werden, dass für zumindest eine die zumindest eine Optimierung kennzeichnende Größe ein empirischer Durchschnittswert für einen vorgebbaren zweiten Zeitraum berechnet wird, dass die aufgezeichneten Betriebsparameter in Hinblick auf das zumindest eine Optimierungspotential analysiert werden, dadurch dass für die zumindest eine kennzeichnende Größe zumindest ein theoretischer Durchschnittswert für den zweiten Zeitraum berechnet wird, der sich aus einer veränderten Fahrweise und/oder aus einer veränderten Hardware der Anlage ergibt, dass für die veränderte Fahrweise und die veränderte Hardware bekannte Daten von vergleichbaren Anlagen und/oder vergleichbarer Hardware herangezogen werden und dass als das zumindest eine Optimierungspotential zumindest eine Differenz zwischen dem zumindest einen empirischen Durchschnittswert und dem zumindest einen theoretischen Durchschnittswert ermittelt wird.

Description

Beschreibung
Optimierungspotentiale in industriellen Anlagen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung zumindest eines Optimierungspotentials einer industriellen Anlage.
Ein derartiges Verfahren kommt insbesondere im Umfeld der Anlagenmodernisierung und Energieberatung zum Einsatz. Es ist also zum Einen die Serviceleistung der Beratung, d.h. das
Aufzeigen von Optimierungspotentialen, gefragt, zum Anderen können diese Potentiale häufig nur durch den Einsatz effizienterer und damit „grüner" Produkte ausgeschöpft werden. Die Herausforderung besteht dabei darin, dass ein „grünes Pro- dukt" allein nur ein bedingtes Verkaufsargument ist und Optimierungspotentiale darüber hinaus schwer und nur mit Experten im heterogenen Industrie-Umfeld zu finden sind.
Heute werden die Optimierungspotentiale im Wesentlichen durch erfahrene Energieberater bei einer Anlagenbegehung identifiziert (in der Regel einmalig) und im Rahmen eines Audit- Berichts dem Kunden übergeben.
Anlagenzustände können dabei oft nur teilweise erfragt / auditiert werden und müssen im Vertrauen auf die Korrektheit der Kundenaussagen hingenommen werden. Ein Tiefgang in einzelne Komponenten und eine regelmäßige automatische Aktualisierung ist nicht möglich. Weder der Energieberater noch in der Regel der Kunde hat eine aktuelle Übersicht über den mo- mentanen Status / Zustand der Komponenten und deren Energieverbrauch .
Da keine stets aktuellen Werte vorliegen, liegt auch keine Historie vor, die z.B. für eine Einsparungsberechnung oder ein sogenanntes „Performance Contracting" zur Platzierung neuer Produkte und Lösungen als Grundlage herangezogen werden können. Es besteht oft nur die Möglichkeit eines Nachweises der vorab theoretisch berechneten Einsparung nach der Reali- sierungsphase , was aufgrund der unsicheren Datenlage ein Risiko für den Energieberater darstellt.
Mit den aktuellen Möglichkeiten gibt es keine aus Kostensicht interessante Lösung, immer aktuelle Daten sowie die Historie kontinuierlich und automatisiert zu erhalten. Eine umfangreiche Messlösung mit einer Vielzahl von Sensoren wäre heute technisch schon machbar, würde aber aus wirtschaftlicher Sicht völlig unrentabel sein. Darüber hinaus würde eine sol- che teure Lösung auch immer noch nicht alle benötigten Daten liefern .
Daher handeln viele Unternehmen heute nicht, da das Auffinden der Optimierungspotentiale zu teuer ist und der wirtschaftli - che Nutzen vom Energieberater vorab nicht sicher nachweisbar und damit vertraglich auch nicht zuzusichern ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Optimierungspotentiale in industriellen Anlagen einfach und zuverlässig zu er- mittein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Ermittlung zumindest eines Optimierungspotentials einer industriellen Anlage, wobei die in der Anlage installierte Hardware automa- tisch über Informationen aus einer Automatisierung und/oder einem Leitsystem der Anlage erfasst wird, wobei alle für die zumindest eine Optimierung relevanten Betriebsparameter über einen vorgebbaren ersten Zeitraum periodisch aufgezeichnet werden, wobei für zumindest eine die zumindest eine Optimie- rung kennzeichnende Größe ein empirischer Durchschnittswert für einen vorgebbaren zweiten Zeitraum berechnet wird, wobei die aufgezeichneten Betriebsparameter in Hinblick auf das zumindest eine Optimierungspotential analysiert werden, dadurch dass für die zumindest eine kennzeichnende Größe zumindest ein theoretischer Durchschnittswert für den zweiten Zeitraum berechnet wird, der sich aus einer veränderten Fahrweise und/oder aus einer veränderten Hardware der Anlage ergibt, wobei für die veränderte Fahrweise und die veränderte Hard- wäre bekannte Daten von vergleichbaren Anlagen und/oder vergleichbarer Hardware herangezogen werden und wobei als das zumindest eine Optimierungspotential zumindest eine Differenz zwischen dem zumindest einen empirischen Durchschnittswert und dem zumindest einen theoretischen Durchschnittswert ermittelt wird.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt die automatische Erfassung der installierten Hardware durch einen - im industri- eilen Umfeld selbstverständlich sicheren - Zugriff auf die
Automatisierung (z.B. „Engineering Station", Step 7) und/oder auf das Leitsystem (z.B. PCS7) , bei denen zumindest die wesentlichen Informationen über die installierte Hardware wie Geräte und Komponenten (z.B. Umrichter), die direkt mit der Automatisierung kommunizieren, und auch Messfühler und
Sensorik vorhanden sind.
In einem nächsten Schritt werden alle für die zumindest eine Optimierung relevanten Betriebsparameter über einen
vorgebbaren ersten Zeitraum (z.B. für eine Woche) periodisch aufgezeichnet, wobei die Periode abhängig von der Anlage und der jeweiligen Hardware-Komponente hinreichend kurz zu wählen ist, dass sinnvolle Aussagen über das zeitliche Verhalten möglich sind. Relevante Betriebsparameter sind beispielsweise Laufzeit, Strom, Spannung, Leistung, Last, Lastwechsel, Drehmoment etc., die ebenfalls in der Automatisierung bzw. im Leitsystem vorliegen.
Hieraus wird für zumindest eine die zumindest eine Optimie- rung kennzeichnende Größe ein empirischer Durchschnittswert für einen vorgebbaren zweiten Zeitraum berechnet, also beispielsweise Energieverbrauch pro Tag oder Durchsatz pro Stunde. Auf diese Weise erhält man einen verlässlicheren Ausgangspunkt für die Berechnung von Optimierungspotentialen, als man ihn z.B. durch eine einmalige Begehung und Kundenbefragungen erzielen kann. Diesem empirischen Durchschnittswert wird zumindest ein theoretischer Durchschnittswert - natürlich für den gleichen Zeitraum - gegenübergestellt, der sich aus einer veränderten Fahrweise und/oder Hardware der Anlage ergibt (bzw. ergeben würde) . Hierfür werden Daten von vergleichbaren Anlagen und/oder Hardware herangezogen, die beispielsweise in einer Datenbank (auf einem Server des das Verfahren anwendenden Energieberaters) gespeichert sind. Eine veränderte Fahrweise kann sich beispielsweise durch eine bessere Abstimmung von Prozessen in der Anlage ergeben, die zu kürzeren
Stillstandszeiten von Hardware-Komponenten führen kann, oder aus dem Umstand, Komponenten mit Stillstandszeiten während dieser abzuschalten, um Energie zu sparen. Eine veränderte Fahrweise kann sich insbesondere aber auch durch eine verän- derte (effizientere) Hardware ergeben, wenn die neue Hardware z.B. kürzere Hochlaufzeiten aufweist oder schlicht leistungsfähiger ist. Es kann natürlich auch einfach nur ein Motor durch einen gleich leistungsfähigen Motor mit geringerem Energiebedarf ersetzt werden. Erfindungsgemäß können dabei auch mehrere theoretische Durchschnittswerte angegeben werden, so dass Optimierungspotentiale für verschiedene Maßnahmen sichtbar werden, also beispielsweise neuer Energiebedarf pro Tag (bzw. das Einsparpotential als Differenz der empirischen und theoretischen Durchschnittswerte) bei Austausch nur eines Motors, bei zusätzlicher Modernisierung der Fertigungsstraße, bei Komplettsanierung der Anlage etc.
Dabei können auch verschiedene Optimierungspotentiale angegeben werden, beispielsweise betreffend von Optimierungen aus rein technischer Sicht (z.B. optimaler Antrieb in Bezug auf Leistungsklasse, Festdrehzahl zu drehzahlgeregelt, benötigte zu tatsächlicher Laufzeit etc.), finanzieller Sicht (Einsparpotential eines neuen Motors, anderen Setups, Abschaltung bei Stillstand etc.), Instandhaltungssicht (Hinweis auf Probleme durch Vergleich z.B. des Musters der Betriebs- oder Einschaltcharakteristik, des Stromverbrauchs etc. mit typischen Werten, Aussagen über verbleibende Lebenszeit aufgrund bereits geleisteter Arbeit etc.) oder auch einer Gesamtsicht als Kombination der vorgenannten, also z.B. aus Sicht der Gesamtbetriebskosten (TCO, „Total Cost of Ownership") .
Wählt der Kunde aus den dargebotenen Optimierungspotentialen eines aus, ist der Nachweis der tatsächlich erfolgten Optimierung nach erfolgter zugehöriger Maßnahme beispielsweise einfach durch nochmaliges Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens zu führen, da hierbei ja zunächst ein entsprechender empirischer Durchschnittswert bestimmt wird, der dann mit dem von vor der Optimierung einfach verglichen werden kann. Der
Nachweis Richtung Kunde ist besonders relevant, da die Kunden oft eine vertragliche Verpflichtung („Performance
Contracting") inklusive Pönalen wünschen. Dies wird durch die erfindungsgemäße Lösung besonders einfach ermöglicht, da hier automatisch die in der Anlage installierte Hardware erfasst wird und für einen späteren Nachweis, und um die typischen / durchschnittlichen Zustände als Berech- nungs- und Vertragsgrundlage zu erhalten, die Anlagenzustände durch Aufzeichnung der relevanten Betriebsparameter über einen längeren Zeitraum erfasst werden, aus denen dann die möglichen Einspar- und Optimierungspotentiale berechnet werden können . In einer vorteilhaften Form der Ausgestaltung wird für die automatische Erfassung der installierten Hardware auch eine Mustererkennung von Einschalt- und/oder Betriebscharakteris- tika, die sich auf einem Stromnetz der Anlage zeigen, herangezogen .
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird für die automatische Erfassung der installierten Hardware auch eine Protokollebene der Automatisierung und/oder des Leitsystems herangezogen .
Durch die Heranziehung von Mustererkennung und/oder Protokollebene können auch dann genauere Informationen über die installierte Hardware gewonnen werden, wenn diese nicht in der gewünschten Detaillierung (Modell, Versionsnummer etc.) in der Automatisierung bzw. dem Leitsystem vorliegen. Somit kann die Genauigkeit bei der Ermittlung des zumindest einen Optimierungspotentials weiter verbessert werden.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung zumindest eines Optimierungspotentials einer industriellen Anlage. Um Optimierungspotentiale einfach und zuverlässig ermitteln zu können, wird vorgeschlagen, dass die in der Anlage installierte Hardware automatisch über Informationen aus einer Automatisierung und/oder einem Leitsystem der Anlage erfasst wird, dass alle für die zumindest eine Optimierung relevanten Betriebsparameter über einen vorgebbaren ersten Zeitraum periodisch aufgezeichnet werden, dass für zu- mindest eine die zumindest eine Optimierung kennzeichnende
Größe ein empirischer Durchschnittswert für einen vorgebbaren zweiten Zeitraum berechnet wird, dass die aufgezeichneten Betriebsparameter in Hinblick auf das zumindest eine Optimierungspotential analysiert werden, dadurch dass für die zumin- dest eine kennzeichnende Größe zumindest ein theoretischer Durchschnittswert für den zweiten Zeitraum berechnet wird, der sich aus einer veränderten Fahrweise und/oder aus einer veränderten Hardware der Anlage ergibt, dass für die veränderte Fahrweise und die veränderte Hardware bekannte Daten von vergleichbaren Anlagen und/oder vergleichbarer Hardware herangezogen werden und dass als das zumindest eine Optimierungspotential zumindest eine Differenz zwischen dem zumindest einen empirischen Durchschnittswert und dem zumindest einen theoretischen Durchschnittswert ermittelt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung zumindest eines Optimierungspotentials einer industriellen Anlage, wobei die in der Anlage installierte Hardware automatisch über Informationen aus einer Automatisierung und/oder einem Leitsystem der Anlage er- fasst wird, wobei alle für die zumindest eine Optimierung relevanten Betriebsparameter über einen vorgebbaren ersten Zeitraum periodisch aufgezeichnet werden, wobei für zumindest eine die zumindest eine Optimierung kennzeichnende Größe ein empirischer Durchschnittswert für einen vorgebbaren zweiten Zeitraum berechnet wird, wobei die aufgezeichneten Betriebsparameter in Hinblick auf das zumindest eine Optimierungspotential analysiert werden, dadurch dass für die zumindest ei- ne kennzeichnende Größe zumindest ein theoretischer Durchschnittswert für den zweiten Zeitraum berechnet wird, der sich aus einer veränderten Fahrweise und/oder aus einer veränderten Hardware der Anlage ergibt, wobei für die veränderte Fahrweise und die veränderte Hardware bekannte Daten von ver- gleichbaren Anlagen und/oder vergleichbarer Hardware herangezogen werden und wobei als das zumindest eine Optimierungspotential zumindest eine Differenz zwischen dem zumindest einen empirischen Durchschnittswert und dem zumindest einen theoretischen Durchschnittswert ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei für die automatische Erfassung der installierten Hardware auch eine Mustererkennung von Einschalt- und/oder Be- triebscharakteristika, die sich auf einem Stromnetz der Anla- ge zeigen, herangezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 ,
wobei für die automatische Erfassung der installierten Hardware auch eine Protokollebene der Automatisierung und/oder des Leitsystems herangezogen wird.
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EP3441915A1 (de) * 2017-08-09 2019-02-13 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur optimierung von chargenprozessen, computerprogramm mit einer implementierung des verfahrens und nach dem verfahren arbeitendes system

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EPO: "Mitteilung des Europäischen Patentamts vom 1. Oktober 2007 über Geschäftsmethoden = Notice from the European Patent Office dated 1 October 2007 concerning business methods = Communiqué de l'Office européen des brevets,en date du 1er octobre 2007, concernant les méthodes dans le domaine des activités", JOURNAL OFFICIEL DE L'OFFICE EUROPEEN DES BREVETS.OFFICIAL JOURNAL OF THE EUROPEAN PATENT OFFICE.AMTSBLATTT DES EUROPAEISCHEN PATENTAMTS, OEB, MUNCHEN, DE, vol. 30, no. 11, 1 November 2007 (2007-11-01), pages 592 - 593, XP007905525, ISSN: 0170-9291 *

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