在自動(dòng)化設(shè)備中的分散式能量管理的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種有預(yù)見性地調(diào)節(jié)具有多個(gè)連接在供電系統(tǒng)（4）上的連接設(shè)備（6，8，10，12）的自動(dòng)化設(shè)備（2，16）的供電系統(tǒng)（4）中的能量流的方法，其中，所述連接設(shè)備（6，8，10，12）相互之間交換關(guān)于它們的能量需求或者它們的能量供應(yīng)的信息，并且其中，所述連接設(shè)備（6，8，10，12）在這些信息的基礎(chǔ)上相互交換能量。
【專利說明】在自動(dòng)化設(shè)備中的分散式能量管理
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有預(yù)見性地調(diào)節(jié)具有多個(gè)連接在供電系統(tǒng)上的連接設(shè)備的自動(dòng)化設(shè)備的供電系統(tǒng)中的能量流的方法，本發(fā)明還涉及一種用于在這種自動(dòng)化設(shè)備的供電系統(tǒng)中有預(yù)見性地調(diào)節(jié)能量流的能量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，本發(fā)明最后還涉及一種相應(yīng)的自動(dòng)化設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]能量管理或者能量控制通常一方面是指系統(tǒng)的能量技術(shù)規(guī)劃，另一方面是指在運(yùn)行期間對(duì)系統(tǒng)中的能量流的調(diào)節(jié)。其中，最重要的首先是確保供電安全、遵守為預(yù)定的特征參量預(yù)定的值以及考慮經(jīng)濟(jì)因素和環(huán)保觀點(diǎn)。無論該系統(tǒng)是CD播放器、加熱設(shè)備、單戶住宅或者大型的自動(dòng)化設(shè)備，即例如工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，這些基本要求或者基本的目標(biāo)設(shè)定總是相同的。
[0003]在自動(dòng)化設(shè)備的情況下，有多個(gè)子系統(tǒng)或連接設(shè)備連接在一個(gè)共同的供電系統(tǒng)上，例如要確保的是，為了滿足所有子系統(tǒng)的能量需求，并且相應(yīng)地為了確保供電安全，在運(yùn)行期間在任何時(shí)間點(diǎn)都為所有的子系統(tǒng)供應(yīng)充足的電能。此外，在以電能供電時(shí)將電壓值或電流強(qiáng)度值預(yù)定為特征參量，為了確保自動(dòng)化設(shè)備及其子系統(tǒng)的功能安全只能在一定的范圍內(nèi)超過或低于這些值。此外，不僅出于經(jīng)濟(jì)角度而且出于生態(tài)角度都希望取決于預(yù)定的運(yùn)行方式的自動(dòng)化設(shè)備的能量需求盡可能降到最低。
[0004]原則上已知自動(dòng)化設(shè)備中的一種借助中央控制單元和軟件工具，例如“PROFIenergy”的簡單的能量管理方式，也就是一種在運(yùn)行期間的能量管理方式。根據(jù)它的基本理念，在使用按照標(biāo)準(zhǔn)“PR0FINET”的軟件工具“PROFIenergy”的情況下，子系統(tǒng)要有規(guī)律地將通信協(xié)議發(fā)送到中央控制單元，其中傳輸實(shí)時(shí)的狀態(tài)特征參量，如對(duì)電能的需求。然后中央控制單元在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)向子系統(tǒng)的能量流，并且在子系統(tǒng)上預(yù)定相應(yīng)的輸入電壓和輸入電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]從以上內(nèi)容出發(fā)，本發(fā)明的目的在于，提供一種方法或一種裝置，借助這種方法或這種裝置實(shí)現(xiàn)更好的能量管理。
[0006]就方法而言，該目的根據(jù)本發(fā)明由權(quán)利要求1所述的特征得以解決。相關(guān)的權(quán)利要求包含部分有利的改進(jìn)方案并且包含部分本身屬于本發(fā)明的新穎的改進(jìn)方案。就裝置而言，該任務(wù)不僅通過權(quán)利要求11所述特征還通過權(quán)利要求12所述特征得以解決。
[0007]所述方法用于有預(yù)見性地調(diào)節(jié)具有多個(gè)連接在供電系統(tǒng)上的連接設(shè)備的自動(dòng)化設(shè)備的供電系統(tǒng)中的能量流，使得由此實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的能量管理。在該方法的框架內(nèi)，連接設(shè)備之間相互交換關(guān)于它們的能量需求或者它們的能量供應(yīng)的信息。然后在這些信息的基礎(chǔ)上通過供電系統(tǒng)完成能量的交換。在此特別是自動(dòng)化的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備以及自動(dòng)化的物流設(shè)備，例如用于機(jī)場行李的分揀和傳送設(shè)備被視作本申請(qǐng)意義上的自動(dòng)化設(shè)備。
[0008]因?yàn)椴粌H應(yīng)該以反應(yīng)的形式，還應(yīng)該以預(yù)見性的形式對(duì)供電系統(tǒng)中的能量流的進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以不僅交換關(guān)于連接設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)的信息，而且還要交換關(guān)于即將發(fā)生的或者計(jì)劃的運(yùn)行狀態(tài)變化的信息。為此優(yōu)選地借助例如依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)“PROFINET”的通信協(xié)議來完成這些信息或數(shù)據(jù)的交換，并且特別是通過使用已經(jīng)存在的、為了方便執(zhí)行所述方法而擴(kuò)展了或修改了的通信解決方案。在將電動(dòng)機(jī)作為連接設(shè)備的情況下，例如預(yù)定當(dāng)前的轉(zhuǎn)速值、即將發(fā)生的轉(zhuǎn)速變化、當(dāng)前的運(yùn)行模式和即將發(fā)生的運(yùn)行模式變化用于數(shù)據(jù)交換。運(yùn)行模式在此說明的是，電動(dòng)機(jī)是否真的作為電動(dòng)機(jī)工作還是起到發(fā)電機(jī)的作用。如果多個(gè)這種電動(dòng)機(jī)作為連接設(shè)備連接到一個(gè)共同的供電系統(tǒng)上，則那些作為發(fā)電機(jī)并且相應(yīng)地作為電生成器的電動(dòng)機(jī)所提供的能量供應(yīng)至少部分地滿足那些作為耗電器的發(fā)動(dòng)機(jī)的能量需求。
[0009]通過在連接設(shè)備之間信息交換特別是能夠負(fù)責(zé)將由作為發(fā)電機(jī)起作用的電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電能盡可能完全用來運(yùn)行自動(dòng)化設(shè)備。如果電動(dòng)機(jī)例如是用來將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能的能量回收系統(tǒng)的組成部分，那么就不能在任意時(shí)間點(diǎn)完成從動(dòng)能到電能的轉(zhuǎn)換，因?yàn)閯?dòng)能通常隨著時(shí)間由于摩擦損耗而消減。因此，為了讓能量回收系統(tǒng)盡可能有效地工作，必須在一旦自動(dòng)化設(shè)備中不再利用相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)就必須將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。雖然通過能量回收系統(tǒng)獲取的電能也能夠緩沖存儲(chǔ)在電能的緩沖存儲(chǔ)器中，然而對(duì)此合適的蓄電池的充電和放電通常也會(huì)造成損耗，因此有利的是，只要預(yù)定了耗電器的運(yùn)行，就將借助能量回收系統(tǒng)獲取的電能直接輸送給耗電器。
[0010]特別生動(dòng)的例子是用于信件或包裹發(fā)送的分揀和傳送設(shè)備，其中，設(shè)立了多個(gè)由傳送區(qū)段組成的傳送帶。傳送區(qū)段借助電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，并且具有光勢(shì)魚(Lichtschranken),用來注冊(cè)到達(dá)傳送帶區(qū)段上的或者離開傳送帶區(qū)段的物品。不是持續(xù)不斷地驅(qū)動(dòng)這種傳送帶區(qū)段，而是總是在一旦有信件或包裹到達(dá)傳送帶區(qū)段上并且相應(yīng)地打斷其中一個(gè)光勢(shì)壘，就啟動(dòng)它。然后就借助傳送帶區(qū)段在預(yù)定義的路段上運(yùn)輸信件或包裹，并且在離開這個(gè)傳送帶區(qū)段時(shí)在其末端觸發(fā)第二個(gè)光勢(shì)壘，由此激活能量回收模式，并且借助現(xiàn)在作為發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)，將傳送帶區(qū)段的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。又利用回收的電能來啟動(dòng)另一個(gè)正好需要使用的傳送帶區(qū)段。相比持續(xù)不斷地運(yùn)行該傳送帶區(qū)段，能夠借助這個(gè)方法節(jié)約大部分用于運(yùn)行的電能。
[0011]在此特別符合目的的是一種方法變體，其中，連接設(shè)備相互之間交換關(guān)于它們的能量需求或者它們的能量供應(yīng)的所期望的隨著時(shí)間的變化的信息，并且其中，在這些信息的基礎(chǔ)上完成能量的交換。一方面設(shè)置傳感器；來作為這些信息的來源，其中，在傳感器數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上完成對(duì)進(jìn)一步的隨著時(shí)間的變化的預(yù)算，并且另一方面要評(píng)估這些控制利用相應(yīng)的自動(dòng)化設(shè)備實(shí)施的流程的控制信號(hào)。在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，通常在所謂的生產(chǎn)規(guī)劃的框架內(nèi)預(yù)定框架調(diào)節(jié)，它們至少粗略地確定生產(chǎn)過程并且進(jìn)而確定生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行方式。例如通過這種生產(chǎn)規(guī)劃預(yù)定，利用該生產(chǎn)設(shè)備在每個(gè)時(shí)間單位內(nèi)要達(dá)到多少的生產(chǎn)量。然后借助用于生產(chǎn)規(guī)劃的中央控制單元操控該生產(chǎn)設(shè)備的通常相互協(xié)調(diào)地工作的、單個(gè)的功能組塊，從而在相應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)達(dá)到預(yù)定的生產(chǎn)量。
[0012]為了進(jìn)一步闡明，采用一個(gè)簡單的例子，其中存在兩個(gè)工作站，它們通過流水線相互連接。在第一個(gè)工作站上，兩個(gè)組件組裝成一個(gè)半成品，緊接著將這個(gè)半成品通過傳送帶傳送到第二工作站。在第二工作站上為半成品上漆，由此形成完工的成品。如果現(xiàn)在提高生產(chǎn)率，那么首先由第一工作站獲得用來提高該工作站的工作速度(Arbeitstempo)的控制信號(hào)。緊接著給傳送帶一個(gè)控制信號(hào)，使得傳送速度提高，并且緊接著以一定的時(shí)間延遲給第二工作站一個(gè)控制信號(hào)，從而也提高這個(gè)站的工作速度。作為時(shí)間錯(cuò)開地發(fā)送控制信號(hào)的代替，也可以生成幾個(gè)控制信號(hào)，它們時(shí)間錯(cuò)開地觸發(fā)運(yùn)行狀態(tài)的改變，卻同時(shí)由中央控制單元發(fā)送。
[0013]從這個(gè)簡單的例子上已經(jīng)可以看出，單個(gè)連接設(shè)備的所有的運(yùn)行狀態(tài)變化都在有一定的預(yù)警時(shí)間(Vorwarnzeit)的情況下出現(xiàn),所以由此導(dǎo)致的、相關(guān)連接設(shè)備的能量需求的時(shí)間上的變化能夠并入在供電系統(tǒng)中的能量流的有預(yù)見性的調(diào)節(jié)。特別根據(jù)是計(jì)劃的運(yùn)行狀態(tài)變化還是所謂的未預(yù)料到的運(yùn)行狀態(tài)變化，來知道在系統(tǒng)中，也就是在自動(dòng)化設(shè)備中的哪些運(yùn)行狀態(tài)變化具有多久的預(yù)警時(shí)間。
[0014]計(jì)劃的運(yùn)行狀態(tài)變化例如是指臨時(shí)的停機(jī)或者關(guān)閉部分生產(chǎn)設(shè)備或者整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備。因?yàn)榧词故亲詣?dòng)化的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備通常也不能在無工作人員的情況下運(yùn)行，所以符合目的的是，在工作人員的預(yù)定的休息時(shí)間內(nèi)將部子設(shè)備或者整個(gè)設(shè)備調(diào)到待機(jī)模式或者甚至完全關(guān)閉。生產(chǎn)過程中的這種改變對(duì)于具有很長的預(yù)警時(shí)間的系統(tǒng)來說是已知的，所以能夠完全地在能量管理的框架內(nèi)考慮到連接設(shè)備的與此相關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)的變化。
[0015]相反地，未預(yù)料到的運(yùn)行狀態(tài)變化通常是由于生產(chǎn)設(shè)備中的錯(cuò)誤或問題造成的，這種變化的預(yù)警時(shí)間非常短，所以在這里有時(shí)只能對(duì)這種運(yùn)行狀態(tài)變化作出反應(yīng)。然而，在生產(chǎn)鏈的情況下，作為生產(chǎn)鏈的一部分的連接設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)變化是相應(yīng)于生產(chǎn)鏈中的順序以一定的時(shí)間錯(cuò)開地出現(xiàn)，所以這里至少已知一些有充足的預(yù)警時(shí)間的運(yùn)行狀態(tài)變化，并且相應(yīng)地可以在能量管理中考慮到。
[0016]下面是一種符合目的的方法變體，其中，為了交換信息基本上使用的是沒有預(yù)定的收信方的數(shù)據(jù)協(xié)議。這些信息相應(yīng)地作為所謂的“廣播”消息傳輸，由此使得每個(gè)連接設(shè)備都能夠讀取所有其余的連接設(shè)備的信息。這種通信的方式尤其是適合在一開始還不知道真正的收信方時(shí)。在這種情況下應(yīng)該在連接設(shè)備的能量供應(yīng)和能量需求之間實(shí)現(xiàn)平衡，其中，每個(gè)連接設(shè)備首先都不知道關(guān)于以下內(nèi)容的信息，即，其余的連接設(shè)備中的哪些具有多少的能量需求或者提供多少的能量供應(yīng)。與之相應(yīng)地，一個(gè)連接設(shè)備幾乎能讓所有其余的連接設(shè)備直到，它有多少的能量需求或者能提供多少的能量供應(yīng)以及這種狀態(tài)在不久之后將發(fā)生怎樣的變化，如果所有的連接設(shè)備都公開了它們的狀態(tài)，那么最終就知道自動(dòng)化設(shè)備的所有連接設(shè)備的所有的能量需求和所有的能量供應(yīng)，緊接著以平衡供電系統(tǒng)中的能量供應(yīng)和能量需求之間的平衡為目的對(duì)能量流進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0017]在有利的改進(jìn)方案中，連接設(shè)備最終構(gòu)成自組織(selbstorgannisierende)的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，由此可以放棄用于調(diào)節(jié)供電系統(tǒng)中的能量流的中央控制單元。與之相應(yīng)地，每個(gè)當(dāng)前用作電生成器并且相應(yīng)地產(chǎn)生電能的連接設(shè)備獨(dú)立器為每個(gè)其余的、在系統(tǒng)中作為當(dāng)前的耗電器的連接設(shè)備提供電能。沒有設(shè)置評(píng)估這些連接設(shè)備的信息并且控制能量分布的中央控制單元。
[0018]特別是在具有相應(yīng)多個(gè)連接設(shè)備的大型自動(dòng)化設(shè)備的情況下，一種有利的方法變體是，其中，自組織的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)劃分成子網(wǎng)絡(luò)，其中，子網(wǎng)絡(luò)的連接設(shè)備首先相互之間交換信息和能量，并且在此最后通過子網(wǎng)絡(luò)之間的信息和能量交換盡可能地補(bǔ)償無法在子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)得到補(bǔ)償?shù)哪芰啃枨蠡蚰芰抗?yīng)。例如當(dāng)自動(dòng)化設(shè)備由多個(gè)子設(shè)備構(gòu)成，其中，每個(gè)子設(shè)備安放在一個(gè)單獨(dú)的生產(chǎn)車間內(nèi)時(shí)，就要首先在生產(chǎn)車間內(nèi)的連接設(shè)備之間交換信息和能量，并且只有當(dāng)能量需求不能被生產(chǎn)車間內(nèi)的能量供應(yīng)滿足時(shí)，或者能量供應(yīng)無法完全基于能量需求得到利用時(shí)，就要在單個(gè)的生產(chǎn)車間之間進(jìn)行能量交換。以這種方式特別能夠?qū)?huì)造成損耗的、通過電纜連接進(jìn)行的電能的能量運(yùn)輸降低到很少的量，因?yàn)閮?yōu)選地局部通過短的連接路段完成能量交換。
[0019]還符合目的的有，當(dāng)供電系統(tǒng)連接在外部的供電系統(tǒng)或配電網(wǎng)上，而該供電系統(tǒng)或配電網(wǎng)能夠平衡所有連接的連接設(shè)備的預(yù)定的能量需求和預(yù)定的能量供應(yīng)之間的與時(shí)間有關(guān)的差異。特別是在生產(chǎn)設(shè)備中，沒有額外的外部能源就無法滿足通過生產(chǎn)規(guī)劃預(yù)定的能量需求。即使在現(xiàn)代的生產(chǎn)設(shè)備中越來越多地使用內(nèi)部的能源，例如太陽能設(shè)備或風(fēng)能設(shè)備，并且此外還使用能量回收系統(tǒng)，有一部分的能量需求卻必須通過所謂的EVU連接得到滿足，也就是將生產(chǎn)設(shè)備的供電系統(tǒng)連接到能量供應(yīng)公司的配電網(wǎng)上。這種EVU連接在此不是用作連接設(shè)備，并且相應(yīng)地也不是自組織的網(wǎng)絡(luò)的一部分。因此，在EVU連接和連接設(shè)備之間也不會(huì)發(fā)生信息交換。作為代替，EVU連接被自組織的網(wǎng)絡(luò)視為取之不盡的能源，它的能量需求或者能量供應(yīng)總是等于整個(gè)自動(dòng)化設(shè)備的能量供應(yīng)或能量需求。
[0020]此外還有一種有利的方法變體，其中，以如下方式調(diào)節(jié)能量管理框架內(nèi)的能量流，即，所有的連接設(shè)備的與時(shí)間有關(guān)的預(yù)定的能量需求和依據(jù)時(shí)間預(yù)定的能量供應(yīng)之間的與時(shí)間有關(guān)的差異，也就是要通過EVU連接滿足的能量需求基本上是恒定的。這里的目標(biāo)特別是代表從能量供應(yīng)公司的配電網(wǎng)的角度來看的自動(dòng)化設(shè)備的并且在EVU連接上起效的負(fù)載盡可能保持恒定。因?yàn)樽詣?dòng)化設(shè)備和特別是生產(chǎn)設(shè)備通常具有比較高的能量需求，并且能量需求原則上可能發(fā)生波動(dòng)，這種波動(dòng)例如在晚上讓自動(dòng)化設(shè)備關(guān)機(jī)時(shí)與在自動(dòng)化設(shè)備的平均能量需求在同一個(gè)大小等級(jí)內(nèi)，所以自動(dòng)化設(shè)備的能量需求的波動(dòng)有時(shí)明顯會(huì)影響能量供應(yīng)公司的配電網(wǎng)中的穩(wěn)定性，由此又危及到其它連接到配電網(wǎng)上的系統(tǒng)的供電安全。出于這個(gè)原因，生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)營商必須將所期望的能量需求以及預(yù)見到的能量需求與時(shí)間有關(guān)的變化傳輸給能量供應(yīng)公司，使得公司能夠做好準(zhǔn)備，為此例如調(diào)節(jié)饋給配電網(wǎng)的發(fā)電廠的功率使其適配于所期望的能量需求時(shí)間上的變化。如果實(shí)際的能量需求在一定的時(shí)間段內(nèi)偏離預(yù)先通知的能量需求，那么就會(huì)造成配電網(wǎng)中的波動(dòng)，只有在技術(shù)耗費(fèi)很高的情況下才能補(bǔ)償這些波動(dòng)。為了進(jìn)行補(bǔ)償，能量供應(yīng)公司會(huì)跟自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)營商計(jì)算額外的費(fèi)用，這些費(fèi)用比用于滿足預(yù)先通知的能量需求的電能的費(fèi)用高得多。為了避免這種附加費(fèi)，以如下方式進(jìn)行能量管理，即，使生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)時(shí)能量需求盡可能完全等于自動(dòng)化設(shè)備的預(yù)先通知的能量需求。此外，一方面在配電網(wǎng)中并且另一方面在供電系統(tǒng)中避免明顯的負(fù)載波動(dòng)也有利于自動(dòng)化設(shè)備本身的運(yùn)行安全。
[0021]根據(jù)另一種非常符合目的的方法變體，以如下方式調(diào)節(jié)能量流，即，使所有連接設(shè)備的與時(shí)間有關(guān)的預(yù)定的能量需求和與時(shí)間有關(guān)的預(yù)定的能量供應(yīng)之間的與時(shí)間有關(guān)的變化的差異在平均時(shí)間內(nèi)最小化。這意味著，自動(dòng)化設(shè)備的能量需求和特別是通過EVU連接滿足的能量需求保持得盡可能小。此外在此適用的是，有效地利用使用的能量回收系統(tǒng)。
[0022]此外還有一種有利的方法變體，其中，連接裝置用作能量消耗器、能量生成器或者能量存儲(chǔ)器，并且其中，以如下方式調(diào)節(jié)能量流，即，優(yōu)先通過能量生成器的能量供應(yīng)滿足能量消耗器的能量需求。由此要在自動(dòng)化設(shè)備內(nèi)特別有效地進(jìn)行能量再分配，其中，只要有可能，就優(yōu)選地放棄使用能量緩沖存儲(chǔ)器。因?yàn)橄螂娔艿木彌_存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)電能和從緩沖存儲(chǔ)器中提取電能通常會(huì)帶來電能損耗，所以正是能夠通過避免這些損耗總體上降低自動(dòng)化設(shè)備的能量需求。
[0023]此外，當(dāng)至少一個(gè)連接設(shè)備根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)用作能量消耗器、能量生產(chǎn)器或能量存儲(chǔ)器是符合目的的。在使用能量回收系統(tǒng)時(shí)剛好有意義的是，為了將電能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能并且在將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能時(shí)(這通常稱為能量回收)使用這同一個(gè)電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)就要么作為真正意義上的電動(dòng)機(jī)然而要么也用作發(fā)電機(jī)。與之相應(yīng)地，這種連接設(shè)備就根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)或者用作能量消耗器(即作為發(fā)電機(jī))或者卻用作能量生成器(即作為發(fā)電機(jī))。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]下面借助示意圖更詳盡地闡述本發(fā)明。其中示出:
[0025]圖1以部分的方框連線圖示出自動(dòng)化的生產(chǎn)設(shè)備，以及
[0026]圖2用部分的方框連線圖示出自動(dòng)化的分揀及傳送設(shè)備。
[0027]相互一致的部分在所有的附圖中配有相同的附圖標(biāo)記。
【具體實(shí)施方式】
[0028]在下面描述的實(shí)施例中，示例性地在圖1所示的自動(dòng)化設(shè)備中使用在此描述的方法，該自動(dòng)化設(shè)備是帶有連接著五個(gè)連接設(shè)備的供電系統(tǒng)4的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備2。
[0029]作為用作能量消耗器的連接設(shè)備的例子示出了一個(gè)工作站6，它依據(jù)它的運(yùn)行狀態(tài)具有一定的能量需求。其中，工作站6的每個(gè)運(yùn)行狀態(tài)通常都由所謂的生產(chǎn)規(guī)劃預(yù)定，通過該生產(chǎn)規(guī)劃確定參數(shù)，如每個(gè)時(shí)間單位要生產(chǎn)的產(chǎn)品件數(shù)。此外還在生產(chǎn)規(guī)劃的框架內(nèi)例如確定了，何時(shí)將生產(chǎn)設(shè)備2用來生產(chǎn)產(chǎn)品，何時(shí)將生產(chǎn)設(shè)備或部分生產(chǎn)設(shè)備調(diào)到待機(jī)模式或者關(guān)閉。因?yàn)榧词篂榱瞬僮髯詣?dòng)化的生產(chǎn)設(shè)備2也需要工作人員，所以即使在24小時(shí)輪班運(yùn)行時(shí)也必須安排生產(chǎn)停休，工作人員可以在這段時(shí)間內(nèi)休息。因?yàn)檩^大的生產(chǎn)設(shè)備2經(jīng)常必須借助復(fù)雜的并且耗費(fèi)時(shí)間的啟動(dòng)過程進(jìn)入準(zhǔn)備生產(chǎn)的狀態(tài)，所以通常不會(huì)因?yàn)檩^短的生產(chǎn)中斷而關(guān)閉生產(chǎn)設(shè)備，而是調(diào)到待機(jī)模式。待機(jī)模式是這樣一種運(yùn)行模式，此時(shí)的能量需求等于生產(chǎn)期間的能量需求的很小一部分并且它同時(shí)允許借助簡化的并且時(shí)間消耗更少的反應(yīng)過程使生產(chǎn)設(shè)備返回到準(zhǔn)備生產(chǎn)的狀態(tài)。與之相應(yīng)地，通常只有在生產(chǎn)要中斷好幾個(gè)小時(shí)，也就是例如在公司假日期間時(shí)才關(guān)閉生產(chǎn)設(shè)備。
[0030]系統(tǒng)，也就是生產(chǎn)設(shè)備2在有充足的預(yù)警時(shí)間的情況下已知這種通過生產(chǎn)規(guī)劃引發(fā)的連接設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)變化，所以這些運(yùn)行狀態(tài)變化允許有預(yù)見性地調(diào)節(jié)供電系統(tǒng)4中的能量流。然而此外還可能意外地發(fā)生運(yùn)行狀態(tài)變化，例如在生產(chǎn)設(shè)備2中的某個(gè)位置有問題或者有故障時(shí)，會(huì)發(fā)生這種變化。在這種意外地發(fā)生的運(yùn)行狀態(tài)變化中，預(yù)警時(shí)間有時(shí)非常短，所以就只能對(duì)能量流進(jìn)行反應(yīng)性的調(diào)節(jié)。然而通常并不是涉及所有的連接設(shè)備，因?yàn)榻?jīng)常由多個(gè)連接設(shè)備構(gòu)成一個(gè)生產(chǎn)鏈并且因此在生產(chǎn)過程中以一定的順序執(zhí)行不同的子步驟。因此，如果在一個(gè)連接設(shè)備上出現(xiàn)問題或故障，那么在該連接設(shè)備上通常在沒有充足的預(yù)警時(shí)間的情況下發(fā)生運(yùn)行狀態(tài)變化。然而，對(duì)于在生產(chǎn)鏈中依次排列的連接設(shè)備，會(huì)在有時(shí)間延遲的情況下按照生產(chǎn)鏈中的順序發(fā)生相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)變化，因此在這些連接設(shè)備中存在充足的預(yù)警時(shí)間。
[0031]所以，例如當(dāng)生產(chǎn)鏈的第一工作站由于故障自動(dòng)關(guān)閉時(shí)，那么這種關(guān)閉是突然完成的，并且因此造成的生產(chǎn)設(shè)備2的能量需求的下降在沒有充足的預(yù)告時(shí)間的情況下在系統(tǒng)上突然出現(xiàn)。連接在生產(chǎn)鏈下游的工作站本身沒有出現(xiàn)故障，所以這里一開始還不進(jìn)行自動(dòng)關(guān)閉。然而因?yàn)榈谝还ぷ髡就Ｖ沽诉\(yùn)行，所以不再向連接在下游的工作站供給產(chǎn)品，因此這些工作站在一定的時(shí)間延遲之后也停止運(yùn)行。一旦生產(chǎn)設(shè)備2檢測到工作站I突然關(guān)閉，也就知道，在預(yù)定的時(shí)間間隔之后，連接在生產(chǎn)鏈下游的工作站也會(huì)跟著發(fā)生運(yùn)行狀態(tài)變化，這里就是關(guān)閉。相應(yīng)地，在有預(yù)見性地調(diào)節(jié)供電系統(tǒng)4中的能量流的情況下至少能夠考慮到連接在下游的工作站的運(yùn)行狀態(tài)變化。
[0032]作為連接設(shè)備的另一個(gè)例子，在圖1中繪出了一個(gè)柴油發(fā)電機(jī)8。它依據(jù)其運(yùn)行狀態(tài)向供電系統(tǒng)4饋入電能，進(jìn)而為生產(chǎn)設(shè)備2提供能量供應(yīng)。在柴油發(fā)電機(jī)8的情況下，可以通過操控該柴油發(fā)電機(jī)8例如在生產(chǎn)規(guī)劃的框架內(nèi)預(yù)定能量供應(yīng)量。如果相反地例如設(shè)計(jì)太陽能設(shè)備或者風(fēng)能設(shè)備作為連接設(shè)備，那么能量供應(yīng)就與主要的天氣條件有關(guān)。在這種情況下可以用傳感器檢測實(shí)時(shí)的能量供應(yīng)，而能量供應(yīng)在時(shí)間上的變化情況通常就不得而知了。
[0033]此外，在圖1中作為連接設(shè)備示出了一個(gè)電動(dòng)機(jī)10，它是能量回收系統(tǒng)的一部分并且相應(yīng)地，類似于靠電力運(yùn)行的汽車，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)要么作為真正意義上的電動(dòng)機(jī)10工作，然而要么也作為發(fā)電機(jī)10工作。因此，電動(dòng)機(jī)10根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)用作能量消耗器或者用
作能量生產(chǎn)器。
[0034]此外，作為連接設(shè)備將兩個(gè)蓄電池12連接到供電系統(tǒng)4上，這些蓄電池緩沖存儲(chǔ)電能并且在充電過程中作為能量消耗器或者在放電過程中作為能量生產(chǎn)器。
[0035]連接設(shè)備共同構(gòu)成自組織的網(wǎng)絡(luò)，其中，單個(gè)的連接設(shè)備通過廣播信息連在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上相互通信。這些廣播信息優(yōu)選地以標(biāo)準(zhǔn)“PROFINET”為依據(jù)，并且包含關(guān)于相應(yīng)的連接設(shè)備的實(shí)時(shí)能量需求和能量需求隨著時(shí)間的變化變化或者實(shí)時(shí)的能量供應(yīng)和能量供應(yīng)的時(shí)間上的變化的信息。在自組織的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，緊接著以如下方式引發(fā)對(duì)供電系統(tǒng)4中的能量流的反應(yīng)性的和優(yōu)選地此外有預(yù)見性的調(diào)節(jié)，即，使得能夠通過用作能量生成器的連接設(shè)備的能量供應(yīng)滿足用作能量消耗器的連接設(shè)備的能量需求。其中，在第一種實(shí)例(Instanz)下嘗試著借助能量緩沖存儲(chǔ)器，如蓄電池12。只有當(dāng)能量供應(yīng)和能量需求不能相互持平時(shí)，才借助緩沖存儲(chǔ)器進(jìn)行平衡。以這種方式應(yīng)該避免緩沖存儲(chǔ)器上的不必要的充電和放電過程，這些過程通常會(huì)伴隨電能的損耗。
[0036]盡管在現(xiàn)代的生產(chǎn)設(shè)備2中通常也接入太陽能設(shè)備或風(fēng)能設(shè)備，并且此外還越來越多地使用能量回收系統(tǒng)，但是生產(chǎn)設(shè)備2通常要靠外部的能源，才能達(dá)到生產(chǎn)設(shè)備2的能量的平衡。為此，本實(shí)施例中的生產(chǎn)設(shè)備2的供電系統(tǒng)4通過所謂EVU連接14連接在能量供應(yīng)公司的配電網(wǎng)上。那個(gè)EVU連接14在這里不當(dāng)做連接設(shè)備，并且相應(yīng)地在通信上不接入連接設(shè)備的自組織的網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于該網(wǎng)絡(luò)來說，EVU連接14是取之不盡的來源或者是取之不盡的散能裝置(Senke)，通過它來持久地平衡生產(chǎn)設(shè)備2的與時(shí)間有關(guān)的能量平衡。
[0037]除了平衡能量，在有預(yù)見性地調(diào)節(jié)供電系統(tǒng)4中的能量流時(shí)針對(duì)兩個(gè)其他的目標(biāo)設(shè)定。一方面要在通過生產(chǎn)規(guī)劃預(yù)定的生產(chǎn)中將通過EVU連接14獲取的電能保持得盡可能的少，從而使生產(chǎn)設(shè)備2的運(yùn)營商的能量成本相應(yīng)地保持在較少的水平。另一方面要將與時(shí)間有關(guān)的負(fù)載，從能量供應(yīng)公司的配電網(wǎng)的角度看也就是生產(chǎn)設(shè)備2，盡量保持恒定。
[0038]作為實(shí)例的代替，這種自組織的網(wǎng)絡(luò)也能夠有利地用在自動(dòng)化的包裹傳送設(shè)備16中，正如例如在機(jī)場使用到的那些，并且在圖2中示意性的示出。在這里，短的、例如僅幾米長的傳送帶區(qū)段18共同形成具有長達(dá)數(shù)公里(例如30-50km)的整個(gè)傳送路段的分揀及傳送設(shè)備。每個(gè)傳送帶區(qū)段18在一個(gè)端部上都具有一個(gè)光勢(shì)壘20，并且該光勢(shì)壘借助電動(dòng)機(jī)10來驅(qū)動(dòng)，該電動(dòng)機(jī)此外還作為發(fā)電機(jī)10將不再需要的動(dòng)能部分地轉(zhuǎn)回到電能。
[0039]如果現(xiàn)在有一件包裹22向傳送帶區(qū)段18運(yùn)動(dòng)，那么布置在傳送帶區(qū)段19端部一側(cè)的光勢(shì)壘20被打斷并且通過電動(dòng)機(jī)10啟動(dòng)相應(yīng)的傳動(dòng)帶分段18。然后這件包裹22通過傳動(dòng)帶分段18被繼續(xù)傳送，直到它打斷位于下游的傳動(dòng)帶分段18的光勢(shì)壘20，緊接著借助被觀察的傳動(dòng)帶分段18的作為發(fā)電機(jī)10工作的電動(dòng)機(jī)10開始回收能量。這樣回收的電能通過一個(gè)共同的供電系統(tǒng)4繼續(xù)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)在由傳送帶區(qū)段18構(gòu)成的自組織的網(wǎng)絡(luò)中的、已經(jīng)報(bào)告能量需要的傳送帶區(qū)段18上。
[0040]在這個(gè)自組織的網(wǎng)絡(luò)中在此不僅接入了傳送路段24的傳送帶區(qū)段18，而卻還接入了通常存在的冗余傳送路段24的傳送帶區(qū)段18。由于這種分揀及傳送設(shè)備的傳送帶區(qū)段18的數(shù)量很大，所以可能需要很大的技術(shù)耗費(fèi)才能借助中央控制單元調(diào)節(jié)共同的供電系統(tǒng)4中的能量流。在使用自組織的網(wǎng)絡(luò)的情況下剛好省去了這種中央控制單元。
[0041]本發(fā)明不局限于上述的實(shí)施例。而是也可以由專業(yè)技術(shù)人員從中推導(dǎo)出本發(fā)明的其他變化方案，而不偏離本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
。特別是還可以將所有結(jié)合實(shí)施例描述的單個(gè)特征以其他的方式相互組合，而不偏離本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
。
[0042]附圖標(biāo)記列表
[0043]2生產(chǎn)設(shè)備
[0044]4供電系統(tǒng)
[0045]6工作站
[0046]8柴油發(fā)電機(jī)
[0047]10電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)
[0048]12蓄電池
[0049]14 EVU 連接
[0050]16包裹傳送設(shè)備
[0051]18傳送帶區(qū)段
[0052]20光勢(shì)壘
[0053]22包裹件
[0054]24傳送路段。
【權(quán)利要求】
1.一種有預(yù)見性地調(diào)節(jié)具有多個(gè)連接設(shè)備(6，8，10，12)的自動(dòng)化設(shè)備(2，16)的供電系統(tǒng)(4)中的能量流的方法，所述連接設(shè)備連接在所述供電系統(tǒng)(4)上， 其特征在于，所述連接設(shè)備(6，8，10，12)相互之間交換關(guān)于所述連接設(shè)備的能量需求或者所述連接設(shè)備的能量供應(yīng)的信息，并且所述連接設(shè)備(6，8，10，12)在所述信息的基礎(chǔ)上相互交換能量。 其特征在于，所述連接設(shè)備(6，8，10，12)相互之間交換關(guān)于所述連接設(shè)備的所述能量需求或者所述連接設(shè)備的所述能量供應(yīng)的所期望的時(shí)間上的變化的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法， 其特征在于，所述連接設(shè)備(6，8，10，12)相互之間交換關(guān)于所述連接設(shè)備的所述能量需求或者所述連接設(shè)備的所述能量供應(yīng)的所期望的時(shí)間上的變化的信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法， 其特征在于，為了交換所述信息基本上使用的是沒有預(yù)定的收信方的數(shù)據(jù)協(xié)議。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于，所述連接設(shè)備(6，8，10，12)構(gòu)成自組織的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)(6，8，10，12)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法， 其特征在于，所述設(shè)備網(wǎng) 絡(luò)(6，8，10，12)劃分成子網(wǎng)絡(luò)，其中，子網(wǎng)絡(luò)的所述連接設(shè)備(6，8，10，12)相互之間交換信息和能量，并且其中，所述子網(wǎng)絡(luò)相互之間交換信息和能量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于，所述供電系統(tǒng)(4)連接在外部的供電系統(tǒng)(14)上，所述供電系統(tǒng)平衡所有所述連接設(shè)備(6，8，10，12)的預(yù)定的所述能量需求和預(yù)定的所述能量供應(yīng)之間的與時(shí)間有關(guān)的差異。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法， 其特征在于，以如下方式調(diào)節(jié)能量流，即，使所有所述連接設(shè)備(6，8，10，12)的與時(shí)間有關(guān)的預(yù)定的所述能量需求和與時(shí)間有關(guān)的預(yù)定的所述能量供應(yīng)之間的與時(shí)間有關(guān)的差異基本上恒定。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法， 其特征在于，以如下方式調(diào)節(jié)能量流，即，使所有所述連接設(shè)備(6，8，10，12)的與時(shí)間有關(guān)的預(yù)定的所述能量需求和與時(shí)間有關(guān)的預(yù)定的所述能量供應(yīng)之間的與時(shí)間有關(guān)的差異在平均時(shí)間內(nèi)最小化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于，所述連接設(shè)備(6，8，10，12)用作能量消耗器(6，10，12)、能量生成器(8，10，12)或者能量存儲(chǔ)器(12)，并且以如下方式調(diào)節(jié)能量流，即，優(yōu)先通過所述能量生成器(8,10,12)的所述能量供應(yīng)滿足所述能量消耗器(6,10,12)的所述能量需求。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于，至少一個(gè)連接設(shè)備(10，12)依據(jù)運(yùn)行狀態(tài)用作能量消耗器(10，12)、能量生成器(10，12)或者能量存儲(chǔ)器(12)。
11.一種用于具有供電系統(tǒng)(4)和多個(gè)連接設(shè)備(6，8，10，12)的自動(dòng)化設(shè)備(2)的能量調(diào)節(jié)系統(tǒng)(6，8，10，12)，所述連接設(shè)備(6，8，10，12)連接在所述供電系統(tǒng)(4)上，用于根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法有預(yù)見性地調(diào)節(jié)所述供電系統(tǒng)(4)中的所述能量流。
12.—種具有供電系統(tǒng)(4)的自動(dòng)化設(shè)備(2，16)，其具有多個(gè)連接在供電系統(tǒng)(4)上的連接設(shè)備(6，8，10，12)，并且具有根據(jù)權(quán)利要求11的能量調(diào)節(jié)系統(tǒng)(6，8，10，12)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的自動(dòng)化設(shè)備(16)，包括由傳送帶區(qū)段(18)構(gòu)成的物流設(shè)備(16)，其中，所述傳送帶區(qū)段(18)作為連接設(shè)備(18)連接在所述供電系統(tǒng)(4)上，并且其中，所述傳送帶區(qū)段(18)依據(jù)運(yùn)行狀態(tài)用作能量消耗器(10)或者用作能量生成器(10)。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK103748756SQ201180072875
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月17日
【發(fā)明者】勒內(nèi)·格拉夫, 弗蘭克·科諾普卡 申請(qǐng)人:西門子公司