Verfahren zum energieeffizienten Betrieb von Automatisierungsgeräten eines industriellen Automatisierungssystems und Simulationssystem

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 überwiegend

Echzeit-Kommunikationsprotokolle, wie Profinet, Profibus oder Real-Time-Ethernet , verwendet.

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 EP 2 479 630 AI ist ein Verfahren zur kollisionsfreien Überführung einer Anlage aus einem Scheinausmodus in einen

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 .

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 erste

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 .

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.

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.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an einem Ausfüh ^¬ rungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die Figur eine schematische Darstellung eines industriellen

Automatisierungssystems mit mehreren Automatisie ^¬ rungsgeräten und einem Simulationssystem zur Planung eines energieeffizienten Betriebs der Automatisierungsgeräte .

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.

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 Simulationssystem

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.

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 .

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 energieverbrauchsminimierten

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.

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.