WO2014173694A1 - Verfahren zum konditionieren von luft und konditionieranlage - Google Patents

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Abstract

Um ein Verfahren zum Konditionieren von Luft zu bereitzustellen, welches zuverlässig und energieeffizient durchführbar ist, wird vorgeschlagen, dass das Verfahren Folgendes umfasst: -Ermitteln der Ist-Werte mindestens zweier Parameter eines zu konditionierenden Eingangsluftstroms einer Konditionieranlage; -Auswählen eines Betriebszustands der Konditionieranlage auf der Basis eines Modells, mittels welchem eine Vielzahl von möglichen Ist-Werten der mindestens zwei Parameter mit Betriebszuständen der Konditionieranlage verknüpft ist; -Versetzen der Konditionieranlage in den ausgewählten Betriebszustand, so dass ein Ausgangsluftstrom der Konditionieranlage erzeugt wird, dessen Ist-Werte der mindestens zwei Parameter innerhalb vorgegebener Soll-Wertebereiche liegen.

Description

Verfahren zum Konditionieren von Luft und Konditionieranlage
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konditionieren von Luft.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der EP 1 081 442 AI bekannt. Dieses bekannte Verfahren ist ein geregeltes Verfahren, bei welchem eine Konditionieranlage mittels geregelten Aktoren geregelt wird. Mindestens eine der zur Regelung der Konditionieranlage benötigten Reglereingangsgrößen ist dabei eine gemischte Reglereingangsgröße, welche durch Verknüpfung einer Temperatur-Sollwertabweichung mit einer Feuchte-Sollwertabweichung gebildet wird .
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Konditionieren von Luft bereitzustellen, welches zuverlässig und energieeffizient durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Verfahren zum
Konditionieren von Luft Folgendes umfasst:
Ermitteln der Ist-Werte mindestens zweier Parameter eines zu kondi- tionierenden Eingangsluftstroms einer Konditionieranlage;
Auswählen eines Betriebszustands der Konditionieranlage auf der Basis eines Modells, mittels welchem eine Vielzahl von möglichen Ist-Werten der mindestens zwei Parameter mit Betriebszuständen der Konditionieranlage verknüpft ist;
Versetzen der Konditionieranlage in den ausgewählten Betriebszustand, so dass ein Ausgangsluftstrom der Konditionieranlage erzeugt wird, dessen Ist-Werte der mindestens zwei Parameter innerhalb vorgegebener Soll-Wertebereiche liegen.
Dadurch, dass erfindungsgemäß ein Betriebszustand auf der Basis eines Modells ausgewählt wird, kann vorzugsweise zügig, zuverlässig und/oder energieeffizient ein gewünschter Ausgangsluftstrom der Konditionieranlage erzeugt werden.
Unter einem Soll-Wertebereich ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen insbesondere ein Bereich oder eine Spanne von Werten zu verstehen, innerhalb welcher sich ein gewünschter Parameter bewegen darf, um gewünschte Luftstromeigenschaften zu gewährleisten.
Das Modell ist insbesondere ein statisches und/oder dynamisches Modell.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Betriebszustand der Konditionieranlage auf der Basis eines Parameter-Kennfeldes ausgewählt wird, mittels welchem eine Vielzahl von möglichen Ist-Werten der mindestens zwei Parameter mit den Betriebszuständen der Konditionieranlage verknüpft ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Betriebszustand der Konditionieranlage auf der Basis einer Korrelationsfunktion ausgewählt wird, mittels welcher eine Vielzahl von möglichen Ist-Werten der mindestens zwei Parameter mit den Betriebszuständen der Konditionieranlage verknüpft ist.
Unter einer Korrelationsfunktion ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen vorzugsweise jede Gleichung und jedes Gleichungssystem, insbesondere Modellgleichungen und Modellgleichungssysteme, zu verstehen, mittels welcher bzw. welchem ein Zusammenhang zwischen mindestens einer Eingangsgröße und mindestens einer Ausgangsgröße hergestellt wird.
Das Parameter-Kennfeld und/oder die Korrelationsfunktion basieren vorzugsweise auf dem Modell, auf dessen Basis der Betriebszustand der Konditionieranlage ausgewählt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Parameter-Kennfeld und/oder die Korrelationsfunktion unter Verwendung oder auf der Basis eines Modells erstellt oder erzeugt werden oder wurden.
Das Modell ist insbesondere ein Simulationsmodell, insbesondere ein Simulationsmodell der Konditionieranlage oder einer Werkstückbehandlungsanlage, welche die Konditionieranlage umfasst.
Mittels des Modells können vorzugsweise unter Verwendung der Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des Eingangsluftstroms und bei Kenntnis des Betriebszustands der Konditionieranlage die Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des Ausgangsluftstroms der Konditionieranlage ermittelt, insbesondere berechnet und/oder vorhergesagt, werden.
Insbesondere im Umkehrschluss ist es mittels des Modells vorzugsweise zudem möglich, bei Kenntnis der vorgegebenen Soll-Wertebereiche der mindestens zwei Parameter des Ausgangsluftstroms der Konditionieranlage unter Verwendung von ermittelten Ist-Werten der mindestens zwei Parameter des Eingangsluftstroms auf einen gewünschten Betriebszustand der Konditionieranlage zu schließen .
Insbesondere kann mittels des Modells ein Parameter-Kennfeld erzeugt werden, welchem unter Verwendung von ermittelten Ist-Werten der mindestens zwei Parameter des Eingangsluftstroms ein optimierter und/oder besonders energieeffizienter Betriebszustand der Konditionieranlage entnehmbar ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mittels des Parameter-Kennfeldes Steuersignale für die Konditionieranlage bereitstellbar sind, mittels welchen die Konditionieranlage in den gewünschten Betriebszustand versetzbar ist.
Alternativ oder ergänzend zu einem Parameter- Kennfeld kann eine Korrelationsfunktion vorgesehen sein, mittels welcher eine Vielzahl von möglichen Ist-Werten der mindestens zwei Parameter mit den Betriebszuständen der Konditionieranlage verknüpft ist.
Insbesondere kann mittels der Korrelationsfunktion auf der Basis des Modells im Betrieb der Konditionieranlage unter Verwendung der ermittelten Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des Eingangsluftstroms ein effizienter Betriebszustand der Konditionieranlage berechnet werden, um die Einhaltung der Soll-Wertebereiche der Parameter des Ausgangsluftstroms zu gewährleisten .
Günstig kann es sein, wenn ein Parameter die Lufttemperatur ist.
Ein (weiterer) Parameter ist vorzugsweise die Luftfeuchtigkeit (Feuchte).
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die mindestens zwei Parameter ein Parameterpaar bestehend aus Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit (Feuchte) bilden.
Günstig kann es sein, wenn der Eingangsluftstrom erhitzt und/oder gekühlt wird .
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der Eingangsluftstrom befeuchtet und/oder entfeuchtet wird .
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels des Modells eine Vielzahl von möglichen Ist-Werte-Kombinationen, insbesondere Ist- Werte-Paaren, der mindestens zwei Parameter mit jeweils einem Betriebszustand der Konditionieranlage verknüpft ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mittels des Modells der Vielzahl von möglichen Ist-Werte-Paaren, insbesondere Luftfeuchtigkeit und Lufttemperatur, gemeinsam ein Betriebszustand der Konditionieranlage zugeordnet ist. Mittels des Modells, des Parameter-Kennfeldes und/oder der Korrelationsfunktion ist insbesondere eine Vielzahl von möglichen Ist-Werten der mindestens zwei Parameter mit vordefinierten Betriebszuständen der Konditionieranlage verknüpft.
Die Betriebszustände der Konditionieranlage umfassen vorzugsweise jeweils einen Betriebszustand einer Befeuchtungsvorrichtung, einen Betriebszustand einer Entfeuchtungsvorrichtung, einen Betriebszustand einer Heizvorrichtung und/oder einen Betriebszustand einer Kühlvorrichtung .
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die vordefinierten Betriebszustände der Konditionieranlage jeweils einen vordefinierten Betriebszustand einer Befeuchtungsvorrichtung, einen vordefinierten Betriebszustand einer Entfeuchtungsvorrichtung, einen vordefinierten Betriebszustand einer Heizvorrichtung und/oder einen vordefinierten Betriebszustand einer Kühlvorrichtung umfassen.
Ein vordefinierter Betriebszustand ist insbesondere ein auf der Basis des Modells vor der Durchführung des Verfahrens zur Konditionierung von Luft ermittelter, insbesondere berechneter und/oder simulierter, Betriebszustand .
Die auf der Basis des Modells auswählbaren Betriebszustände der Konditionieranlage sind vorzugsweise vordefinierte Betriebszustände der Konditionieranlage.
Durch das Auswählen eines Betriebszustands der Konditionieranlage auf der Basis des Modells und das Versetzen der Konditionieranlage in den ausgewählten Betriebszustand ist insbesondere ein gesteuerter Betrieb der Konditionieranlage durchführbar. Der gesteuerte Betrieb der Konditionieranlage ist insbesondere unabhängig von Ist-Werten der mindestens zwei Parameter des Ausgangsluftstroms der Konditionieranlage. Es kann vorgesehen sein, dass die Konditionieraniage in einen nachregelnden Betriebszustand versetzt wird, in welchem eine Abweichung der Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des Ausgangsluftstroms von den vorgegebenen Soll-Werten ermittelt wird und in welchem zur weiteren Annäherung oder An- gleichung der Ist-Werte an die Soll-Werte eine Nachregelung der Konditionieraniage erfolgt.
Unter einer Nachregelung oder einem nachregelnden Betriebszustand der Konditionieraniage ist insbesondere eine ergänzende Regelung der Konditionieraniage auf der Basis des gesteuerten Betriebszustands zu verstehen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Konditionieraniage nach dem Versetzen in den ausgewählten Betriebszustand in den nachregelnden Betriebszustand versetzt wird, in welchem eine Abweichung der Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des Ausgangsluftstroms von den vorgegebenen Soll-Werten ermittelt wird und in welchem zur weiteren Annäherung der An- gleichung der Ist-Werte an die Soll-Werte eine Nachregelung der Konditionieraniage erfolgt.
Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Befeuchtungsvorrichtung, die Entfeuchtungsvorrichtung, die Heizvorrichtung und/oder die Kühlvorrichtung in einen nachregelnden Betriebszustand versetzt werden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mittels einer Überwachungsvorrichtung ermittelt wird, ob eine Abweichung der Ist- Werte der mindestens zwei Parameter des Ausgangsluftstroms von den vorgegebenen Soll-Werten eine vorgegebene Maximal-Abweichung überschreitet. Um insbesondere die Funktionsfähigkeit der Konditionieraniage überwachen zu können, kann vorzugsweise die Höhe der Abweichungen der Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des Ausgangsluftstroms von den vorgegebenen Soll-Werten ermittelt werden. Mittels der Überwachungsvorrichtung kann vorzugsweise eine Fehlfunktion der Konditionieranlage festgestellt oder ermittelt werden.
Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens konditionierte Luft, insbesondere der Ausgangsluftstrom der Konditionieranlage, kann insbesondere in einer Werkstückbehandlungsanlage verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zum Zuführen von Luft zu einer Werkstückbehandlungsanlage.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Zuführen von Luft zu einer Werkstückbehandlungsanlage weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Konditionieren von Luft beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Günstig kann es sein, wenn der Ausgangsluftstrom der Konditionieranlage als Behandlungsluftstrom einem Behandlungsraum der Werkstückbehandlungsanlage zugeführt wird .
Mittels des Modells ist dabei vorzugsweise die Vielzahl von möglichen Ist- Werten der mindestens zwei Parameter des Eingangsluftstroms der Konditionieranlage mit den Betriebszuständen der Konditionieranlage verknüpft, so dass die erhältlichen Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des Behandlungsluftstroms innerhalb vorgegebener Soll-Wertebereiche liegen.
Der Ausgangsluftstrom der Konditionieranlage kann dabei beispielsweise ein Teil eines Behandlungsluftstroms sein oder den gesamten Behandlungsluftstrom bilden.
Wenn der Ausgangsluftstrom der Konditionieranlage ein Teil des Behandlungsluftstroms ist, so kann der übrige Teil des Behandlungsluftstroms insbesondere ein in der Werkstückbehandlungsanlage geführter Umluftstrom sein. Wenn der Ausgangsluftstrom der Konditionieranlage den gesamten Behandlungsluftstrom bildet, so ist vorzugsweise ein reiner Zuluftbetrieb der
Werkstückbehandlungsanlage vorgesehen.
Insbesondere dann, wenn der Ausgangsluftstrom der Konditionieranlage einen Teil des Behandlungsluftstroms bildet, kann vorgesehen sein, dass bei dem Modell zur Auswahl des Betriebszustands der Konditionieranlage der Einfluss des in einem Umluftkreislauf geführten Umluftstroms auf die Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des Behandlungsluftstroms berücksichtigt ist.
Das Modell ist vorzugsweise ein anlagenspezifisches Modell.
Vorzugsweise sind bei dem Modell die Dimensionen der Werkstückbehandlungsanlage, insbesondere des Behandlungsraums der Werkstückbehandlungsanlage, berücksichtigt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass bei dem Modell die Art, der Umfang und/oder die Dauer der mittels der Werkstückbehandlungsanlage durchgeführten Werkstückbehandlung berücksichtigt sind .
Der Eingangsluftstrom der Konditionieranlage kann insbesondere ein Frischluftstrom oder ein Umluftstrom oder eine Mischung aus einem Frischluftstrom und einem Umluftstrom sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Betrieb einer Konditionieranlage zum Konditionieren von Luft.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine Konditionieranlage zum Konditionieren von Luft.
Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, eine Konditionieranlage bereitzustellen, mittels welcher zuverlässig und energieeffizient Luft konditionierbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Konditionieraniage zum Kon- ditionieren von Luft gelöst, welche eine Steuervorrichtung und eine
Messvorrichtung zum Ermitteln der Ist-Werte mindestens zweier Parameter eines zu konditionierenden Eingangsluftstroms der Konditionieraniage umfasst, wobei mittels der Steuervorrichtung ein Betriebszustand der Konditionieraniage auf der Basis eines Modells auswählbar ist, mittels welchem eine Vielzahl von möglichen Ist-Werten der mindestens zwei Parameter mit Betriebs- zuständen der Konditionieraniage verknüpft ist, und
wobei mittels der Steuervorrichtung die Konditionieraniage in den ausgewählten Betriebszustand versetzbar ist, so dass ein Ausgangsluftstrom der Konditionieraniage erzeugbar ist, dessen Ist-Werte der mindestens zwei Parameter innerhalb vorgegebener Soll-Wertebereiche liegen.
Die erfindungsgemäße Konditionieraniage weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Die Konditionieraniage umfasst vorzugsweise eine Steuervorrichtung zum Steuern der Konditionieraniage, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Günstig kann es sein, wenn die Steuervorrichtung eine Speichervorrichtung umfasst, auf weicher ein Parameter-Kennfeld und/oder eine Korrelationsfunktion gespeichert ist, wobei mittels des Parameter-Kennfeldes und/oder mittels der Korrelationsfunktion eine Vielzahl von möglichen Ist-Werten der mindestens zwei Parameter mit den Betriebszuständen der Konditionieraniage verknüpft ist.
Die Konditionieraniage umfasst vorzugsweise eine Befeuchtungsvorrichtung, eine Entfeuchtungsvorrichtung, eine Heizvorrichtung und/oder eine Kühlvorrichtung. Insbesondere die Kühlvorrichtung kann zugleich eine Entfeuchtungsvorrichtung sein.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Konditionieranlage mindestens eine Filtervorrichtung und/oder mindestens einen Wärmeüberträger umfasst.
Mittels des Wärmeüberträgers ist vorzugsweise Wärme von einem eine Werkstückbehandlungsanlage verlassenden Abluftstrom auf den Eingangsluftstrom der Konditionieranlage übertragbar.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Konditionieranlage eine Regelvorrichtung umfasst, mittels welcher die Konditionieranlage in einen nachregelnden Betriebszustand versetzbar ist.
In dem nachregelnden Betriebszustand ist vorzugsweise eine Abweichung der Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des Ausgangsluftstroms von den vorgegebenen Soll-Werten ermittelbar.
Ferner ist in dem nachregelnden Betriebszustand vorzugsweise zur weiteren Annäherung oder Angleichung der Ist-Werte an die vorgegebenen Soll-Werte eine Nachregelung der Konditionieranlage durchführbar.
Die Konditionieranlage umfasst günstigerweise eine Überwachungsvorrichtung, mittels welcher ermittelbar ist, ob eine Abweichung der Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des Ausgangsluftstroms von den vorgegebenen Sollwerten eine vorgegebene Maximalabweichung überschreitet.
Die erfindungsgemäße Konditionieranlage eignet sich insbesondere zur Verwendung als Bestandteil oder in Kombination mit einer Werkstückbehandlungsanlage.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine Werkstückbehandlungsanlage, welche eine erfindungsgemäße Konditionieranlage umfasst. Die erfindungsgemäße Werkstückbehandlungsanlage umfasst dabei vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Verfahren und/oder der erfindungsgemäßen Konditionieranlage beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile.
Der Ausgangsluftstrom der Konditionieranlage ist vorzugsweise als Behandlungsluftstrom einem Behandlungsraum der Werkstückbehandlungsanlage zuführbar.
Mittels des Modells ist dabei die Vielzahl von möglichen Ist-Werten der mindestens zwei Parameter des Eingangsluftstroms der Konditionieranlage derart mit den Betriebszuständen der Konditionieranlage verknüpft, dass die erhältlichen Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des Behandlungsluftstroms innerhalb vorgegebener Soll-Wertebereiche liegen.
Die Konditionieranlage kann als Zuluftanlage und/oder als Umluftanlage ausgebildet sein.
Die Konditionieranlage umfasst hierzu neben der Befeuchtungsvorrichtung, der Entfeuchtungsvorrichtung, der Heizvorrichtung und/oder der Kühlvorrichtung vorzugsweise ein Gehäuse, mindestens einen Ventilator (Gebläse), mindestens eine Filtervorrichtung (Filterstufe), eine Strömungsgleichrichtung, mindestens eine Schalldämpfungsvorrichtung (Schalldämpfer) und/oder mindestens einen Wärmeüberträger (Wärmetauscher), insbesondere mindestens ein Wärmerad .
Unter einem Konditionieren von Luft ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen insbesondere eine Behandlung und/oder eine Aufbereitung von Luft zu verstehen.
Die Werkstückbehandlungsanlage ist insbesondere eine Oberflächenbehandlungsanlage, eine Bearbeitungsanlage, eine Beschichtungsanlage, eine
Lackieranlage, eine Trocknungsanlage und/oder eine Reinigungsanlage. Werkstücke sind beispielsweise Fahrzeuge, Fahrzeugteile, Fahrzeugkarosserien, Fahrzeuganbauteile, Möbel und/oder medizinische Geräte.
Ferner können die erfindungsgemäßen Verfahren und/oder die erfindungsgemäßen Anlagen einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen :
Die Konditionierung von Luft erfolgt vorzugsweise zur Prozesssicherung und Qualitätssicherung von Fertigungsprozessen, insbesondere im handwerklichen und industriellen Bereich .
Mittels der Werkstückbehandlungsanlage und/oder in der Werkstückbehandlungsanlage sind vorzugsweise mehrere Prozessschritte durchführbar, insbesondere das Reinigen und/oder Entfetten von Werkstücken, eine Konversionsschichtbildung (beispielsweise Phosphatieren) auf den Werkstücken, ein Lackauftrag durch Tauchen, ein Lackauftrag durch Spritz- oder Sprühapplikation, das Einbrennen oder Aushärten der Lackschicht, eine Kontrolle der Werkstücke und/oder eine Nacharbeit der Werkstücke.
Insbesondere beim Lackieren von Werkstücken werden vorzugsweise folgende Soll-Werte und Soll-Wertebereiche der relativen Feuchte und der Temperatur des Behandlungsluftstroms verwendet:
Bei der Verwendung von Lösemittellack beträgt die relative Feuchte vorzugsweise mindestens ungefähr 40 % und/oder höchstens ungefähr 84 % und die Temperatur vorzugsweise mindestens ungefähr 20 °C und/oder höchstens ungefähr 30 °C.
Bei der Verwendung von Wasserlack beträgt die relative Feuchte vorzugsweise mindestens ungefähr 60 % und/oder höchstens ungefähr 70 % und die Temperatur vorzugsweise mindestens ungefähr 20 °C und/oder höchstens ungefähr 26 °C. Bei der Verwendung von Einschicht-Wasser-Decklack beträgt die relative Feuchte vorzugsweise mindestens ungefähr 55 % und/oder höchstens ungefähr 75 % und die Temperatur vorzugsweise mindestens ungefähr 20 °C und/oder höchstens ungefähr 26 °C.
Bei der Verwendung von Pulverlack, insbesondere Pulver-Füller, beträgt die relative Feuchte vorzugsweise mindestens ungefähr 40 % und/oder höchstens ungefähr 50 % und die Temperatur vorzugsweise mindestens ungefähr 20 °C und/oder höchstens ungefähr 24 °C.
Ferner kann vorgesehen sein, dass bei der Verwendung von Pulverlack, insbesondere Pulver-Klarlack, die relative Feuchte mindestens ungefähr 40 % und/oder höchstens ungefähr 50 % und die Temperatur vorzugsweise mindestens ungefähr 18 °C und/oder höchstens ungefähr 22 °C beträgt.
Im Einzelfall können jedoch, beispielsweise aus Qualitätsgründen, abhängig vom Lacksystem und von dem gewünschten Farbtonspektrum auch andere Klimabedingungen (Soll-Werte und Soll-Wertebereiche) vorgesehen sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die Anforderungen an die Raumluftkonditio- nierung (Konditionierung des Behandlungsluftstroms) in einem Behandlungsraum während der Applikation von Wasserlacken im Vergleich zu den Anforderungen an die Raumluftkonditionierung während der Applikation von Lösemittellacken unterschiedlich, insbesondere enger oder höher, sind. Dies kann beispielsweise an der Wasserverdünnbarkeit und an den besonderen Anforderungen an Qualität und Appearance, beispielsweise der Reproduzierbarkeit und/oder Gleichmäßigkeit der Effektausbildung bei Metalliclacken oder Effektstofflacken, liegen.
Der Frisch- und Abluftbedarf einer beispielsweise als Fahrzeug-Lackiererei ausgebildeten Werkstückbehandlungsvorrichtung zum Lackieren von 30 Karosserien pro Stunde kann beispielsweise bis zu ungefähr 1,4 Mio. Kubikmeter pro Stunde betragen. Durch Reduzierung der Lackschichten, der Lackier- umfänge und durch partielle Umluftführung im Bereich des Behandlungsraumes (Spritzkabine) kann der Frisch- und Abluftbedarf vorzugsweise mindestens auf die Hälfte reduziert werden.
Günstig kann es sein, wenn ein großer Teil, beispielsweise mindestens ungefähr 50 %, insbesondere beispielsweise ungefähr 80 %, der Raumkonditio- nierungsluft (Behandlungsluftstrom) im Kreislauf geführt wird . Insbesondere dann, wenn es sich um eine Lackieranlage mit Trockenabscheidung oder Elektroabscheidung handelt, kann die im Umluftkreislauf geführte Luft, beispielsweise durch die Friktionswärme des Ventilators (Gebläses), erwärmt werden. Mittels einer Kühlvorrichtung der Konditionieranlage, insbesondere einer Umluftanlage, kann dies vorzugsweise kompensiert werden.
Insbesondere zur Entfernung von Schadstoffen wird vorzugsweise ein Teil der Umluft, beispielsweise ungefähr 20 %, entfernt und beispielsweise einer Abluftreinigungsanlage zugeführt. Der entfernte Teil der Umluft wird vorzugsweise mittels einer, insbesondere kleineren, Zuluftanlage ersetzt.
Je nach Fertigungsstandort und eingesetztem Lacksystem können unterschiedliche Anforderungen an die Dimensionierung und Regelung einer Zuluftanlage und/oder Umluftanlage gestellt werden.
Beispielsweise bei sehr kalten Standorten kann eine Kühlvorrichtung entbehrlich sein, da selbst in den Sommermonaten keine hohen Temperaturen zu erwarten sind, welche die Kühlung der zugeführten Luft erforderlich machen würden.
Beispielsweise bei einem feuchtwarmen Standort, bei welchem über das ganze Jahr hinweg hohe Temperaturschwankungen und/oder Feuchtigkeitsschwankungen gegeben sind, kann vorzugsweise mittels einer Kühlvorrichtung einfacher eine gewünschte Konditionierung der Luft erfolgen. Unabhängig von einem Standort der Konditionieranlage und/oder der Werkstückbehandlungsanlage können Wetterumschwünge hohe Anforderungen an den regelungstechnischen Aufwand der Konditionieranlage stellen, beispielsweise aufgrund von aufziehenden Gewittern mit schnellem Anstieg der relativen Luftfeuchtigkeit. Durch das gezielte Auswählen eines Betriebszustandes der Konditionieranlage auf der Basis eines Modells kann dieser regelungstechnische Aufwand vorzugsweise vereinfacht und die Konditionieranlage zuverlässiger und energieeffizienter betrieben werden .
Ein Soll-Wertebereich oder die Soll-Wertebereiche der mindestens zwei Parameter des Behandlungsluftstroms werden beispielsweise auch als Spritz- kabinenluftkonditionierungsfenster oder als "Drying Line" bezeichnet.
Es kann vorgesehen sein, dass die Soll-Wertebereiche einzelne bevorzugte Arbeitspunkte, beispielsweise für den Winter und den Sommer, umfassen.
Die Arbeitspunkte sind vorzugsweise bei der Auslegung der Konditionieranlage und/oder der Werkstückbehandlungsanlage festgelegt.
Vorzugsweise erfolgt eine Koordinierung von Konditioniervorrichtungen der Konditionieranlage, insbesondere einer Befeuchtungsvorrichtung, einer Entfeuchtungsvorrichtung, einer Heizvorrichtung und/oder einer Kühlvorrichtung, mittels eines globalen Modells, welches die Umgebungstemperatur und Umgebungsfeuchte der Konditionieranlage berücksichtigt. Die Regelung lässt sich vorzugsweise durch Anlagenparameter vorparametrieren.
Günstig kann es sein, wenn eine Regelung sich in einen Vorwärtspfad (Vorsteuerung) und einen Rückwärtspfad (Regelung) aufteilen lässt. Vorzugsweise erfolgt die Vorsteuerung durch Auswählen des Betriebszustands auf der Basis des Modells. Die Regelung ist vorzugsweise die Nachregelung .
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Vorsteuerung eine energieoptimale Stellgrößenkombination für die Konditioniervorrichtungen der Konditionieranlage und einen optimalen Soll-Wert in einem vorgegebenen Soll- Wertebereich berechnet, insbesondere basierend auf dem Modell durch die Lösung eines Optimierungsproblems.
Vorzugsweise wird eine optimale Lösung aus Temperatur und Feuchte des Eingangsluftstroms berechnet.
Günstig kann es sein, wenn das Vorsteuerungssignal (ein Steuersignal einer Steuervorrichtung), mittels welchem die Konditionieranlage in den ausgewählten Betriebszustand versetzbar ist, durch ein Reglersignal (Nachregelung; Steuersignal einer Regelvorrichtung) ergänzt wird . Das Reglersignal wird vorzugsweise unter Verwendung der Ist-Werte der Temperatur und Feuchte der ausströmenden Luft (Ausgangsluftstrom) berechnet.
Mittels der Vorsteuerung und der Regelung kann vorzugsweise eine Zwei- Freiheitsgrade-Struktur realisiert werden.
Insbesondere dann, wenn die Regelungsstruktur ein Modell der Konditionieranlage umfasst, kann die Ansteuerstrategie der einzelnen Konditioniervorrichtungen (Module) vorzugsweise so gestaltet werden, dass beispielsweise ein energieoptimaler Betrieb immanent eingeprägt wird .
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn das Regelungskonzept für industrielle Konditionieranlagen auf einem globalen Modellansatz zur energieoptimalen Regelung beruht.
Die Stellsignale (Steuersignale und/oder Regelsignale zum Versetzen in Be- triebszustände) der einzelnen Konditioniervorrichtungen werden vorzugsweise zentral koordiniert.
Vorzugsweise können Strategiewechsel, beispielsweise bei Wetterumschwüngen, berücksichtigt werden . Ferner können vorzugsweise Stellgrößenkombinationen sowie Soll-Werte energieoptimal berechnet werden.
Die Algorithmen der Berechnungsstrategie sind vorzugsweise auf die bei Zuluftanlagen und/oder Umluftanlagen typische Prozesssteuerungshardware und/oder Prozesssteuerungssoftware abgestimmt.
Insbesondere kann hierbei das komplexe Optimierungsproblem auf ein numerisch hocheffizient lösbares lineares Optimierungsproblem reduziert werden. Durch sukzessives Lösen des reduzierten Problems wird die Lösung des komplexen Problems vorzugsweise hinreichend genau angenähert.
Es kann vorgesehen sein, dass die koordinierende Regelung durch physikalisch interpretierbare Anlagenparameter vorparametriert wird .
Vorzugsweise kann insbesondere hinsichtlich der großen Zeitkonstanten bei Zuluftanlagen und/oder Umluftanlagen eine erhebliche Aufwandsersparnis und/oder Zeitersparnis gegenüber dezentralen Lösungen ermöglicht werden .
Vorzugsweise kann die Gefahr des Aufschwingens der Konditioniervorrich- tungen und das Entstehen von Grenzzyklen reduziert, insbesondere ganz vermieden, werden.
Vorzugsweise werden thermodynamische Wechselwirkungen, wie beispielsweise die Kopplung von Temperatur und relativer Feuchte, im Modell berücksichtigt. Hierdurch kann vorzugsweise das Steuer- und/oder Regelverhalten optimiert werden.
Günstig kann es sein, wenn das Steuer- und/oder Regelverhalten einer Anlage, insbesondere einer Konditionieranlage und/oder einer Werkstückbehandlungsanlage, bereits während des Auslegungsprozesses simuliert wird . Insbesondere kann eine automatische modellbasierte Vorparametrierung erfolgen. Hierdurch kann vorzugsweise bereits in einer frühen Projektphase ein Mangel der Anlage in Bezug auf das dynamische Steuer-, Regel- und
Störverhalten erkannt werden.
Durch die Verwendung eines Modells kann vorzugsweise ferner ein Zugang zu einer differenzierten Fehlerdiagnose ermöglicht werden. Von Erwartungswerten abweichende Ist-Werte von Parametern (Systemparametern) können zu einer Abweichung von einem stationären Verhalten gemäß dem Modell führen. Hieraus kann ein verändertes Verhalten der Regelung resultieren, was zu Diagnosezwecken genutzt werden kann.
Der vorgegebene Soll-Wertebereich ist vorzugsweise die Menge der Arbeitspunkte auf einer Verbindungslinie im Lufttemperatur-Luftfeuchtigkeits- Diagramm (oder Enthalpie-Feuchte-Diagramm) zwischen einem Sommerarbeitspunkt und einem Winterarbeitspunkt.
Vorzugsweise werden die Umgebungstemperatur und die Umgebungsfeuchte sowie die Verbindungslinie zwischen dem Sommerarbeitspunkt und dem Winterarbeitspunkt im Lufttemperatur-Luftfeuchtigkeits-Diagramm zur Berechnung von optimalen Stellgrößen und einem optimalen Soll-Wert verwendet.
Die Verbindungslinie kann auch als Drying Line bezeichnet werden.
Die Vorsteuerung ermöglicht vorzugsweise eine Koordinierung der einzelnen Konditioniervorrichtungen basierend auf einem, insbesondere physikalischen, Modell.
Zur Optimierung der im ausgewählten Betriebszustand der Konditionieranlage erzielbaren Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des Ausgangsluftstroms erfolgt vorzugsweise eine Nachregelung, beispielsweise durch eine Ausgangsrückführung. Zur Realisierung der Regelung können vorzugsweise bekannte Lösungsverfahren, beispielsweise dezentrale Regler unter Verwendung von linearen PI- Reglern, vorgesehen sein.
Vorzugsweise werden die Soll-Werte der mindestens zwei Parameter des Ausgangsluftstroms berechnet, um konsistente Reglersignale bezogen auf die Steuersignale zu gewährleisten.
Der Stellgrößenanteil der Regelung wird vorzugsweise aus der Differenz zwischen den Ist-Werten der mindestens zwei Parameter des Ausgangsluftstroms und den zugehörigen Soll-Werten errechnet.
Alternativ oder ergänzend zu einer dezentralen Regelung kann auch eine modellbasierte, lineare MIMO-Regelung vorgesehen sein.
Zusammen bilden die Vorsteuerung und die Regelung vorzugsweise eine koordinierende Temperatur- und Feuchteregelung .
Durch Überwachung der Übereinstimmung des Systemverhaltens mit einem, insbesondere simulierten, Modellverhalten kann vorzugsweise die Konditio- nieranlage überwacht werden. Dabei muss ein Steuersignal einer Steuervorrichtung der Konditionieranlage mittels einer Regelvorrichtung umso weniger korrigiert werden, je besser das Modellverhalten mit dem Systemverhalten übereinstimmt.
Durch einen veränderten Regleranteil kann vorzugsweise ein fehlerhafter Betriebszustand erfasst werden. Insbesondere können abrupt auftretende Fehler, wie beispielsweise eine Fehlstellung eines Ventils, und/oder Langzeiteffekte, beispielsweise Verschleißerscheinungen, erkannt werden.
Insbesondere können abrupt auftretende Fehler direkt erfasst und durch Warnmeldungen diagnostiziert werden. Langzeiteffekte können vorzugsweise durch statistische Auswertungen der Regleranteile ermittelt werden.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen : eine schematische Schnittdarstellung durch eine Werkstückbehandlungsanlage, welche eine Konditioniervorrichtung zum Konditionieren von Luft umfasst;
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Konditionier- anlage;
Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Illustration der Funktionsweise einer Konditionieranlage;
Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Illustration der Steuerung und
Regelung einer Konditionieranlage;
Fig. 5 ein Diagramm zur Illustration der Betriebsweise einer
Konditionieranlage;
Fig. 6 ein der Fig . 5 entsprechendes schematisches Diagramm zur Illustration von verschiedenen Betriebsbereichen einer Konditionieranlage;
Fig . 7 eine schematische Darstellung zur Illustration der Steuerung
einer Konditionieranlage; und Fig. 8 eine weitere schematische Darstellung zur Illustration der
Steuerung einer Konditionieranlage.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Eine in Fig. 1 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Werkstückbehandlungsanlage ist beispielsweise als eine Lackieranlage 102 zum Lackieren von Werkstücken 103, insbesondere Fahrzeugkarosserien, ausgebildet.
Die Werkstückbehandlungsanlage 100 umfasst hierzu einen Behandlungsraum 104, welcher insbesondere als eine Lackierkabine 106 ausgebildet ist, und eine Luftführungsvorrichtung 108, mittels welcher ein Luftstrom durch den
Behandlungsraum 104 hindurchführbar ist.
Dieser Luftstrom wird nachfolgend als Behandlungsluftstrom 109 bezeichnet.
Die Werkstückbehandlungsanlage 100 umfasst eine Filteranlage 110, mittels welcher der durch den Behandlungsraum 104 geführte Behandlungsluftstrom 109 reinigbar ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mittels der Filteranlage 110 Lack- Overspray, welcher von dem Behandlungsluftstrom 109 in dem Behandlungsraum 104 aufgenommen wurde, aus dem Behandlungsluftstrom 109 abtrennbar ist.
Die Luftführungsvorrichtung 108 umfasst eine beispielsweise als Zuluftanlage 112 ausgebildete Konditionieranlage 114.
Mittels der Konditionieranlage 114 kann Umgebungsluft, insbesondere Frischluft, als Eingangsluftstrom 152 angesaugt, konditioniert und beispielsweise über ein Plenum 116 der Werkstückbehandlungsanlage 100 als Behandlungsluftstrom 109 dem Behandlungsraum 104 zugeführt werden. Die Konditionieraniage 114 umfasst einen Zuluftkanal 118, ein Gebläse 120 zum Antreiben des Luftstroms sowie mehrere Konditioniervorrichtungen 122.
Beispielsweise umfasst die Konditionieraniage 114 eine als Heizvorrichtung 124 ausgebildete Konditioniervorrichtung 122, eine als Kühlvorrichtung 126 ausgebildete Konditioniervorrichtung 122, eine als Befeuchtungsvorrichtung 128 ausgebildete Konditioniervorrichtung 122 und/oder eine als Entfeuchtungsvorrichtung 130 ausgebildete Konditioniervorrichtung 122.
Mittels der Konditioniervorrichtung 122 kann der durch die Konditionieraniage 114 geführte Luftstrom somit erhitzt, gekühlt, befeuchtet und/oder entfeuchtet werden.
Die Konditionieraniage 114 umfasst ferner zwei Filtervorrichtungen 132.
Bezüglich einer Strömungsrichtung 134 des Luftstroms ist dabei eine stromaufwärts der Konditioniervorrichtungen 122 angeordnete, als Vorfilter 136 ausgebildete Filtervorrichtung 132 sowie eine stromabwärts der Konditioniervorrichtungen 122 angeordnete, als Nachfilter 138 ausgebildete Filtervorrichtung 132 vorgesehen.
Insbesondere die Konditioniervorrichtungen 122, die Filtervorrichtungen 132 und das Gebläse 120 sind in einem Gehäuse 150 der Konditionieraniage 114 angeordnet.
Ein Abluftkanal 140 der Luftführungsvorrichtung 108 dient der Abführung des mittels der Filteranlage 110 gereinigten Behandlungsluftstroms 109.
Der Zuluftkanal 118 und der Abluftkanal 140 sind vorzugsweise mittels eines Wärmeüberträgers 142 thermisch miteinander gekoppelt. Der Wärmeüberträger 142 ist beispielsweise als ein Wärmerad 144 ausgebildet und dient insbesondere der Übertragung von Wärme von dem in dem Abluftkanal 140 geführten Luftstrom (gereinigter Behandlungsluftstrom 109) auf den in dem Zuluftkanal 118 geführten Luftstrom (Eingangsluftstrom 152).
Die Konditionieranlage 114 umfasst schließlich noch eine Messvorrichtung 146, mittels welcher die Ist-Werte von mindestens zwei Parametern des durch den Zuluftkanal 118 zugeführten Eingangsluftstroms 152 der Konditionieranlage 114 ermittelbar sind.
Basierend auf den ermittelten Ist-Werten kann eine optimierte Steuerung oder Regelung der Konditionieranlage 114 und somit der gesamten Werkstückbehandlungsanlage 100 erfolgen.
Die in Fig. 1 dargestellte Werkstückbehandlungsanlage 100 funktioniert wie folgt:
Mittels der Messvorrichtung 146 werden die Ist-Werte von mindestens zwei Parametern des Eingangsluftstroms 152 der Konditionieranlage 114 ermittelt. Insbesondere wird die Lufttemperatur und die Luftfeuchtigkeit, insbesondere die relative Feuchte, ermittelt.
Auf der Basis der Ist-Werte der mindestens zwei Parameter wird die Konditionieranlage 114 in einen bestimmten Betriebszustand versetzt, um den Eingangsluftstrom 152 gezielt derart zu konditionieren, dass dieser nach dem Durchströmen der Konditionieranlage 114 und somit beim Verlassen derselben als Ausgangsluftstrom 154 der Konditionieranlage 114 eine vorgegebene, gewünschte Lufttemperatur und eine vorgegebene, gewünschte Luftfeuchtigkeit aufweist.
Der Ausgangsluftstrom 154 der Konditionieranlage 114 wird als Behandlungsluftstrom 109 dem Behandlungsraum 104 zugeführt. Dadurch, dass der Behandlungsluftstrom 109 eine vorgegebene Lufttemperatur und eine vorgegebene Luftfeuchtigkeit aufweist, herrschen in dem Behandlungsraum 104 optimale Bedingungen zur Behandlung von Werkstücken 103, insbesondere zum Lackieren von Werkstücken 103.
Nach dem Durchströmen des Behandlungsraums 104 wird der Behandlungsluftstrom 109 mittels der Filteranlage 110 gereinigt und über den Abluftkanal 140 abgeführt.
Die in dem gereinigten Behandlungsluftstrom 109 enthaltene Wärme wird mittels des Wärmeüberträgers 142 zumindest teilweise auf den durch den Zuluftkanal 118 geführten Eingangsluftstrom 152 übertragen und somit vorzugsweise nicht ungenutzt an die Umgebung der Werkstückbehandlungsanlage 100 abgegeben.
Eine in Fig. 2 dargestellte alternative Ausführungsform einer Konditionieran- lage 114 unterscheidet sich von der in Fig . 1 dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Konditionieranlage 114 zwei Heizvorrichtungen 124 sowie eine Schalldämpfungsvorrichtung 148 umfasst.
Bei der Konditionieranlage 114 gemäß Fig . 2 ist eine beispielsweise als
Brenner 147 ausgebildete Heizvorrichtung 124 vorgesehen.
Bezüglich der Strömungsrichtung 134 stromabwärts dieser Heizvorrichtung 124 ist die als Vorfilter 136 ausgebildete Filtervorrichtung 132 angeordnet.
Auf diese Filtervorrichtung 132 folgen in der Strömungsrichtung 134 die Kühlvorrichtung 126, eine als Heißwasserregister ausgebildete Heizvorrichtung 124, die Befeuchtungsvorrichtung 128, die als Nachfilter 138 ausgebildete Filtervorrichtung 132 sowie das Gebläse 120.
Die Schalldämpfungsvorrichtung 148 ist zwischen der als Nachfilter 138 ausgebildeten Filtervorrichtung 132 und dem Gebläse 120 angeordnet. Insbesondere ist die Schalldämpfungsvorrichtung 148 seitlich an einem Gehäuse 150 der Konditionieraniage 114 angeordnet.
Mittels der in Fig . 2 dargestellten Konditionieraniage 114 kann ein der Konditionieraniage 114 zugeführter Eingangsluftstrom 152 somit zunächst erhitzt, dann gereinigt, anschließend gekühlt, erneut erhitzt, befeuchtet und zuletzt erneut gereinigt werden .
Im Übrigen stimmt die in Fig. 2 dargestellte alternative Ausführungsform der Konditionieraniage 114 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der Konditionieraniage 114 der Werkstückbehandlungsanlage 100 aus Fig . 1 überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird .
Nachfolgend wird anhand einer Konditionieraniage 114, bei welcher seriell nacheinander eine Kühlvorrichtung 126, eine Heizvorrichtung 124 und eine Befeuchtungsvorrichtung 128 vorgesehen sind, beispielhaft die Steuerung und/oder Regelung der Konditionieraniage 114 erläutert.
Wie insbesondere Fig . 3 zu entnehmen ist, kann mittels der Konditionieraniage 114 ein Eingangsluftstrom 152 konditioniert werden. Der konditionierte Luftstrom verlässt die Konditionieraniage 114 als Ausgangsluftstrom 154.
Die Kühlvorrichtung 126 ist beispielsweise als Kühlregister ausgebildet.
Die Heizvorrichtung 124 ist beispielsweise als Heizregister ausgebildet.
Zur Kühlung des durch die Konditionieraniage 114 geführten Luftstroms wird vorzugsweise (nicht dargestellten) Registerrohren der Kühlvorrichtung 126 vorzugsweise ein variabler Kühlwasserstrom zugeführt. Zum Erhitzen des durch die Konditionieranlage 114 geführten Luftstroms wird vorzugsweise (nicht dargestellten) Registerrohren der Heizvorrichtung 124 ein variabler Heißwasserstrom zugeführt.
Die Wasserströme sind vorzugsweise über (nicht dargestellte) Ventile einstellbar, insbesondere steuerbar und/oder regelbar.
Die Befeuchtungsvorrichtung 128 umfasst vorzugsweise eine steuerbare und/oder regelbare Befeuchterpumpe 156.
Mittels der Befeuchterpumpe 156 kann ein variabler, insbesondere drehzahlgeregelter Wasserstrom in den durch die Konditionieranlage 114 geführten Luftstrom abgegeben werden.
Der Volumenstrom des durch die Konditionieranlage 114 geführten Luftstroms wird vorzugsweise mittels eines Gebläses 120 (siehe Fig. 1 und 2) konstant gehalten.
Wie insbesondere Fig . 3 zu entnehmen ist, kann vorzugsweise jede Kondi- tioniervorrichtung 122 mit einem separaten Steuersignal 158 angesteuert werden.
Die Konditioniervorrichtungen 122 können somit grundsätzlich einzeln angesteuert und im Wesentlichen unabhängig voneinander betrieben werden.
Wie insbesondere Fig . 4 zu entnehmen ist, weist die Konditionieranlage 114 jedoch vorzugsweise eine übergeordnete Steuervorrichtung 160 zum Steuern der Konditionieranlage 114 auf.
Die Steuervorrichtung 160 ist mit einer Messvorrichtung 146 verbunden, mittels welcher die Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des zu konditio- nierenden Eingangsluftstroms 152 ermittelbar und mittels eines Kontroll- oder Messsignals 172 an die Steuervorrichtung 160 übergebbar sind. Die Steuervorrichtung 160 umfasst eine Speichervorrichtung 162, auf welcher ein Modell 164 oder eine auf einem Modell 164 beruhende Verknüpfung zwischen einer Vielzahl von möglichen Ist-Werten der mindestens zwei Parameter des Eingangsluftstroms 152 mit Betriebszuständen der Konditionieranlage 114 gespeichert ist.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mittels der Speichervorrichtung 162 ein Parameter-Kennfeld 166 und/oder eine Korrelationsfunktion 168 gespeichert ist.
Auf der Basis und/oder unter Verwendung des Modells 164 kann mittels der Steuervorrichtung 160 aus den ermittelten Ist-Werten der mindestens zwei Parameter des Eingangsluftstroms 152 ein Betriebszustand der Konditionieranlage 114 ausgewählt werden.
Um die Konditionieranlage 114 in diesen Betriebszustand zu versetzen, werden mittels der Steuervorrichtung 160 ein oder mehrere Steuersignale 158 an die Konditioniervorrichtungen 122 der Konditionieranlage 114 abgegeben.
Die Konditionieranlage 114 kann ferner eine Regelvorrichtung 170 umfassen.
Die Regelvorrichtung 170 ist insbesondere mit der Steuervorrichtung 160 und mit einer Messvorrichtung 146 zur Ermittlung der Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des Ausgangsluftstroms 154 verbunden.
Mittels der Regelvorrichtung 170 kann ermittelt werden, ob der mittels der Steuervorrichtung 160 ausgewählte Betriebszustand der Konditionieranlage 114 tatsächlich zu der Einhaltung von gewünschten Soll-Werten der mindestens zwei Parameter des Ausgangsluftstroms 154 führt.
Zwischen den Messvorrichtungen 146, der Steuervorrichtung 160 und der Regelvorrichtung 170 werden Kontroll- oder Messsignale 172 ausgetauscht. Wie insbesondere Fig. 4 zu entnehmen ist, ist das den Konditioniervor- richtungen 122 zugeführte Steuersignal 158 ein effektives Steuersignal 158e, welches sich aus zwei Steuersignalen 158 zusammen setzt, nämlich aus einem Steuersignal 158s der Steuervorrichtung 160 und einem Steuersignal 158r der Regelvorrichtung 170.
Dabei erfolgt mittels der Regelvorrichtung 170 vorzugsweise nur eine geringfügige Korrektur des Steuersignals 158s der Steuervorrichtung 160, da vorzugsweise auf der Basis des Modells 164 mittels der Steuervorrichtung 160 bereits ein Betriebszustand der Konditionieranlage 114, insbesondere der Konditioniervorrichtungen 122, erhältlich ist, welcher die Einhaltung der Soll- Werte der mindestens zwei Parameter des Ausgangsluftstroms 154 gewährleistet. Durch Überwachung der Abweichung der Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des Ausgangsluftstroms 154 von den Soll-Werten kann vorzugsweise eine Funktionsüberwachung der Konditionieranlage 114 durchgeführt werden, um Fehlfunktionen und Störungen zu ermitteln . Die Regelvorrichtung 170 kann somit eine Überwachungsvorrichtung 171 umfassen.
Die Steuersignale 158, 158e, 158s, 158r können beispielsweise als Vektoren, insbesondere als Stellgrößenvektoren u = [ u i u2 u3]T dargestellt werden. Die Einträge eines Stellgrößenvektors sind vorzugsweise die Stellgrößen der einzelnen Konditioniervorrichtungen 122.
Insbesondere dann, wenn der Anteil der Regelvorrichtung 170 an dem effektiven Steuersignal 158e gering ist, beispielsweise weniger als ungefähr 20 %, insbesondere weniger als ungefähr 10 %, beträgt, kann vorgesehen sein, dass die Regelvorrichtung 170 mit einem linearen Regelkonzept betrieben wird .
Basierend auf dem Modell 164 können mittels der Steuervorrichtung 160 optimale Steuersignale 158 für die Kühlvorrichtung 126, die Heizvorrichtung 124 und die Befeuchtungsvorrichtung 128 erzeugt werden. Vorzugsweise kann ein aufgeweiteter Soll-Wertebereich 174 der mindestens zwei Parameter, insbesondere der Lufttemperatur und der Luftfeuchtigkeit, genutzt werden.
Der Soll-Wertebereich 174 ergibt sich beispielsweise als Verbindungslinie zwischen zwei Arbeitspunkten 176 in einem Diagramm, bei welchem die Lufttemperatur (in °C) über der Luftfeuchtigkeit (in g Wasser/kg trockene Luft) aufgetragen ist (siehe Fig . 5).
Die Arbeitspunkte 176 sind insbesondere ein Sommerarbeitspunkt 176s, in welchem die Konditionieranlage 114 insbesondere im Sommer energieeffizient betreibbar ist, und ein Winterarbeitspunkt 176w, in welchem die Konditionieranlage 114 insbesondere im Winter energieeffizient betreibbar ist.
Der Sommerarbeitspunkt 176s liegt beispielsweise bei einer Lufttemperatur von ungefähr 30 °C und einer relativen Feuchte von ungefähr 65 %.
Der Winterarbeitspunkt 176w liegt beispielsweise bei einer Lufttemperatur von ungefähr 20 °C und einer relativen Feuchte von ungefähr 55 %.
Abhängig von den Ist-Werten der Luftfeuchtigkeit und der Lufttemperatur des Eingangsluftstromes 152 müssen zur Einhaltung der Soll-Werte, d.h. zum Erzielen von Ist-Werten der Parameter des Ausgangsluftstroms 154 innerhalb des Soll-Wertebereichs 174, unterschiedliche Betriebszustände der Konditionieranlage 114 realisiert werden.
Wie beispielsweise anhand des Punktes A in Fig . 5 zu sehen ist, muss bei sehr kalter und trockener Luft sowohl eine Befeuchtung als auch eine Erhitzung des Eingangsluftstroms 152 erfolgen.
Bei heißer trockener Luft (Punkt B) kann eine Befeuchtung des Eingangsluftstroms 152 ausreichend sein, um die Soll-Werte einzuhalten. Bei zu feuchter Luft (Punkt C) kann vorgesehen sein, dass der Eingangsluftstrom 152 gekühlt, dabei entfeuchtet, und anschließend geheizt (erhitzt) wird .
Wie Fig . 6 zu entnehmen ist, können im Wesentlichen fünf unterschiedliche Gebiete, nämlich die Gebiete I bis V, in dem Lufttemperatur-Luftfeuchtigkeits- Diagramm voneinander unterschieden werden.
Wenn die Ist-Werte des Eingangsluftstroms 152 einen Punkt im Gebiet I ergeben, kann eine isenthalpe Befeuchtung zur Einhaltung der Soll-Werte ausreichend sein.
In Gebiet II kann eine Abkühlung und ein Befeuchten zur Einhaltung der Soll- Werte vorgesehen sein.
In Gebiet III wird vorzugsweise ein Kühlen samt dabei erfolgendem Entfeuchten sowie ein Heizen des Eingangsluftstroms 152 durchgeführt, um die Soll-Werte einzuhalten.
In Gebiet IV wird der Eingangsluftstrom 152 zur Einhaltung der Soll-Werte vorzugsweise lediglich erhitzt.
In Gebiet V erfolgt sowohl ein Befeuchten als auch ein Heizen des Eingangsluftstroms 152, um die Soll-Werte einzuhalten.
Insbesondere aufgrund von Wetterumschwüngen können sich sehr schnelle Änderungen der Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des Eingangsluftstroms 152 ergeben.
Beispielsweise kann eine Zustandsänderung von Gebiet I zu Gebiet IV erfolgen, so dass der Betriebszustand der Konditionieranlage 114 von isenthalper Befeuchtung auf Beheizung umgestellt werden muss. Bei zunehmender absoluter Feuchte, beispielsweise bei einsetzendem Regen, kann beispielsweise ein Wetterumschwung von Gebiet I zu Gebiet III stattfinden . Von isenthalper Befeuchtung muss somit auf Entfeuchtung, insbesondere mittels der Entfeuchtungsvorrichtung 130 und/oder mittels der Kühlvorrichtung 126, und Heizen mittels der Heizvorrichtung 124 umgeschaltet werden .
Mittels des Modells 164 kann ein solches Umstellen oder Umschalten besonders einfach und zuverlässig durchgeführt werden .
In Fig . 8 ist der Signalfluss der mittels der Steuervorrichtung 160 durchführbaren Vorsteuerung dargestellt.
Wie Fig . 8 zu entnehmen ist, werden die Arbeitspunkte 176s, 176w sowie das Kontroll- oder Messsignal 172 von der Messvorrichtung 146 als Eingangsgrößen der Steuervorrichtung 160 zugeführt.
Auf der Basis des Modells 164 werden mittels der Steuervorrichtung 160 hieraus ein Kontroll- oder Messsignal 172, welches an die Regelvorrichtung 170 weitergeleitet wird, sowie das Steuersignal 158s zur Steuerung der Konditioniervorrichtungen 122 erzeugt.
Die Berechnung des Steuersignals 158s der Steuervorrichtung 160 (Vorsteuersignal) erfolgt vorzugsweise über die Lösung eines Optimierungsproblems.
Als zu minimierende Funktion, insbesondere Kostenfunktion und/oder Gütefunktion, wird beispielsweise eine lineare Energiefunktion verwendet:
E(Udi, ud2, ud3, adi) = PiUdi + p2ud2 + Psud3 + pdiadi (Gleichung 1) .
Die Variablen udi, ud2 und ud3 sind Stellgrößenanteile der Vorsteuerung, über welche die Energiefunktion E vorzugsweise minimiert wird . Die Größe adi gibt vorzugsweise den Soll-Wert innerhalb des Soll-Wertebereichs 174, insbeson- dere innerhalb des Spritzkabinenluftkonditionierungsfensters (der sogenannten Drying Line), an.
Für adi = 0 wird der Soll-Wert auf den Winterarbeitspunkt 176w und für adi = 100 auf den Sommerarbeitspunkt 176s festgesetzt. Die Variablen pi, p2, p3 und Pdi sind festeingestellte Gewichtungsfaktoren und geben den linearen Kostenfaktor der einzelnen Konditioniervorrichtungen 122 an.
Gleichung 1 wird vorzugsweise unter folgenden Nebenbedingungen minimiert:
0 < Udi, ud2, ud3, adi < 100 (Nebenbedingung 1) und
Ywinter + adiYdi = udiYKühi + ud2YHeiz + UdsYßefeuchter (Nebenbedingung 2).
Nebenbedingung 1 stellt vorzugsweise sicher, dass die Stellgrößen die vorgegebenen Schranken einhalten, d .h. innerhalb des vorgegebenen Soll-Wertebereichs 174 bleiben. Nebenbedingung 2 stellt vorzugsweise sicher, dass die Lösung des Optimierungsproblems auf dem energieoptimalen Punkt der Verbindungslinie zwischen dem Sommerarbeitspunkt 176s und dem Winterarbeitspunkt 176w, das heißt auf der Drying Line, liegt.
Die Vektoren vKühi , YHeiz und vBefeuchter sind vorzugsweise Richtungsvektoren im Enthalpie-Feuchte-Diagramm. Länge und Richtung der Vektoren ergeben sich vorzugsweise aus dem momentanen Zustand des Eingangsluftstroms 152 und dem stationären Modellverhalten der Konditioniervorrichtungen 122. Die Vektoren werden vorzugsweise aus den Modellgleichungen der Konditionier- anlage 122 bestimmt.
Der Richtungsvektor Vwinter beschreibt vorzugsweise den Vektor vom Zustand (Arbeitspunkt) des Eingangsluftstroms 122 zum Winterarbeitspunkt 176w. Der Vektor Vdi beschreibt vorzugsweise den Vektor vom Winterarbeitspunkt 176w zum Sommerarbeitspunkt 176s und liegt auf der Drying Line bzw. verläuft längs der Drying Line. Mittels des berechneten Faktors adi kann dabei ein optimaler Vektor yres und somit ein bevorzugter Betriebszustand der Kon- ditionieranlage 114 bestimmt werden (siehe Fig . 7).
Die Gleichung 1 und die Nebenbedingungen 1 und 2 beschreiben ein lineares Optimierungsproblem.
Das Optimierungsproblem kann vorzugsweise durch einen Simplex-Algorithmus iterativ gelöst werden, um die Lösung, insbesondere online, an die sich ändernden Wetterbedingungen anzupassen. Bei einer Änderung der Umgebungsvariablen ändert sich vorzugsweise die stationäre Lösung des Modells und somit das Optimierungsproblem.
Durch die modellbasierte Betriebszustandsauswahl kann dabei vorzugsweise stets ein optimaler Betrieb der Konditionieranlage 114 gewährleistet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Konditionieren von Luft, umfassend :
Ermitteln der Ist-Werte mindestens zweier Parameter eines zu kon- ditionierenden Eingangsluftstroms (152) einer Konditionieranlage (114);
Auswählen eines Betriebszustands der Konditionieranlage (114) auf der Basis eines Modells (164), mittels welchem eine Vielzahl von möglichen Ist-Werten der mindestens zwei Parameter mit Betriebs- zuständen der Konditionieranlage (114) verknüpft ist;
Versetzen der Konditionieranlage (114) in den ausgewählten Betriebszustand, so dass ein Ausgangsluftstrom (154) der Konditionieranlage (114) erzeugt wird, dessen Ist-Werte der mindestens zwei Parameter innerhalb vorgegebener Soll-Wertebereiche (174) liegen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand der Konditionieranlage (114) auf der Basis eines Parameter- Kennfeldes (166) ausgewählt wird, mittels welchem eine Vielzahl von möglichen Ist-Werten der mindestens zwei Parameter mit den Betriebs- zuständen der Konditionieranlage (114) verknüpft ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand der Konditionieranlage (114) auf der Basis einer Korrelationsfunktion (168) ausgewählt wird, mittels welcher eine Vielzahl von möglichen Ist-Werten der mindestens zwei Parameter mit den Betriebszuständen der Konditionieranlage (114) verknüpft ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Parameter die Lufttemperatur und ein weiterer Parameter die Luftfeuchtigkeit ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Modells (164) eine Vielzahl von möglichen Ist-Werte- Kombinationen der mindestens zwei Parameter mit jeweils einem Betriebszustand der Konditionieranlage (114) verknüpft ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die auswählbaren Betriebszustände der Konditionieranlage (114) vordefinierte Betriebszustände der Konditionieranlage (114) sind, welche jeweils einen vordefinierten Betriebszustand einer Befeuchtungsvorrichtung (128), einen vordefinierten Betriebszustand einer Entfeuchtungsvorrichtung (130), einen vordefinierten Betriebszustand einer Heizvorrichtung (124) und/oder einen vordefinierten Betriebszustand einer Kühlvorrichtung (126) umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionieranlage (114) nach dem Versetzen in den ausgewählten Betriebszustand in einen nachregelnden Betriebszustand versetzt wird, in welchem eine Abweichung der Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des Ausgangsluftstroms (154) von den vorgegebenen Soll-Werten ermittelt wird und in welchem zur weiteren Annäherung oder Angleichung der Ist-Werte an die Soll-Werte eine Nachregelung der Konditionieranlage (114) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Überwachungsvorrichtung (171) ermittelt wird, ob eine Abweichung der Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des Ausgangsluftstroms (154) von den vorgegebenen Soll-Werten eine vorgegebene Maximal-Abweichung überschreitet.
Verfahren zum Zuführen von Luft zu einer Werkstückbehandlungsanlage (100), umfassend ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsluftstrom (154) der Konditionieranlage (114) als Behandlungsluftstrom (109) einem Behand- lungsraum (104) der Werkstückbehandlungsanlage (100) zugeführt wird und
dass mittels des Modells (164) die Vielzahl von möglichen Ist-Werten der mindestens zwei Parameter des Eingangsluftstroms (152) der Konditio- nieranlage (114) derart mit den Betriebszuständen der Konditionieran- lage (114) verknüpft ist, dass die erhältlichen Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des Behandlungsluftstroms (109) innerhalb vorgegebener Soll-Wertebereiche (174) liegen.
10. Konditionieranlage (114) zum Konditionieren von Luft, umfassend eine Steuervorrichtung (160) und eine Messvorrichtung (146) zum Ermitteln der Ist-Werte mindestens zweier Parameter eines zu konditionierenden Eingangsluftstroms (152) der Konditionieranlage (114),
wobei mittels der Steuervorrichtung (160) ein Betriebszustand der Konditionieranlage (114) auf der Basis eines Modells (164) auswählbar ist, mittels welchem eine Vielzahl von möglichen Ist-Werten der mindestens zwei Parameter mit Betriebszuständen der Konditionieranlage (114) verknüpft ist, und
wobei mittels der Steuervorrichtung (160) die Konditionieranlage (114) in den ausgewählten Betriebszustand versetzbar ist, so dass ein
Ausgangsluftstrom (154) der Konditionieranlage (114) erzeugbar ist, dessen Ist-Werte der mindestens zwei Parameter innerhalb vorgegebener Soll-Wertebereiche (174) liegen.
11. Konditionieranlage (114) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (160) eine Speichervorrichtung (162) um- fasst, auf welcher ein Parameter- Kennfeld (166) und/oder eine Korrelationsfunktion (168) gespeichert ist, wobei mittels des Parameter-Kennfeldes (166) und/oder mittels der Korrelationsfunktion (168) eine Vielzahl von möglichen Ist-Werten der mindestens zwei Parameter mit den Betriebszuständen der Konditionieranlage (114) verknüpft ist.
12. Konditionieranlage (114) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionieranlage (114) eine Befeuchtungsvorrichtung (128), eine Entfeuchtungsvorrichtung (130), eine Heizvorrichtung (124) und/oder eine Kühlvorrichtung (126) umfasst.
13. Konditionieranlage (114) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionieranlage (114) eine Regelvorrichtung (170) umfasst, mittels welcher die Konditionieranlage (114) in einen nachregelnden Betriebszustand versetzbar ist, in welchem eine Abweichung der Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des Ausgangsluftstroms (154) von den vorgegebenen Soll-Werten ermittelbar ist und in welchem zur weiteren Annäherung oder Angleichung der Ist-Werte an die vorgegebenen Soll-Werte eine Nachregelung der Konditionieranlage (114) durchführbar ist.
14. Konditionieranlage (114) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionieranlage (114) eine Überwachungsvorrichtung (171) umfasst, mittels welcher ermittelbar ist, ob eine Abweichung der Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des
Ausgangsluftstroms (154) von den vorgegebenen Soll-Werten eine vorgegebene Maximal-Abweichung überschreitet.
15. Werkstückbehandlungsanlage (100), umfassend eine Konditionieranlage (114) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsluftstrom (154) der Konditionieranlage (114) als Behandlungsluftstrom (109) einem Behandlungsraum (104) der Werkstückbehandlungsanlage (100) zuführbar ist und dass mittels des Modells (164) die Vielzahl von möglichen Ist-Werten der mindestens zwei Parameter des Eingangsluftstroms (152) der Konditionieranlage (114) derart mit den Betriebszuständen der Konditionieranlage (114) verknüpft ist, dass die erhältlichen Ist-Werte der mindestens zwei Parameter des Behandlungsluftstroms (109) innerhalb vorgegebener Soll-Wertebereiche (174) liegen.
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