Beschreibungdescription
Verfahren zum energieeffizienten Betrieb von Automatisierungsgeräten eines industriellen Automatisierungssystems und SimulationssystemMethod for the energy-efficient operation of automation devices of an industrial automation system and simulation system
Ein industrielles Automatisierungssystem umfaßt üblicherweise eine Vielzahl von über ein industrielles Kommunikationsnetz miteinander vernetzten Automatisierungsgeräten und dient im Rahmen einer Fertigungs- oder Prozeßautomatisierung zur Steuerung oder Regelung von Anlagen, Maschinen bzw. Geräten. Aufgrund zeitkritischer Rahmenbedingungen in mittels industrieller Automatisierungssysteme automatisierten technischen Systemen werden in industriellen Kommunikationsnetzen zur Kommu- nikation zwischen Automatisierungsgeräten überwiegendAn industrial automation system usually includes a plurality of networked via an industrial communication network automation devices and is used in the context of manufacturing or process automation for the control or regulation of equipment, machinery or equipment. Due to time-critical framework conditions in technical systems automated by means of industrial automation systems, industrial communication networks for communication between automation devices predominantly
Echzeit-Kommunikationsprotokolle, wie Profinet, Profibus oder Real-Time-Ethernet , verwendet. Real-time communication protocols such as Profinet, Profibus or Real-Time Ethernet.
In der älteren internationalen Patentanmeldung mit dem Anmel- deaktenzeichen PCT/EP2012/059015 ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Energieverbrauchs eines Produktionssystems be¬ schrieben, bei dem zunächst ein Lastprofils des Produktions¬ systems mittels einer Lastberechnungseinrichtung ermittelt wird. Außerdem wird mittels einer Energieberechnungseinrich- tung ein Energiebedarf des Produktionssystems anhand des er¬ mittelten Lastprofils und anhand eines elektromechanischen Modells des Produktionssystems abgeschätzt. Anhand des abge¬ schätzten Energiebedarfs wird ein Energiemodell ermittelt. In Abhängigkeit vom ermittelten Energiemodell und einer mit dem Produktionssystem transportierten Last wird dann der Energieverbrauchs des Produktionssystems mittels der Lastberech¬ nungseinrichtung ermittelt. Aus WO 2013/044964 AI ist ein Verfahren zur energieeffizienten Steuerung einer Anlage oder eines Teils einer Anlage bekannt, bei dem die Steuerung ein Strukturmodell der Anlage sowie Zustandsmodelle von in der Anlage enthaltenen Anlagen- komponenten verwendet. Das Strukturmodell und die Zustandsmo¬ delle umfassen Informationen zu möglichen Zustände der Anlagenkomponenten und zur zustandsabhängigen Energieaufnahme der Anlagenkomponenten. Anhand des Strukturmodells und der Zu¬ standsmodelle wird unter Berücksichtigung von Abhängigkeiten zwischen Anlagenkomponenten eine Steuerungsabfolge der einzelnen Anlagenkomponenten berechnet, um jeweils einen energieeffizientesten Zustand der Anlage zu erreichen.In the earlier international patent application Anmel- PCT / EP2012 / 059015 deaktenzeichen is a method for determining a power consumption of a production system¬ be written, in which firstly a load profile of the production¬ system by means of a load calculating means is determined. In addition, an energy demand of the production system is estimated on the basis of he¬ mediated load profile and using an electromechanical model of the production system by means of a Energieberechnungseinrich- processing. An energy model is determined using the abge¬ estimated energy demand. The energy consumption of the production system is then determined by means of the Lastberech¬ drying apparatus in response to the detected energy model and the transported with the production system load. WO 2013/044964 A1 discloses a method for energy-efficient control of a system or of a part of a system in which the controller uses a structural model of the system and state models of system components contained in the system. The structural model and the statemodels comprise information on possible states of the plant components and on the state-dependent energy consumption of the plant components. Based on the structural model and the models to stand¬ a control sequence of the individual system components is calculated in each case to achieve an energy-efficient state of the plant, taking into account of dependencies between system components.
In EP 2 479 630 AI ist ein Verfahren zur kollisionsfreien Überführung einer Anlage aus einem Scheinausmodus in einenEP 2 479 630 A1 discloses a method for the collision-free transfer of a system from a dummy mode to a collision-free mode
Betriebsmodus beschrieben. Dabei werden zum kollisionsfreien Anfahren der Anlage erforderliche Anlagenbetriebszustandsin- formationen zusammenhängender Prozeßabschnitte zumindest teilweise aus Simulationsdaten eines Echtzeit-Simulations- tools abgeleitet. Das Echtzeit-Simulationstool simuliert ei¬ nen Anlagenbetrieb parallel zu einem tatsächlichen Betrieb in Echtzeit .Operating mode described. In this case, plant operating state information of contiguous process sections required for collision-free startup of the installation is at least partially derived from simulation data of a real-time simulation tool. The real-time simulation tool simulates ei¬ nen plant operation in parallel with an actual operation in real time.
Aus EP 2 533 112 AI ist ein Verfahren zur Überwachung einer Anlage mit einem ersten und einem zweiten Energie- Betriebszustand bekannt. Dabei weist die Anlage im ersten und zweiten Energie-Betriebszustand einen unterschiedlichen Energieverbrauch auf. Zunächst wird die Anlage mittels eines ers¬ ten Schaltbefehls vom ersten in den zweiten Energie- Betriebszustand umgeschaltet. Anschließend wird eine ersteFrom EP 2 533 112 AI a method for monitoring a system with a first and a second energy operating state is known. In this case, the system has a different energy consumption in the first and second energy operating state. First, the system is switched by means of a ers¬ th switching command from the first into the second energy state of operation. Subsequently, a first
UmschaltZeitspanne zwischen einem Beginn des Umschaltvorgangs und einem Erreichen des zweiten Energie-Betriebszustandes er¬ mittelt. Die erste UmschaltZeitspanne wird in einer der Anla¬ ge zugeordneten Datenbank für UmschaltZeitspannen gespei- chert. Alternativ oder zusätzlich dazu kann eine unter Verwendung der ersten UmschaltZeitspanne ermittelte Zustandsin¬ formation der Anlage in einer der Anlage zugeordneten Zu- standsdatenbank gespeichert werden.UmschaltZeitspanne between a start of the switching operation and reaching the second energy operating state he¬ mediates. The first switching time is gespei- in one of Appendices¬ ge associated database for UmschaltZeitspannen chert. Alternatively or additionally, a stateinformation of the installation determined using the first switchover time span can be stored in a state database assigned to the installation.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum energieeffizienten Betrieb von Automatisierungsgeräten eines industriellen Automatisierungssystems zu schaffen, das Energieeinsparungen durch passende Abschaltkon- zepte ermöglicht, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.The present invention has for its object to provide a method for energy-efficient operation of automation devices of an industrial automation system, which allows energy savings through suitable Abschaltkon- scepter, and to provide an apparatus for performing the method.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch ein Simulationssystem mit den in Anspruch 6 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features specified in claim 1 and by a simulation system having the features specified in claim 6. Advantageous developments of the present invention are specified in the dependent claims.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zum energieeffi- zienten Betrieb von Automatisierungsgeräten eines industriellen Automatisierungssystems, werden zu steuernde bzw. zu überwachende Automatisierungsgeräte in einem Simulationssys¬ tem abgebildet. Ausgewählten Automatisierungsgeräten wird im Simulationssystem jeweils eine Feldbus-Schnittstelle zugeord- net, über die ein Automatisierungsgerät zur Energiever¬ brauchssteuerung in vorgegebene Betriebszustände schaltbar ist. Beispielsweise wird den ausgewählten Automatisierungsge¬ räten im Simulationssystem jeweils eine PROFIenergie- Schnittstelle zugeordnet. Mittels im Simulationssystem abge- bildeter Feldbus-Schnittstellen sind jeweils Energieprofilparameter eines zugeordneten Automatisierungsgeräts abfragbar, die einen aktuellen Betriebszustand, verfügbare Energiespar- Betriebszustände, eine Umschaltcharakteristik bzw. einen be- triebszustandsabhängigen Energieverbrauch umfassen. Für einen vorgebbaren Gütereingangsverlauf im industriellen Automatisierungssystem wird erfindungsgemäß eine Material¬ fluß-Simulation durchgeführt, durch die automatisierungsgerä- teindividuelle Betriebs- und Leerlaufzeiten ermittelt werden. Anhand der ermittelten Betriebs- und Leerlaufzeiten und anhand abgefragter Energieprofilparameter für die ausgewählten Automatisierungsgeräte werden Schaltsequenzen für einen energieverbrauchsminimierten Betrieb ermittelt.According to the method of the invention for energy-efficient operation of automation devices of an industrial automation system, to be controlled or monitored automation devices in a Simulationssys¬ system to be imaged. Selected automation equipment is in the simulation system are each assigned a field bus interface net, on an automation device for Energiever¬ consumption control can be switched in predetermined operating conditions. For example, the selected pro grammable controllers¬ boards is in each case assigned a PROFIenergie- interface in the simulation system. By means of the fieldbus interfaces depicted in the simulation system, energy profile parameters of an associated automation device can be interrogated which include a current operating state, available energy-saving operating states, a switching characteristic or an operating-state-dependent energy consumption. For a predeterminable goods input history in the industrial automation system, a material¬ flow simulation is performed by the invention are determined by the programmable controllers teindividuelle working and idle periods. On the basis of the determined operating and idle times and on the basis of queried energy profile parameters for the selected automation devices, switching sequences are determined for an energy-minimized operation.
Vorzugsweise werden die Schaltsequenzen für einen energieverbrauchsminimierten Betrieb unter Berücksichtigung von Geräteabhängigkeiten ermittelt. Darüber hinaus wird entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung für eine Mehrzahl von Gütereingangsverlaufsvarianten eine Energieverbrauchsermittlung anhand ermittelter Betriebs- und Leerlaufzeiten und anhand abgefragter Energieprofilparameter durchgeführt. Variantenweise ermittelte Energieverbräuche werden dabei an einer Benutzerschnittstelle dargestellt. Zu- sätzlich zu den variantenweise ermittelten Energieverbräuchen werden vorteilhafterweise zugeordnete Durchlaufzeiten durch das industrielle Automatisierungssystem an der Benutzerschnittstelle für eine Variantenauswahl dargestellt. Damit kann die hinsichtlich Energieverbrauch oder Durchlaufzeit oder einer gewichteten Kombination aus beidem beste Variante ausgewählt werden.Preferably, the switching sequences for a power consumption minimized operation are determined taking into account device dependencies. In addition, according to a further embodiment of the present invention, a power consumption determination is carried out on the basis of determined operating and idle times and on the basis of queried energy profile parameters for a plurality of goods input course variants. Variations of energy consumptions are displayed on a user interface. In addition to the energy consumptions determined by means of variants, advantageously allocated throughput times are represented by the industrial automation system at the user interface for a variant selection. Thus, the best variant in terms of energy consumption or throughput time or a weighted combination of both can be selected.
Das erfindungsgemäße Simulationssystem zur Planung eines energieeffizienten Betriebs von Automatisierungsgeräten eines industriellen Automatisierungssystems ist zur Abbildung zu steuernder bzw. überwachender Automatisierungsgeräte ausge¬ staltet und eingerichtet. Außerdem ist das Simulationssystem zur Zuordnung von jeweils einer Feldbus-Schnittstelle zu aus¬ gewählten Automatisierungsgeräten ausgestaltet und eingerich- tet. Dabei ist über eine Feldbus-Schnittstelle jeweils ein Automatisierungsgerät zur Energieverbrauchssteuerung in vorgegebene Betriebszustände schaltbar. Den ausgewählten Automa¬ tisierungsgeräten kann im Simulationssystem beispielsweise jeweils eine PROFIenergie-Schnittstelle zugeordnet sein. Mit¬ tels im Simulationssystem abgebildeter Feldbus-Schnittstellen sind jeweils Energieprofilparameter eines zugeordneten Automatisierungsgeräts abfragbar, die einen aktuellen Betriebszu¬ stand, verfügbare Energiespar-Betriebszustände, eine Um- Schaltcharakteristik bzw. einen betriebszustandsabhängigen Energieverbrauch umfassen.The simulation system according to the invention to design an energy-efficient operation of automation devices an industrial automation system is to be controlled or monitored via automation devices out¬ staltet for mapping and furnished. In addition, the simulation system for assigning each of a fieldbus interface is configured from¬ selected automation devices and established between tet. In this case, in each case an automation device for energy consumption control in predetermined operating states can be switched via a fieldbus interface. The selected automation¬ tisierungsgeräten may be associated with the simulation system, for example, each have a professional power interface. With¬ means mapped in the simulation system fieldbus interfaces each energy profile parameters of an associated automation device can be queried, the current Betriebszu¬ stand, available energy-saving operating conditions, a toggle characteristic or an operating state-dependent energy consumption.
Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Simulationssystem zur Durchführung einer Materialfluß-Simulation für einen vorgeb- baren Gütereingangsverlauf im industriellen Automatisierungs¬ system sowie zur Ermittlung von automatisierungsgeräteindivi- duellen Betriebs- und Leerlaufzeiten anhand der Materialfluß- Simulation ausgestaltet und eingerichtet. Des weiteren ist das Simulationssystem zur Ermittlung von Schaltsequenzen für einen energieverbrauchsminimierten Betrieb der ausgewählten Automatisierungsgeräte anhand der ermittelten Betriebs- und Leerlaufzeiten und anhand abgefragter Energieprofilparameter für die ausgewählten Automatisierungsgeräte ausgestaltet und eingerichtet .In addition, the simulation system according to the invention for carrying out a material flow simulation for a specifiable Gütereingangsverlauf in industrial automation¬ system and to determine automatisierungsgeräteindivi- duel operating and idle times based on the material flow simulation is designed and set up. Furthermore, the simulation system for determining switching sequences for an energy consumption minimized operation of the selected automation devices based on the determined operating and idle times and based queried energy profile parameters for the selected automation devices configured and configured.
Vorzugsweise ist das Simulationssystem dafür ausgestaltet und eingerichtet, daß die Schaltsequenzen für einen energieverbrauchsminimierten Betrieb unter Berücksichtigung von Geräteabhängigkeiten ermittelt werden. Darüber hinaus kann das Si- mulationssystem dafür ausgestaltet und eingerichtet sein, daß für eine Mehrzahl von Gütereingangsverlaufsvarianten eine Energieverbrauchsermittlung anhand ermittelter Betriebs- und Leerlaufzeiten und anhand abgefragter Energieprofilparameter durchgeführt wird, und daß variantenweise ermittelte Energie¬ verbräuche an einer Benutzerschnittstelle dargestellt werden.Preferably, the simulation system is designed and set up for determining the switching sequences for an energy-minimized operation taking into account device dependencies. In addition, the simulation system can be designed and set up such that for a plurality of goods receipt process variants an energy consumption determination based on determined operating and idle times and on the basis of queried energy profile parameters is performed, and that variant¬ determined energy consumption¬ are displayed on a user interface.
Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Simula- tionssystem dafür ausgestaltet und eingerichtet ist, daß zu¬ sätzlich zu den variantenweise ermittelten Energieverbräuchen zugeordnete Durchlaufzeiten durch das industrielle Automati¬ sierungssystem an der Benutzerschnittstelle für eine Variantenauswahl dargestellt werden.According to a preferred embodiment, the simulation system is configured and arranged to that at¬ addition to those variant as determined energy consumption associated cycle times through the industrial automation¬ sierungssystem at the user interface for a variant selection are displayed.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an einem Ausfüh¬ rungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die Figur eine schematische Darstellung eines industriellenThe present invention will be explained in more detail below on a¬ exporting approximately example with reference to the drawing. The figure shows a schematic representation of an industrial
Automatisierungssystems mit mehreren Automatisie¬ rungsgeräten und einem Simulationssystem zur Planung eines energieeffizienten Betriebs der Automatisierungsgeräte .Automation system with multiple automation¬ approximately devices and a simulation system for planning an energy efficient operation of the automation devices.
Das in der Figur schematisch dargestellte industrielle Auto¬ matisierungssystem umfaßt mehrere Automatisierungsgeräten, beispielsweise speicherprogrammierbare Steuerungen 311-313 sowie durch diese gesteuerte Bearbeitungsroboter 321-323 und Antriebseinheiten 331-332 einer Fertigungsstation. Die speicherprogrammierbaren Steuerungen 311-313 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel über ein PROFIbus- oder PROFInet- basiertes Feldbus-System mit den Bearbeitungsrobotern 321-323 und Antriebseinheiten 331-332 verbunden. Darüber hinaus sind die speicherprogrammierbaren Steuerungen 311-313 über ein industrielles Kommunikationsnetz 201 mit einem Simulationssys¬ tem 101 zur Planung eines energieeffizienten Betriebs der Automatisierungsgeräte 311-313, 321-323, 331-332 verbunden. Das Simulationssystem 101 kann beispielsweise Bestand eines Engineering-Systems zur Konfiguration und Überwachung der Automatisierungsgeräte 311-313, 321-323, 331-332 sein.The schematically illustrated in the figure industrial car¬ tion system comprising a plurality of programmable controllers such as programmable logic controllers 311-313 and by this controlled machining robots 321-323 and drive units 331-332 of a manufacturing station. The programmable logic controllers 311-313 are connected in the present embodiment via a PROFIbus- or PROFInet-based fieldbus system with the processing robots 321-323 and drive units 331-332. In addition, the programmable controllers are connected via 311-313 an industrial communication network 201 with a Simulationssys¬ system 101 to prepare an energy efficient operation of the automation devices 311-313, 321-323, 331-332. The simulation system 101 may, for example, inventory of a Engineering system for configuring and monitoring the programmable controllers 311-313, 321-323, 331-332.
Das Simulationssystem umfaßt mehrere Funktionsmodule 111-115 zur Planung eines energieeffizienten Betriebs der Automatisierungsgeräte 311-313, 321-323, 331-332. Hierzu zählt ein Funktionsmodul 111 zur Abbildung zu steuernder bzw. überwa¬ chender Automatisierungsgeräte, mit Hilfe dessen Automatisie¬ rungsgeräte im Simulationssystem 101 modelliert werden. Dabei kann auf Informationen aus einer Engineering-Datenbank 116 zurückgegriffen werden. Außerdem ist ein Funktionsmodul 112 zur Zuordnung von jeweils einer Feldbus-Schnittstelle zu Automatisierungsgeräten vorgesehen. Auf diese Weise kann ausgewählten Automatisierungsgeräten im Simulationssystem 101 jeweils eine Feldbus-Schnittstelle zugeordnet werden, über die ein Automatisierungsgerät zur Energieverbrauchssteuerung in vorgegebene Betriebszustände schaltbar ist. Im vorliegen¬ den Ausführungsbeispiel wird den ausgewählten Automatisie¬ rungsgeräten im Simulationssystem 101 jeweils eine PROFIener- gie-Schnittstelle zugeordnet. Mittels im SimulationssystemThe simulation system comprises a plurality of functional modules 111-115 for planning an energy-efficient operation of the programmable controllers 311-313, 321-323, 331-332. This includes a functional module 111 for mapping to be controlled or moni¬ chender automation devices, are modeled in the simulation system 101 using its automation¬ approximate device. In this case, information from an engineering database 116 can be used. In addition, a function module 112 is provided for the assignment of in each case one fieldbus interface to automation devices. In this way, selected automation devices in the simulation system 101 can each be assigned a fieldbus interface via which an automation device for energy consumption control can be switched to predetermined operating states. In the present embodiment,¬ each associated with an energy PROFIener- interface the selected automation¬ approximately devices in the Simulation system one hundred and first Means in the simulation system
101 abgebildeter Feldbus-Schnittstellen sind jeweils Energieprofilparameter eines zugeordneten Automatisierungsgeräts abfragbar, die einen aktuellen Betriebszustand, verfügbare Energiespar-Betriebszustände, eine Umschaltcharakteristik und einen betriebszustandsabhängigen Energieverbrauch umfassen.101 mapped fieldbus interfaces are each interrogated energy profile parameters of an associated automation device, which include a current operating state, available energy-saving operating states, a switching characteristic and an operating state-dependent energy consumption.
Darüber hinaus umfaßt das Simulationssystem 101 ein Funktionsmodul 113 zur Durchführung einer Materialfluß-Simulation für einen vorgebbaren Gütereingangsverlauf 301 im industriel- len Automatisierungssystem. Ergebnis dieser Materialfluß- Simulation ist eine Ermittlung eines Ausgangsverlaufs 302 fertiger oder teilfertiger Güter einschließlich Zugeordnerter Durchlaufzeiten. Zusätzlich erfolgt durch das Funktionsmodul 113 anhand der Materialfluß-Simulation eine Ermittlung von automatisierungsgeräteindividuellen Betriebs- und Leerlaufzeiten .In addition, the simulation system 101 comprises a function module 113 for carrying out a material flow simulation for a predefinable goods input course 301 in the industrial automation system. The result of this material flow simulation is a determination of an output profile 302 of finished or semi-finished goods, including allocated throughput times. In addition, the function module 113 uses the material flow simulation to determine automation device-specific operating and idle times.
Des weiteren ist ein Funktionsmodul 114 zur Ermittlung von Schaltsequenzen 117 für einen energieverbrauchsminimierten Betrieb der ausgewählten Automatisierungsgeräte vorgesehen. Anhand der ermittelten Betriebs- und Leerlaufzeiten und anhand abgefragter Energieprofilparameter für die ausgewählten Automatisierungsgeräte werden durch das Funktionsmodul 114 Schaltsequenzen 117 für einen energieverbrauchsminimiertenFurthermore, a function module 114 is provided for determining switching sequences 117 for energy-minimized operation of the selected automation devices. On the basis of the determined operating and idle times and on the basis of the queried energy profile parameters for the selected automation devices, switching sequences 117 for an energy consumption minimized by the function module 114
Betrieb ermittelt. Die Schaltsequenzen 117 für einen energie¬ verbrauchsminimierten Betrieb werden dabei unter Berücksichtigung von Geräteabhängigkeiten ermittelt und zur Steuerung an die Automatisierungsgeräte 311-313, 321-323, 331-332 über- mittelt.Operation determined. The switching sequences 117 for energy-consumption-minimized operation are determined taking into account device dependencies and transmitted to the programmable controllers 311-313, 321-323, 331-332 for control.
Ein weiteres Funktionsmodul 115 ist dafür vorgesehen, für ei¬ ne Mehrzahl von Gütereingangsverlaufsvarianten eine Energieverbrauchsermittlung anhand ermittelter Betriebs- und Leer- laufzeiten und anhand abgefragter Energieprofilparameter durchzuführen. Durch dieses Funktionsmodul 115 werden variantenweise ermittelte Energieverbräuche an einer Benutzer¬ schnittstelle visualisiert . Dabei werden zusätzlich zu den variantenweise ermittelten Energieverbräuchen zugeordnete Durchlaufzeiten durch das industrielle Automatisierungssystem an der Benutzerschnittstelle für eine Variantenauswahl darge¬ stellt. Auf Basis der Variantenauswahl werden zugeordnete Schaltsequenzen 117 für die Automatisierungsgeräte 311-313, 321-323, 331-332 generiert.Another function module 115 is provided for a power consumption detection times for egg¬ ne plurality of goods Incoming History variants determined on the basis operating and empty and perform based polled energy profile parameters. With this function module 115 variant as determined energy consumption on a user interface¬ be visualized. In this case, in addition to the variants of energy consumptions determined throughput times by the industrial automation system at the user interface for a variant selection Darge¬ provides. On the basis of the variant selection, associated switching sequences 117 for the programmable controllers 311-313, 321-323, 331-332 are generated.