WO2014016188A1 - Control device for the energy-efficient operation of a process system and/or production system - Google Patents

Control device for the energy-efficient operation of a process system and/or production system Download PDF

Info

Publication number
WO2014016188A1
WO2014016188A1 PCT/EP2013/065145 EP2013065145W WO2014016188A1 WO 2014016188 A1 WO2014016188 A1 WO 2014016188A1 EP 2013065145 W EP2013065145 W EP 2013065145W WO 2014016188 A1 WO2014016188 A1 WO 2014016188A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
control device
energy
manufacturing plant
plant
main processor
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/065145
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dominic BUCHSTALLER
Jörg HASSEL
Johannes Reinschke
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2014016188A1 publication Critical patent/WO2014016188A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/047—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators the criterion being a time optimal performance criterion
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/41865—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM] characterised by job scheduling, process planning, material flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/63—Monitoring or controlling charging stations in response to network capacity
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/10—Plc systems
    • G05B2219/15—Plc structure of the system
    • G05B2219/15125—Multiple kernels
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/22—Pc multi processor system
    • G05B2219/2205—Multicore
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/26—Pc applications
    • G05B2219/2639—Energy management, use maximum of cheap power, keep peak load low
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/32—Operator till task planning
    • G05B2219/32021—Energy management, balance and limit power to tools
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/12—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation
    • Y04S10/126—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV], i.e. power aggregation of EV or HEV, vehicle to grid arrangements [V2G]

Definitions

  • the present invention relates to a control device for a process and / or production plant. Moreover, the present invention relates to a process and / or manufacturing plant. Finally, the present invention relates to a method for operating a process and / or manufacturing plant.
  • Control devices for process and / or production plants are known, for example, from the company Siemens under the product name "SIMATIC S7.” Control devices of this type make it possible to regulate operating variables of individual components of a plant, ie, for example, conveyor belts, bottling plants or rollers, or also the components or To switch the units themselves, for example, to switch them off whenever they are not needed
  • the control device of such a system can be connected to the periphery via an external communication bus, for example according to the Profinet standard, ie with the control units of the units themselves or with The control device then receives the input signals relating to instantaneous characteristics of the system via the external communication bus the state variables of the individual components, which can also be transmitted from the control units via the communication bus to the control device.
  • the basis for optimized energy purchasing can also be calculated with energy management solutions such as B.Data. Suitable solutions that can be used to optimize energy consumption online are currently unknown.
  • the inventive control device for a process and / or manufacturing plant comprises a signal input for receiving at least one characteristic of at least one component of the process and / or manufacturing plant, and a main processor having a memory on which a predetermined automation rule is stored
  • the control device comprises an energy monitoring device for detecting at least one energy consumption value of the at least one component
  • the main processor is designed to operate during operation of the process and / or production plant on the basis of the automation rule, the characteristic and one by means of the energy monitoring device at least one time prior to operation the process and / or production plant recorded energy consumption value to determine a model for the process and / or manufacturing plant.
  • the control device comprises a control device with the main processor and the coprocessor.
  • the control device can capture the parameters or operating variables of the components or aggregates of the process and / or production plant.
  • the parameters can contain process-relevant data or measured values of the individual components.
  • the control device comprises an energy monitoring device with which the energy consumption of the individual components can be detected.
  • the additional energy monitoring device can be formed by the already described energy management solutions B.Data.
  • a corresponding automation regulation or a basic configuration can be entered via an engineering station.
  • the main processor acquires the entered basic configuration, the parameters and past energy consumption values and uses them to create a current dynamic model of the system. For example, an energy consumption profile specified by the manufacturer for the respective component can be selected on the engineering station.
  • the model of the process and / or production plant based on the basic configuration can be adapted so that it matches the detected parameters.
  • the control device has the advantage that it can be easily integrated into an existing process control system of a process and / or production plant.
  • the control device preferably has a coprocessor with a plurality of calculation cores for calculating at least one manipulated variable for the at least one component in parallel depending on the characteristic and the automation specification, and the main processor controls the coprocessor to calculate the at least one manipulated variable as a function of the model the process and / or manufacturing plant and a predetermined optimization criterion.
  • a control device comprising a main processor and a multi-core coprocessor is disclosed in Applicant's patent application with the internal character
  • the main processor is only necessary for coordinating the calculations and, if necessary, for calculating the actuating signals from the intermediate variables, both of which require a comparatively low computing power. So it is z. B. possible to provide a coprocessor with 16 or more cores, in particular with more than 100 cores, with a coprocessor controlling this main processor in the control device. A real-time operating system can be run on the main processor.
  • the main processor provides the coprocessor with computational tasks.
  • the control device is designed to additionally calculate the at least one manipulated variable with the coprocessor as a function of an energy consumption value detected by the energy monitoring device during operation of the process and / or production system.
  • the control device can determine a manipulated variable or a result from the model for the system, the optimization criterion, the current process-relevant data or the parameters and the current energy consumption values.
  • the present energy management problem comprises the online recorded model of the process and / or production plant and an optimization criterion or an optimization target.
  • the main processor processes the data based on the target hardware. For example, for the calculation on the cores a corresponding formulation of the problem in the form of adequate data structures.
  • the control device can use a mathematical optimization method to determine the energetically optimal operating state of the individual components of the system.
  • control device is designed to transmit the at least one manipulated variable to the at least one component.
  • the control device or a signal output of the control device can be coupled to the process automation system of the system in such a way that the energetically optimum operating state calculated by the control device can be set automatically by the process automation system.
  • the control device can control the units or components directly, for example by setting desired values or limit values with regard to energy consumption or power consumption.
  • control device is designed to transmit the at least one control signal to a display and / or operating device of the process and / or production plant. If the process and / or manufacturing equipment is designed, for example, as an industrial plant, a plant operator or an operator can thus be shown the energetically optimal operating state of the plant. The system operator can then set the system manually.
  • the coprocessor is configured to additionally supply the at least one manipulated variable as a function of a predetermined energy consumption of the process and / or production plant for a predetermined period of time, from a predetermined throughput of the process and / or production equipment and / or from a Utilization of at least one component to calculate.
  • the optimization criterion it can be considered as a secondary condition that a power consumption of the system, for example, in a period of 15 Minutes is not exceeded. Furthermore, the energy efficiency or the increase in throughput can be taken into account in the optimization criterion. Thus, the process and / or production plant can be optimally operated depending on the application.
  • the computing cores of the coprocessor are each designed as FPGA and / or GPU.
  • the control device can be designed as a massively parallel arithmetic unit as an FPGA or GPU board.
  • the coprocessor can have several hundred to several thousand computing cores, wherein the computing cores can each have access to a memory of several 100 kilobytes to several megabytes.
  • the control device can be designed as a plug-in module for a process automation system. This enables a hardware solution designed for the industrial environment and thus faster, safer and more reliable data communication with the process automation system.
  • control device can be designed as a plug-in module for an industrial PC, which is coupled to the process automation system via an OPC interface. This allows a more cost-effective hardware development, because it can be used on current graphics cards that are available as a mass product on the market.
  • the process and / or production plant according to the invention comprises the control device described above.
  • the process and / or manufacturing plant is designed as a gas station for electric vehicles.
  • the components of the system can be formed by the individual charging points or by the inverter feeding these charging points.
  • the maximum grid connection performance of the gas station can be considered.
  • the method according to the invention for operating a process and / or production plant comprises receiving at least one characteristic of at least one component of the process and / or production plant, storing a predetermined automation rule on a memory of a main processor of the control device, detecting at least one energy consumption value at least one component by means of an energy monitoring device of the control device and the determination of a model for the process and / or manufacturing plant by means of the main processor during operation of the process and / or manufacturing plant on the basis of the automation rule, the characteristic and one by means of the energy monitoring device at least one time before the energy consumption value recorded for the operation of the process and / or production plant.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a control device of a process and / or manufacturing plant
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a process and / or production plant
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a process and / or production plant in a further embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a process and / or production plant of an electric steelworks.
  • the following detailed embodiments illustrate preferred embodiments of the present invention.
  • 1 shows a control device 10 of a control device 12 of a process and / or production plant 14 in a schematic representation.
  • the control device 10 comprises a main processor 16 and a coprocessor 18.
  • the coprocessor 18 shown here only schematically comprises a plurality of computing cores.
  • the individual cores can be designed as a graphics processor (Graphics Processing Unit - GPU) or FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • a plant 14 which may be a manufacturing plant, a process plant or a combination thereof.
  • the plant may be, for example, a rolling mill and associated treatment line, a food and beverage processing plant, a paper and pulp mill, a power plant, an industrial furnace, a cement factory, a chemical plant or refinery, or a act petrochemical plant.
  • the process and / or production plant 14 comprises a plurality of components 34, wherein each of the components 34 can perform at least one process step.
  • each of the components 34 can perform at least one process step.
  • Production plant 14 are usually located at several hierarchy levels of process control and automation.
  • a process planning facility 20 which is also referred to as management execution system
  • the production order or the concrete production plan is determined.
  • the production plan is then handed over to a control device 22 of the process and / or manufacturing plant 14, which has the task of controlling the process so that the products specified in the production plan are produced in the correct order at the right time with the correct quality.
  • the controller 22 includes process automation and basic automation.
  • the process automation records the parameters of the process and / or production plant 14. The characteristics may include the processing progress, disturbances or the like.
  • the functions of operating data acquisition and machine data acquisition are taken into account. With corresponding changes in process control, process automation reacts dynamically to deviations in recorded parameters from their setpoints.
  • the process and / or production plant 14 includes the control device 12, which is formed by the control device 10 and an energy monitoring device 24.
  • the energy monitoring device 24 can be formed by the B.Data system from Siemens with corresponding extensions.
  • the energy monitoring device 24 cyclically detects all of the parameters and / or energy variables relevant to the solution of an energy management problem.
  • the energy monitoring device 24 may have an interface 26 via which the target of the energy management or the energy optimization by means of the control device 10 can be specified or at least modified.
  • Interface 26 may be an extension to the B.Data system.
  • the achieved energy or energy cost savings or the increase in throughput through better utilization of the energy consumption quota can be displayed and automatically logged and documented via the interface 26.
  • an interface 28 of the process planning device 20 or an interface 30 of the guide device This is shown schematically in FIG.
  • the control device 10 sends the data to be displayed or processed to the respective interface 26, 28, 30. If the control device 12 is to be used for a smaller electric energy consumer, the existing and extended functions of B.Data described above can also be used in the Control device 10 are integrated.
  • the control device 12 assumes the function of an online model and parameter identification.
  • a basic function k is provided by means of a display and / or operating device 32, which is also referred to as an engineering station, and transmitted to the control device 10.
  • the main processor 16 of the controller 10 detects the past power consumption values d1 and the characteristics d2 and d3.
  • the parameters d2 and d3 comprise the process-relevant data from the guide device 22 and the process planning device 20.
  • the control device 10 creates a current dynamic model of the process and / or production plant 14. For example, by means of the display and / or operating device 32, a specified by the manufacturer energy consumption profile for certain of the components 34 are selected.
  • the controller 12 will then, based on this basic configuration, adjust the energy consumption profile to match the recorded measurement data.
  • the energy management problem comprises the model of the process and / or production plant 14 and an optimization criterion p or an optimization target.
  • the energy management problem is processed by the main processor 16 in such a way that it can be transferred from the parallel computing cores of the coprocessor 18.
  • the preparation involves the creation of an efficient formulation of the problem, on the basis of which the calculation cores perform the calculation.
  • the optimization criterion p current energy consumption values dl of the components 34 and the parameters d2 and d3 or the current process-relevant data from the process automation and the process planning device 20 by means of Control device 10 calculates a result.
  • the optimization criterion p is transmitted from the energy monitoring device 24 to the control device 10.
  • the current energy consumption values d 1 are also detected by the energy monitoring device 24 and transmitted to the control device 10.
  • the result may include the optimal production order.
  • the result may include an optimal switching sequence of the components 34, with which a predetermined energy contingent is not exceeded.
  • the result may include a production plan that maximizes plant throughput in consideration of a given energy consumption of the process and / or manufacturing facility 14 for a given period of time (eg, 15 minutes).
  • the result may include a production plan that minimizes the cycle time in consideration of the given energy consumption of the process and / or manufacturing facility 14 for a given period of time.
  • all the aforementioned optimization goals can also be combined.
  • FIG. 4 the mode of operation of the control device 12 of a process and / or production plant 14 is illustrated using the example of an electric steelworks.
  • An electric steelworks comprises in the simplest case an electric arc furnace 36 for melting metal. Furthermore, the electric steelworks comprises a ladle furnace 38 for alloys.
  • the liquid steel produced by the electric steel plant can be used directly in a downstream continuous casting plant 40.
  • the components 34 of an electric steelworks are repeatedly designed in practice, working in parallel in the production flow. Since steel production is very energy intensive, a volume contract is typically concluded with an energy utility that covers a certain amount of energy per 15-minute interval. If this predetermined amount is exceeded, high overdraft fees will be charged. If the quantity is undercut, the steelworks operator still has to pay the specified amount of energy.
  • the underlying energy management problem is therefore as follows:
  • the goal is the maximum utilization of the negotiated 15-minute energy contingent by targeted switching of dominant energy consumers, such as the electric arc furnaces 36 and / or the ladle 38.
  • dominant energy consumers such as the electric arc furnaces 36 and / or the ladle 38.
  • the order of the necessary process steps must correspond to the physical reality.
  • the transition times between the process steps must be in a physically realistic, pre-determined range. For example, too long a transition time leads to excessive cooling of the melt.
  • no more than a certain amount of steel can be processed per process step.
  • the continuous casting plant 40 must always be supplied with a predetermined amount of material.
  • the maximum electrical power must not be exceeded.
  • the energy monitoring device 24 uses a configuration model to specify the energy management problem that includes the target and the secondary conditions and sends it to the main processor 16 of the control device 10.
  • a configuration model to specify the energy management problem that includes the target and the secondary conditions and sends it to the main processor 16 of the control device 10.
  • a current model for the system ie the arc furnaces 36 and the ladle furnace 38 created. If, as in the present exemplary embodiment, the electric arc furnace 36 is present multiple times, then the model for the respective electric arc furnace 36 can be different.
  • the main processor 16 then reads out all the information necessary for the calculation transmitted to it from the power monitor 24, the process scheduler 20 and the router 22.
  • This information may include a current optimization goal, a process order, a current occupancy of the components 34, current faults, an available amount of power, current process times (how long a batch has already been processed in the ladle furnace 38), instantaneous power consumption, and the like.
  • This information is transferred to the main processor 16 together with a corresponding formulation of the optimization criterion p to the parallel computing cores of the coprocessor 18.
  • the result is read from the main processor 16 from the parallel arithmetic cores of the coprocessor 18 and sent to the process scheduler 20 as the manipulated variable e.
  • This result includes concrete switching times for the consumers and the temporal production process, eg. For example, the timing for tapping.
  • the decisions made by an analyst on the basis of the result of the calculation now influence the further process flow and lead to a new operating state of the process and / or production plant 14.
  • This state of analysis is then re-read from the information from the energy monitoring system after a certain cycle time. device 24, the process planning device 20 and the guide 22 detected by the main processor 16 and processed again. This cyclic process is repeated indefinitely.
  • the described energy management problem in the electric steelworks can be formulated as a "job-shop scheduling" problem.
  • dardpro lem which is a generalization of the problem of the commercial traveler.
  • This problem can be solved in a simple known manner.
  • the problem belongs to the class of NP-complete problems, ie it is extremely difficult to solve the present problem and requires very powerful computing hardware.
  • the arithmetic problem can be solved in a short time, e.g. B. 5 seconds, must be solved online in order to respond to current events in the process in a timely manner.
  • This combination of a complex arithmetic problem and high demands on the real-time capability of the energy management solution leads to a computing power that does not match conventional solutions, eg. As a PC with multi-core processor, can be handled. Therefore, it is imperative to resort to highly parallel computing cores, as described in connection with the control device 12 according to the invention.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

The invention relates to a control device (12) for a process system and/or production system (14), comprising a signal input for receiving at least one characteristic value (d2, d3) of at least one component (34) of the process system and/or production system (14), and a main processor (16), which has a memory, in which a predetermined automation instruction is stored, wherein the control device (12) has an energy monitoring apparatus (24) for recording at least one energy consumption value (d1) of the at least one component (34), and the main processor (16) is designed to determine a model for the process system and/or production system (14) during operation of the process system and/or production system (14), on the basis of the automation instruction, the characteristic value (d2, d3), and an energy consumption value (d1) recorded by means of the energy monitoring apparatus (24) at at least one time before the operation of the process system and/or production system (14).

Description

Beschreibung description
STEUERVORRICHTUNG ZUM ENERGIEEFFIZIENTER BETREIBEN EINER PROZESS- UND/ODER FERTIGUNGSANLAGE Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Prozess- und/oder Fertigungsanlage. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung eine Prozess- und/oder Fertigungsanlage. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Prozess- und/oder Fertigungsan- läge. CONTROL DEVICE FOR THE ENERGY-EFFICIENT OPERATION OF A PROCESS AND / OR MANUFACTURING SYSTEM The present invention relates to a control device for a process and / or production plant. Moreover, the present invention relates to a process and / or manufacturing plant. Finally, the present invention relates to a method for operating a process and / or manufacturing plant.
Steuervorrichtungen für Prozess- und/oder Fertigungsanlagen sind beispielsweise von dem Unternehmen Siemens unter dem Produktnamen „SIMATIC S7" bekannt. Steuervorrichtungen dieser Art ermöglichen es, Betriebsgrößen einzelner Komponenten einer Anlage einzuregeln, also beispielsweise von Förderbändern, Abfüllanlagen oder Walzen, oder auch die Komponenten bzw. Aggregate selbst zu schalten, um sie beispielsweise immer dann abzuschalten, wenn sie nicht benötigt werden. Die Steuervorrichtung einer solchen Anlage kann über einen externen Kommunikationsbus, beispielsweise gemäß dem Standard Profinet mit der Peripherie verbunden sein, also mit den Steuereinheiten der Aggregate selbst oder mit Sensor- und Stelleinheiten an der Anlage. Über den externen Kommunikationsbus empfängt die Steuervorrichtung dann die Eingangssignale betreffend momentane Kenngrößen der Anlage. Diese Eingangssignale können beispielsweise Messsignale der Sensoreinheiten sein. Andere Betriebsgrößen sind die Zustandsgrößen der einzelnen Komponenten, die von deren Steuereinheiten ebenfalls über den Kommunikationsbus an die Steuervorrichtung übertragen werden können. Control devices for process and / or production plants are known, for example, from the company Siemens under the product name "SIMATIC S7." Control devices of this type make it possible to regulate operating variables of individual components of a plant, ie, for example, conveyor belts, bottling plants or rollers, or also the components or To switch the units themselves, for example, to switch them off whenever they are not needed The control device of such a system can be connected to the periphery via an external communication bus, for example according to the Profinet standard, ie with the control units of the units themselves or with The control device then receives the input signals relating to instantaneous characteristics of the system via the external communication bus the state variables of the individual components, which can also be transmitted from the control units via the communication bus to the control device.
Für eine wirtschaftliche und optimierte Energiebetriebsführung von Prozess- und/oder Fertigungsanlagen sind Energiema- nagement-Lösungen wie B.Data von der Firma Siemens bekannt. Diese Lösungen fokussieren bzw. beschränken sich derzeit auf die Visualisierung und automatische Dokumentation bzw. die Report-Erstellung von Energieströmen. Dies kann auch die Um- rechnung in entsprechende Kennzahlen, wie den C02-Ausstoß, einschließen. Einfache Energieverbrauchsvorhersagen als Energy management solutions such as B.Data from Siemens are well-known for efficient and optimized energy operation of process and / or production plants. These solutions currently focus on the visualization and automatic documentation or the report generation of energy streams. This can also be into corresponding key figures, such as C0 2 emissions. Simple energy consumption forecasts as
Grundlage für einen optimierten Energieeinkauf können ebenfalls mit Energiemanagement-Lösungen wie B.Data berechnet werden. Geeignete Lösungen, mit denen online eine Energieverbrauchsoptimierung durchgeführt werden kann, sind derzeit nicht bekannt . The basis for optimized energy purchasing can also be calculated with energy management solutions such as B.Data. Suitable solutions that can be used to optimize energy consumption online are currently unknown.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pro- zess- und/oder Fertigungsanlage energieeffizienter zu betreiben . It is therefore the object of the present invention to operate a process and / or production plant more energy-efficiently.
Diese Aufgabe wird durch eine Steuervorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und durch eine Prozess- und/oder Fertigungsanlage gemäß Patentanspruch 8 gelöst. In gleicher Weise wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindungsgemäße Steuervorrichtung für eine Prozess- und/oder Fertigungsanlage umfasst einen Signaleingang zum Empfangen von zumindest einer Kenngröße von zumindest einer Komponente der Prozess- und/oder Fertigungsanlage, und einen Hauptprozessor, der einen Speicher aufweist, auf dem eine vorbestimmte Automatisierungsvorschrift gespeichert ist, wobei die Steuervorrichtung eine Energieüberwachungseinrichtung zum Erfassen zumindest eines Energieverbrauchswerts der zumindest einen Komponente umfasst, und der Hauptprozessor dazu ausgebildet ist, während eines Betriebs der Prozess- und/oder Fertigungsanlage anhand der Automatisierungsvorschrift, der Kenngröße und eines mittels der Energieüberwachungseinrichtung an zumindest einem Zeitpunkt vor dem Betrieb der Prozess- und/oder Fertigungsanlage erfassten Energieverbrauchswerts ein Modell für die Prozess- und/oder Fertigungsanlage zu ermitteln. This object is achieved by a control device according to claim 1 and by a process and / or manufacturing plant according to claim 8. In the same way, the object is achieved by a method having the features of patent claim 10. Advantageous developments of the present invention are specified in the subclaims. The inventive control device for a process and / or manufacturing plant comprises a signal input for receiving at least one characteristic of at least one component of the process and / or manufacturing plant, and a main processor having a memory on which a predetermined automation rule is stored the control device comprises an energy monitoring device for detecting at least one energy consumption value of the at least one component, and the main processor is designed to operate during operation of the process and / or production plant on the basis of the automation rule, the characteristic and one by means of the energy monitoring device at least one time prior to operation the process and / or production plant recorded energy consumption value to determine a model for the process and / or manufacturing plant.
Die Steuervorrichtung umfasst eine Steuereinrichtung mit dem Hauptprozessor und dem Koprozessor. Die Steuereinrichtung kann die Kenngrößen bzw. Betriebsgrößen der Komponenten bzw. Aggregate der Prozess- und/oder Fertigungsanlage erfassen. Die Kenngrößen können prozessrelevante Daten oder Messwerte der einzelnen Komponenten beinhalten. Zusätzlich umfasst die Steuervorrichtung eine Energieüberwachungseinrichtung, mit der der Energieverbrauch der einzelnen Komponenten erfasst werden kann. Die zusätzliche Energieüberwachungseinrichtung kann dabei durch die bereits beschriebene Energiemanagement- Lösungen B.Data gebildet sein. Eine entsprechende Automati- sierungsvorschrift bzw. eine Grundkonfiguration kann über eine Engineering-Station eingegeben werden. The control device comprises a control device with the main processor and the coprocessor. The control device can capture the parameters or operating variables of the components or aggregates of the process and / or production plant. The parameters can contain process-relevant data or measured values of the individual components. In addition, the control device comprises an energy monitoring device with which the energy consumption of the individual components can be detected. The additional energy monitoring device can be formed by the already described energy management solutions B.Data. A corresponding automation regulation or a basic configuration can be entered via an engineering station.
Der Hauptprozessor erfasst die eingegebene Grundkonfiguration, die Kenngrößen und zurückliegende Energieverbrauchswerte und erstellt daraus ein aktuelles dynamisches Modell der Anlage. Beispielsweise kann auf der Engineering-Station ein vom Hersteller angegebenes Energieverbrauchsprofil für die jeweilige Komponente ausgewählt werden. Mit der Steuervorrichtung kann das Modell der Prozess- und/oder Fertigungsanlage basie- rend auf der Grundkonfiguration so angepasst werden, dass es mit den erfassten Kenngrößen übereinstimmt. Die Steuervorrichtung weist den Vorteil auf, dass sie auf einfache Weise in ein vorhandenes Prozessleitsystem einer Prozess- und/oder Fertigungsanlage integriert werden kann. The main processor acquires the entered basic configuration, the parameters and past energy consumption values and uses them to create a current dynamic model of the system. For example, an energy consumption profile specified by the manufacturer for the respective component can be selected on the engineering station. With the control device, the model of the process and / or production plant based on the basic configuration can be adapted so that it matches the detected parameters. The control device has the advantage that it can be easily integrated into an existing process control system of a process and / or production plant.
Bevorzugt weist die Steuervorrichtung einen Koprozessor mit einer Mehrzahl von Rechenkernen zum parallelen Berechnen zumindest einer Stellgröße für die zumindest eine Komponente in Abhängigkeit von der Kenngröße und der Automatisierungsvor- schrift auf und der Hauptprozessor steuert den Koprozessor zur Berechnung der zumindest einen Stellgröße in Abhängigkeit von dem Modell der Prozess- und/oder Fertigungsanlage und einem vorbestimmten Optimierungskriterium an. Eine Steuervorrichtung, die einen Hauptprozessor und eine Koprozessor mit mehreren Rechenkernen aufweist, ist aus der Patentanmeldung der Anmelderin mit dem internen Zeichen The control device preferably has a coprocessor with a plurality of calculation cores for calculating at least one manipulated variable for the at least one component in parallel depending on the characteristic and the automation specification, and the main processor controls the coprocessor to calculate the at least one manipulated variable as a function of the model the process and / or manufacturing plant and a predetermined optimization criterion. A control device comprising a main processor and a multi-core coprocessor is disclosed in Applicant's patent application with the internal character
201129202 bekannt. Mit einem Rechenkern ist hierbei im Unter- schied zu einem vollwertigen Prozessor, und insbesondere einem Prozessorkern, gemeint, dass es sich um eine elektronische Schaltung handelt, die ausschließlich zum Durchführen einer begrenzten Anzahl arithmetischer Operationen eingerich- tet ist. Mit dem Hauptprozessor können die Eingangssignale der Komponenten der Prozess- und/oder Fertigungsanlage empfangen werden. Diese können in einem Speicher für den Kopro- zessor so gespeichert werden, dass die Rechenkerne die gespeicherten Signale verarbeiten können. Die eigentliche Ver- arbeitung der Eingangssignale, die zum Erzeugen der Stellsignale oder zumindest zu Zwischengrößen für eine weitere Berechnung der Stellsignale führt, wird also durch die Rechenkerne der Koprozessoren erledigt. Der Hauptprozessor ist nur zum Koordinieren der Berechnungen und gegebenenfalls zum Be- rechnen der Stellsignale aus den Zwischengrößen nötig, was beides eine verhältnismäßig geringe Rechenleistung erfordert. So ist es z. B. möglich, einen Koprozessor mit 16 oder mehr Rechenkernen, insbesondere mit mehr als 100 Rechenkernen, mit einem diesen Koprozessor steuernden Hauptprozessor in der Steuervorrichtung bereitzustellen. Auf dem Hauptprozessor kann ein Echtzeit-Betriebssystem zu Ablauf gebracht werden. Der Hauptprozessor versorgt den Koprozessor mit Rechenaufgaben . In einer Ausgestaltung ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, die zumindest eine Stellgröße mit dem Koprozessor zusätzlich in Abhängigkeit von einem mittels der Energieüberwachungseinrichtung während des Betriebs der Prozess- und/oder Fertigungsanlage erfassten Energieverbrauchswerts zu berech- nen. Aus dem Modell für die Anlage, dem Optimierungskriterium, den aktuellen prozessrelevanten Daten bzw. den Kenngrößen und den aktuellen Energieverbrauchswerten kann die Steuervorrichtung eine Stellgröße bzw. ein Ergebnis bestimmen. Das vorliegende Energiemanagement-Problem umfasst das online er- fasste Modell der Prozess- und/oder Fertigungsanlage und eine Optimierungskriterium bzw. ein Optimierungsziel. Mit dem Hauptprozessor werden die Daten auf Basis der Zielhardware entsprechen bearbeitet. Beispielsweise ist für die Berechnung auf den Rechenkernen eine entsprechende Formulierung des Problems in Form von adäquaten Datenstrukturen. Die Steuervorrichtung kann ein mathematisches Optimierungsverfahren verwenden, um den energetisch optimalen Betriebszustand der einzelnen Komponenten der Anlage zu bestimmen. 201129202 known. With a calculation kernel in this case differentiated into a full-fledged processor, and more particularly a processor core, meaning that it is an electronic circuit designed solely to perform a limited number of arithmetic operations. With the main processor, the input signals of the components of the process and / or manufacturing plant can be received. These can be stored in a memory for the coprocessor so that the processor cores can process the stored signals. The actual processing of the input signals, which leads to the generation of the actuating signals or at least to intermediate variables for a further calculation of the actuating signals, is thus done by the computing cores of the coprocessors. The main processor is only necessary for coordinating the calculations and, if necessary, for calculating the actuating signals from the intermediate variables, both of which require a comparatively low computing power. So it is z. B. possible to provide a coprocessor with 16 or more cores, in particular with more than 100 cores, with a coprocessor controlling this main processor in the control device. A real-time operating system can be run on the main processor. The main processor provides the coprocessor with computational tasks. In one embodiment, the control device is designed to additionally calculate the at least one manipulated variable with the coprocessor as a function of an energy consumption value detected by the energy monitoring device during operation of the process and / or production system. The control device can determine a manipulated variable or a result from the model for the system, the optimization criterion, the current process-relevant data or the parameters and the current energy consumption values. The present energy management problem comprises the online recorded model of the process and / or production plant and an optimization criterion or an optimization target. The main processor processes the data based on the target hardware. For example, for the calculation on the cores a corresponding formulation of the problem in the form of adequate data structures. The control device can use a mathematical optimization method to determine the energetically optimal operating state of the individual components of the system.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, die zumindest eine Stellgröße an die zumindest eine Komponente zu übertragen. Die Steuervorrichtung bzw. ein Signalausgang der Steuervorrichtung kann mit dem Prozessautomatisierungssystems der Anlage derart gekoppelt sein, dass die von der Steuereinrichtung berechnet energetisch optimale Betriebszustand vom Prozessautomatisierungs- system automatisch eingestellt werden kann. Die Steuervor- richtung kann im Fall eines kleineren Elektroenergieverbrauchers, der aus mehreren Aggregaten oder Komponenten besteht, die Aggregate bzw. Komponenten direkt, beispielsweise durch Setzen von Sollwerten oder Grenzwerten bezüglich des Energieverbrauchs oder der Leistungsaufnahme, steuern. In a further embodiment, the control device is designed to transmit the at least one manipulated variable to the at least one component. The control device or a signal output of the control device can be coupled to the process automation system of the system in such a way that the energetically optimum operating state calculated by the control device can be set automatically by the process automation system. In the case of a smaller electric power consumer, which consists of several units or components, the control device can control the units or components directly, for example by setting desired values or limit values with regard to energy consumption or power consumption.
Alternativ oder zusätzlich ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, das zumindest eine Steuersignal an eine Anzeige- und/oder Bedieneinrichtung der Prozess- und/oder Fertigungsanlage zu übertragen. Wenn die Prozess- und/oder Fertigungs- anläge beispielsweise als Industrieanlage ausgebildet ist, kann einem Anlagenfahrer bzw. einer Bedienperson so der energetisch optimale Betriebszustand der Anlage angezeigt werden. Der Anlagenfahrer kann die Anlage dann per Hand einstellen. In einer Ausführungsform ist der Koprozessor dazu ausgebildet, die zumindest eine Stellgröße zusätzlich in Abhängigkeit von einem für einen vorbestimmten Zeitraum vorgegebenen Energieverbrauch der Prozess- und/oder Fertigungsanlage, von einem vorbestimmten Durchsatz der Prozess- und/oder Fertigungs- anläge und/oder von einer Auslastung der zumindest einen Komponente zu berechnen. Im dem Optimierungskriterium kann als Nebenbedingung berücksichtigt werden, dass ein Energieverbrauch der Anlage beispielsweise in einem Zeitraum von 15 Minuten nicht überschritten wird. Weiterhin kann in dem Optimierungskriterium die Energieeffizienz oder die Durchsatzsteigerung berücksichtigt werden. Somit kann die Prozess- und/oder Fertigungsanlage je nach Anwendungsfall optimal be- trieben werden. Alternatively or additionally, the control device is designed to transmit the at least one control signal to a display and / or operating device of the process and / or production plant. If the process and / or manufacturing equipment is designed, for example, as an industrial plant, a plant operator or an operator can thus be shown the energetically optimal operating state of the plant. The system operator can then set the system manually. In one embodiment, the coprocessor is configured to additionally supply the at least one manipulated variable as a function of a predetermined energy consumption of the process and / or production plant for a predetermined period of time, from a predetermined throughput of the process and / or production equipment and / or from a Utilization of at least one component to calculate. In the optimization criterion, it can be considered as a secondary condition that a power consumption of the system, for example, in a period of 15 Minutes is not exceeded. Furthermore, the energy efficiency or the increase in throughput can be taken into account in the optimization criterion. Thus, the process and / or production plant can be optimally operated depending on the application.
Bevorzugt sind die Rechenkerne des Koprozessors jeweils als FPGA und/oder GPU ausgebildet. Die Steuereinrichtung kann als massiv parallele Recheneinheit kann als FPGA- oder GPU-Board ausgebildet sein. Der Koprozessor kann dabei mehrere hundert bis mehrere tausend Rechenkerne aufweisen, wobei die Rechenkerne jeweils Zugriff auf einen Speicher von mehreren 100 Kilobyte bis mehreren Megabyte haben können. Für die Steuervorrichtung als massiv parallele Recheneinheit gibt es zwei hardwaretechnische Realisierungsmöglichkeiten. Zum einen kann die Steuervorrichtung als Einschubmodul für ein Prozessautomatisierungssystem ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine auf das Industrieumfeld ausgelegte Hardwarelö- sung und damit eine schnellere, sicherere und zuverlässigere Datenkommunikation mit dem Prozessautomatisierungssystem. Zum anderen kann die Steuervorrichtung als Einschubmodul für einen Industrie-PC, der über eine OPC-Schnittstelle an das Prozessautomatisierungssystem angekoppelt ist, ausgebildet sein. Damit kann eine kostengünstigere Hardware-Entwicklung ermöglicht werden, da auf aktuelle Grafikkarten zurückgegriffen werden kann, die als Massenprodukt am Markt vorhanden sind. Preferably, the computing cores of the coprocessor are each designed as FPGA and / or GPU. The control device can be designed as a massively parallel arithmetic unit as an FPGA or GPU board. The coprocessor can have several hundred to several thousand computing cores, wherein the computing cores can each have access to a memory of several 100 kilobytes to several megabytes. For the control device as a massively parallel arithmetic unit, there are two hardware implementation possibilities. On the one hand, the control device can be designed as a plug-in module for a process automation system. This enables a hardware solution designed for the industrial environment and thus faster, safer and more reliable data communication with the process automation system. On the other hand, the control device can be designed as a plug-in module for an industrial PC, which is coupled to the process automation system via an OPC interface. This allows a more cost-effective hardware development, because it can be used on current graphics cards that are available as a mass product on the market.
Die erfindungsgemäße Prozess- und/oder Fertigungsanlage um- fasst die zuvor beschriebene Steuervorrichtung. In einer Ausführungsform ist die Prozess- und/oder Fertigungsanlage als Tankstelle für Elektrofahrzeuge ausgebildet. Dabei können die Komponenten der Anlage durch die einzelnen Ladepunkte bzw. durch die diese Ladepunkte speisenden Umrichter gebildet sein. Als Optimierungskriterium kann hierbei die maximale Netzanschlussleistung der Tankstelle berücksichtigt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Prozess- und/oder Fertigungsanlage umfasst das Empfangen von zumindest einer Kenngröße von zumindest einer Komponente der Prozess- und/oder Fertigungsanlage, das Speichern einer vorbestimmte Automatisierungsvorschrift auf einem Speicher eines Hauptprozessors der Steuervorrichtung, das Erfassen zumindest eines Energieverbrauchswerts der zumindest einen Komponente mittels einer Energieüberwachungseinrichtung der Steuervorrichtung und das Ermitteln eines Modells für die Prozess- und/oder Fertigungsanlage mittels des Hauptprozessors während eines Betriebs der Prozess- und/oder Fertigungsanlage anhand der Automatisierungsvorschrift, der Kenngröße und eines mittels der Energieüberwachungseinrichtung an zumindest einem Zeitpunkt vor dem Betrieb der Prozess- und/oder Fertigungsanlage erfassten Energieverbrauchswerts. The process and / or production plant according to the invention comprises the control device described above. In one embodiment, the process and / or manufacturing plant is designed as a gas station for electric vehicles. In this case, the components of the system can be formed by the individual charging points or by the inverter feeding these charging points. As an optimization criterion here the maximum grid connection performance of the gas station can be considered. The method according to the invention for operating a process and / or production plant comprises receiving at least one characteristic of at least one component of the process and / or production plant, storing a predetermined automation rule on a memory of a main processor of the control device, detecting at least one energy consumption value at least one component by means of an energy monitoring device of the control device and the determination of a model for the process and / or manufacturing plant by means of the main processor during operation of the process and / or manufacturing plant on the basis of the automation rule, the characteristic and one by means of the energy monitoring device at least one time before the energy consumption value recorded for the operation of the process and / or production plant.
Die zuvor im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen können in gleicher Weise auf die erfindungsgemäße Prozess- und/oder Fertigungsanlage und das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden. The advantages and further developments described above in connection with the control device according to the invention can be transferred in the same way to the process and / or production plant according to the invention and to the method according to the invention.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: The present invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Showing:
FIG 1 eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung einer Prozess- und/oder Fertigungsanlage; 1 shows a schematic representation of a control device of a process and / or manufacturing plant;
FIG 2 eine schematische Darstellung einer Prozess- und/oder Fertigungsanlage; 2 shows a schematic representation of a process and / or production plant;
FIG 3 eine schematische Darstellung einer Prozess- und/oder Fertigungsanlage in einer weiteren Ausführungsform; und 3 shows a schematic representation of a process and / or production plant in a further embodiment; and
FIG 4 eine schematische Darstellung einer Prozess- und/oder Fertigungsanlage eines Elektrostahlwerks . Die nachfolgen näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar . FIG 1 zeigt eine Steuereinrichtung 10 einer Steuervorrichtung 12 einer Prozess- und/oder Fertigungsanlage 14 in einer schematischen Darstellung. Die Steuereinrichtung 10 umfasst einen Hauptprozessor 16 und einen Koprozessor 18. Der hier nur schematisch dargestellt Koprozessor 18 umfasst eine Mehrzahl von Rechenkernen. Die einzelnen Rechenkerne können dabei als Grafikprozessor (Graphics Processing Unit - GPU) oder als FPGA (Field Programmable Gate Array) ausgebildet sein. 4 shows a schematic representation of a process and / or production plant of an electric steelworks. The following detailed embodiments illustrate preferred embodiments of the present invention. 1 shows a control device 10 of a control device 12 of a process and / or production plant 14 in a schematic representation. The control device 10 comprises a main processor 16 and a coprocessor 18. The coprocessor 18 shown here only schematically comprises a plurality of computing cores. The individual cores can be designed as a graphics processor (Graphics Processing Unit - GPU) or FPGA (Field Programmable Gate Array).
FIG 2 zeigt eine Anlage 14, die eine Fertigungsanlage, eine Prozessanlage oder auch eine Kombination daraus sein kann. Bei der Anlage kann es sich beispielsweise um ein Walzwerk und eine zugehörige Behandlungslinie, eine Anlage zum Verarbeiten von Lebensmitteln und Getränken, eine Papier- und Zellstoff-Fabrik, ein Kraftwerk, einen Industrieofen, eine Zement-Fabrik, eine Chemieanlage oder eine Raffinerie oder eine petrochemische Anlage handeln. 2 shows a plant 14, which may be a manufacturing plant, a process plant or a combination thereof. The plant may be, for example, a rolling mill and associated treatment line, a food and beverage processing plant, a paper and pulp mill, a power plant, an industrial furnace, a cement factory, a chemical plant or refinery, or a act petrochemical plant.
Die Prozess- und/oder Fertigungsanlage 14 umfasst mehrere Komponenten 34, wobei jede der Komponenten 34 zumindest einen Prozessschritt durchführen kann. In einer Prozess- und/oderThe process and / or production plant 14 comprises a plurality of components 34, wherein each of the components 34 can perform at least one process step. In a process and / or
Fertigungsanlage 14 finden sich üblicherweise mehrere Hierarchieebenen der Prozesssteuerung und Automatisierung. In einer Prozessplanungseinrichtung 20, die auch als Management Execu- tion System bezeichnet wird, wird die Produktionsreihenfolge bzw. der konkrete Produktionsplan festgelegt. Der Produktionsplan wird dann an eine Leiteinrichtung 22 der Prozess- und/oder Fertigungsanlage 14 übergeben, die die Aufgabe hat, den Prozess so zu steuern, dass die im Produktionsplan festgelegten Produkte in der richtigen Reihenfolge zur richtigen Zeit mit der richtigen Qualität produziert werden. Die Leiteinrichtung 22 beinhaltet die Prozessautomatisierung und die Basisautomatisierung. Die Prozessautomatisierung erfasst dabei die Kenngrößen der Prozess- und/oder Fertigungsanlage 14. Die Kenngrößen können den Bearbeitungsfortschritt, Störungen oder dergleichen umfassen. Dabei werden auch die Funktionen Betriebsdatenerfassung und Maschinendatenerfassung berücksichtigt. Die Prozessautomatisierung reagiert mit entspre- chenden Änderungen in der Prozesssteuerung dynamisch auf Abweichungen bei erfassten Kenngrößen von ihren Sollwerten. Production plant 14 are usually located at several hierarchy levels of process control and automation. In a process planning facility 20, which is also referred to as management execution system, the production order or the concrete production plan is determined. The production plan is then handed over to a control device 22 of the process and / or manufacturing plant 14, which has the task of controlling the process so that the products specified in the production plan are produced in the correct order at the right time with the correct quality. The controller 22 includes process automation and basic automation. The process automation records the parameters of the process and / or production plant 14. The characteristics may include the processing progress, disturbances or the like. At the same time, the functions of operating data acquisition and machine data acquisition are taken into account. With corresponding changes in process control, process automation reacts dynamically to deviations in recorded parameters from their setpoints.
Des Weiteren umfasst die Prozess- und/oder Fertigungsanlage 14 die Steuervorrichtung 12, welche durch die Steuereinrich- tung 10 und eine Energieüberwachungseinrichtung 24 gebildet ist. Die Energieüberwachungseinrichtung 24 kann durch das System B.Data der Firma Siemens mit entsprechenden Erweiterungen gebildet sein. Die Energieüberwachungseinrichtung 24 erfasst zyklisch alle für die zur Lösung eines Energiemanage- ment-Problems relevanten Kenngrößen und/oder Energie-Furthermore, the process and / or production plant 14 includes the control device 12, which is formed by the control device 10 and an energy monitoring device 24. The energy monitoring device 24 can be formed by the B.Data system from Siemens with corresponding extensions. The energy monitoring device 24 cyclically detects all of the parameters and / or energy variables relevant to the solution of an energy management problem.
Verbrauchswerte dl und gibt diese an die Steuereinrichtung 10 weiter . Consumption values dl and passes them to the control device 10 on.
Die Energieüberwachungseinrichtung 24 kann eine Schnittstelle 26 aufweisen, über die das Ziel des Energiemanagements bzw. der Energieoptimierung mittels der Steuereinrichtung 10 spezifiziert oder zumindest modifiziert werden kann. Die The energy monitoring device 24 may have an interface 26 via which the target of the energy management or the energy optimization by means of the control device 10 can be specified or at least modified. The
Schnittstelle 26 kann eine Erweiterung zu dem System B.Data sein. Zudem kann über die Schnittstelle 26 die erzielte Ener- gie- bzw. Energiekostenersparnis oder die Durchsatzsteigerung durch bessere Ausschöpfung des Energieverbrauchskontingents angezeigt und automatisch protokolliert und dokumentiert werden. Statt der Schnittstelle 26 der Energieüberwachungseinrichtung 24 kann auch eine Schnittstelle 28 der Prozesspla- nungseinrichtung 20 oder eine Schnittstelle 30 der Leiteinrichtung verwendet werden. Dies ist schematisch in FIG 3 gezeigt. Die Steuereinrichtung 10 schickt die anzuzeigenden bzw. zu verarbeitenden Daten an die jeweilige Schnittstelle 26, 28, 30. Falls die Steuervorrichtung 12 für einen kleine- ren Elektroenergieverbraucher verwendet werden soll, können die zuvor beschriebenen existierenden und erweiterten Funktionen von B.Data auch in die Steuereinrichtung 10 integriert werden . Die Steuervorrichtung 12 übernimmt die Funktion einer Online- Modell- und Parameter- Identifikation . Zunächst wird eine Grundfunktion k mittels einer Anzeige- und/oder Bedienein- richtung 32, die auch als Engineering-Station bezeichnet wird, bereitgestellt und an die Steuereinrichtung 10 übertragen. Basierend auf dieser Grundfunktion k erfasst der Hauptprozessor 16 der Steuereinrichtung 10 die zurückliegenden Energieverbrauchswerte dl und die Kenngrößen d2 und d3. Die Kenngrößen d2 und d3 umfassen die prozessrelevanten Daten aus der Leiteinrichtung 22 und der Prozessplanungseinrichtung 20. Die Steuereinrichtung 10 erstellt ein aktuelles dynamisches Modell der Prozess und/oder Fertigungsanlage 14. Beispielsweise könnte mittels der Anzeige- und/oder Bedieneinrichtung 32 ein vom Hersteller angegebenes Energieverbrauchsprofil für bestimmte der Komponenten 34 ausgewählt werden. Die Steuervorrichtung 12 wird dann, basierend auf dieser Grundkonfiguration, das Energieverbrauchsprofil so anpassen, dass es zu den aufgenommenen Messdaten passt. Interface 26 may be an extension to the B.Data system. In addition, the achieved energy or energy cost savings or the increase in throughput through better utilization of the energy consumption quota can be displayed and automatically logged and documented via the interface 26. Instead of the interface 26 of the energy monitoring device 24, it is also possible to use an interface 28 of the process planning device 20 or an interface 30 of the guide device. This is shown schematically in FIG. The control device 10 sends the data to be displayed or processed to the respective interface 26, 28, 30. If the control device 12 is to be used for a smaller electric energy consumer, the existing and extended functions of B.Data described above can also be used in the Control device 10 are integrated. The control device 12 assumes the function of an online model and parameter identification. First, a basic function k is provided by means of a display and / or operating device 32, which is also referred to as an engineering station, and transmitted to the control device 10. Based on this basic function k, the main processor 16 of the controller 10 detects the past power consumption values d1 and the characteristics d2 and d3. The parameters d2 and d3 comprise the process-relevant data from the guide device 22 and the process planning device 20. The control device 10 creates a current dynamic model of the process and / or production plant 14. For example, by means of the display and / or operating device 32, a specified by the manufacturer energy consumption profile for certain of the components 34 are selected. The controller 12 will then, based on this basic configuration, adjust the energy consumption profile to match the recorded measurement data.
Des Weiteren kann mit der Steuervorrichtung 12 eine Online- Synthese des zu lösenden Energiemanagement-Problems durchgeführt werden. Das Energiemanagement-Problem umfasst das Modell der Prozess- und/oder Fertigungsanlage 14 und ein Opti- mierungskriterium p bzw. ein Optimierungsziel. Das Energiemanagement-Problem wird von dem Hauptprozessor 16 derart aufbereitet, dass des von den parallelen Rechenkernen des Kopro- zessors 18 übergeben werden kann. Die Aufbereitung umfasst die Erstellung einer effizienten Formulierung des Problems, auf deren Basis die Rechenkerne die Berechnung durchführen.Furthermore, an online synthesis of the energy management problem to be solved can be carried out with the control device 12. The energy management problem comprises the model of the process and / or production plant 14 and an optimization criterion p or an optimization target. The energy management problem is processed by the main processor 16 in such a way that it can be transferred from the parallel computing cores of the coprocessor 18. The preparation involves the creation of an efficient formulation of the problem, on the basis of which the calculation cores perform the calculation.
Wenn die Rechenkerne als GPU ausgebildet sind, ist beispielsweise eine entsprechende Formulierung des Problems in Form von adäquaten Datenstrukturen, wie Vektoren und Matrizen, und sogenannte „compute Kernel" notwendig, die zur Laufzeit onli- ne erstellt werden. Analoges gilt für die Ausführung der Rechenkerne als FPGA, bei der Datenstrukturen erstellt werden und eventuell auch die Konfiguration der FPGA online an das Problem angepasst werden. Schließlich wird mit der Steuervorrichtung 12 eine Online- Berechnung des Optimierungs- bzw. Energiemanagement-Problems durchgeführt. Dabei wird basierend auf dem Modell der Pro- zess- und/oder Fertigungsanlage 14, dem Optimierungskriterium p, aktuellen Energieverbrauchswerten dl der Komponenten 34 und den Kenngrößen d2 und d3 bzw. den aktuellen prozessrelevanten Daten aus der Prozessautomatisierung und der Prozess- planungseinrichtung 20 mittels der Steuereinrichtung 10 ein Ergebnis berechnet. Das Optimierungskriterium p wird von der Energieüberwachungseinrichtung 24 an die Steuereinrichtung 10 übertragen. Auch die aktuellen Energieverbrauchswerte dl werden von der Energieüberwachungseinrichtung 24 erfasst und an die Steuereinrichtung 10 übertragen. If the calculation cores are designed as GPU, for example, a corresponding formulation of the problem in the form of adequate data structures, such as vectors and matrices, and so-called "compute kernels" are necessary, which are created online at runtime as FPGA, where data structures are created and possibly also the configuration of the FPGA online adapted to the problem. Finally, an online calculation of the optimization or energy management problem is performed with the control device 12. In this case, based on the model of the process and / or production plant 14, the optimization criterion p, current energy consumption values dl of the components 34 and the parameters d2 and d3 or the current process-relevant data from the process automation and the process planning device 20 by means of Control device 10 calculates a result. The optimization criterion p is transmitted from the energy monitoring device 24 to the control device 10. The current energy consumption values d 1 are also detected by the energy monitoring device 24 and transmitted to the control device 10.
Das Ergebnis kann die optimale Produktionsreihenfolge beinhalten. Zudem kann das Ergebnis eine optimale Schaltfolge der Komponenten 34 enthalten, mit der ein vorgegebenes Energiekontingent nicht überschritten wird. Überdies kann das Ergeb- nis einen Produktionsplan umfassen, der den Anlagendurchsatz unter Beachtung eines vorgegebenen Energieverbrauchs der Pro- zess- und/oder Fertigungsanlage 14 für einen vorgegebenen Zeitraum (beispielsweise 15 Minuten) maximiert . Alternativ dazu kann das Ergebnis einen Produktionsplan umfassen, der die Durchlaufzeit unter Beachtung des vorgegebenen Energieverbrauchs der Prozess- und/oder Fertigungsanlage 14 für einen vorgegebenen Zeitraum minimiert. In dem Ergebnis können auch alle zuvor erwähnten Optimierungsziele kombiniert sein. In FIG. 4 ist die Funktionsweise der Steuervorrichtung 12 einer Prozess- und/oder Fertigungsanlage 14 am Beispiel eines Elektrostahlwerks dargestellt. Ein Elektrostahlwerk umfasst im einfachsten Fall einen Lichtbogenofen 36 zum Einschmelzen von Metall. Des Weiteren umfasst das Elektrostahlwerk einen Pfannenofen 38 für Legierungen. Der flüssige Stahl, der vom Elektrostahlwerk produziert wird, kann direkt in einer nachgeschalteten Stranggussanlage 40 verwendet werden. Um den Durchsatz zu erhöhen, werden jedoch in der Praxis die Komponenten 34 eines Elektrostahlwerks mehrfach ausgelegt, die im Produktionsfluss parallel arbeiten. Da die Stahlproduktion sehr energieintensiv ist, wird typischerweise mit ei- nem Energieversorgungsunternehmen ein Volumenvertrag abgeschlossen, der eine bestimmte Menge an Energie pro 15- Minutenintervall abdeckt. Wird diese vorher festgelegt Menge überschritten, werden hohe Überziehungsgebühren fällig. Wird die Menge unterschritten, muss der Stahlwerksbetreiber trotz- dem die festgelegte Energiemenge bezahlen. Es ist daher im Interesse des Betreibers des Elektrostahlwerks, die vorher ausgehandelte Energiemenge pro Zeit vollständig auszunutzen, aber keinesfalls zu überschreiten. Das zugrundeliegende Energiemanagement-Problem gestaltet sich daher wie folgt: Das Ziel ist die maximale Ausnutzung des ausgehandelten 15-Minuten-Energiekontingents durch gezieltes Schalten von dominante Energieverbrauchern, wie der Lichtbogenöfen 36 und/oder des Pfannenofens 38. Zudem soll die The result may include the optimal production order. In addition, the result may include an optimal switching sequence of the components 34, with which a predetermined energy contingent is not exceeded. Moreover, the result may include a production plan that maximizes plant throughput in consideration of a given energy consumption of the process and / or manufacturing facility 14 for a given period of time (eg, 15 minutes). Alternatively, the result may include a production plan that minimizes the cycle time in consideration of the given energy consumption of the process and / or manufacturing facility 14 for a given period of time. In the result, all the aforementioned optimization goals can also be combined. In FIG. 4, the mode of operation of the control device 12 of a process and / or production plant 14 is illustrated using the example of an electric steelworks. An electric steelworks comprises in the simplest case an electric arc furnace 36 for melting metal. Furthermore, the electric steelworks comprises a ladle furnace 38 for alloys. The liquid steel produced by the electric steel plant can be used directly in a downstream continuous casting plant 40. In order to increase the throughput, however, the components 34 of an electric steelworks are repeatedly designed in practice, working in parallel in the production flow. Since steel production is very energy intensive, a volume contract is typically concluded with an energy utility that covers a certain amount of energy per 15-minute interval. If this predetermined amount is exceeded, high overdraft fees will be charged. If the quantity is undercut, the steelworks operator still has to pay the specified amount of energy. It is therefore in the interests of the operator of the electric steelworks to fully exploit the previously negotiated amount of energy per time, but in no case exceed it. The underlying energy management problem is therefore as follows: The goal is the maximum utilization of the negotiated 15-minute energy contingent by targeted switching of dominant energy consumers, such as the electric arc furnaces 36 and / or the ladle 38. In addition, the
Durchlaufzeit minimiert werden. Des Weiteren sollen die folgenden Nebenbedingungen erfüllt werden: Die Reihenfolge der notwendigen Prozessschritte müssen der physikalischen Realität entsprechen. Die Übergangszeiten zwischen den Prozessschritten müssen in einem physikalisch realistischen, vorher festgelegten Bereich liegen. Beispielsweise führt eine zu lange Übergangszeit zu einem zu großen Abkühlen der Schmelze. Zudem kann nicht mehr als eine bestimmte Menge Stahl pro Prozessschritt bearbeitet werden. Überdies muss die Stranggussanlage 40 immer mit einer vorgegebenen Menge an Material ver- sorgt werden. Schließlich darf die maximale elektrische Leistung nicht überschritten werden. Throughput time can be minimized. Furthermore, the following constraints should be met: The order of the necessary process steps must correspond to the physical reality. The transition times between the process steps must be in a physically realistic, pre-determined range. For example, too long a transition time leads to excessive cooling of the melt. In addition, no more than a certain amount of steel can be processed per process step. Moreover, the continuous casting plant 40 must always be supplied with a predetermined amount of material. Finally, the maximum electrical power must not be exceeded.
Im Betrieb des Elektrostahlwerks wird mit der Energieüberwachungseinrichtung 24 über ein Konfigurationsmodell das Ener- giemanagement-Problem, dass das Ziel und die Nebenbedingungen umfasst, spezifiziert und an den Hauptprozessor 16 der Steuereinrichtung 10 geschickt. Außerdem wird auf Basis einer voreingestellten Automatisierungsaufgabe und vergangenen Pro- zessdaten ein aktuelles Modell für die Anlage, d. h. der Lichtbogenöfen 36 und des Pfannenofens 38, erstellt. Ist wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Lichtbogenofen 36 mehrfach vorhanden, so kann das Modell für den jeweiligen Lichtbogenofen 36 verschieden sein. Der Hauptprozessor 16 liest dann alle für die Berechnung notwendigen Informationen, die von der Energieüberwachungseinrichtung 24, der Prozess- planungseinrichtung 20 und der Leiteinrichtung 22 an ihn übertragen wurden aus. Diese Informationen können ein aktuel- les Optimierungsziel, eine Prozessreihenfolge, eine aktuelle Belegung der Komponenten 34, aktuelle Störungen, eine verfügbare Strommenge, aktuelle Prozesszeiten (wie lange wird eine Charge schon im Pfannenofen 38 schon bearbeitet) , einen momentanen Energieverbrauch und dergleichen umfassen. Diese In- formationen werden mit dem Hauptprozessor 16 zusammen mit einer entsprechenden Formulierung des Optimierungskriteriums p an die parallelen Rechenkerne des Koprozessors 18 übergeben. During operation of the electric steelworks, the energy monitoring device 24 uses a configuration model to specify the energy management problem that includes the target and the secondary conditions and sends it to the main processor 16 of the control device 10. In addition, based on a preset automation task and past pro- a current model for the system, ie the arc furnaces 36 and the ladle furnace 38 created. If, as in the present exemplary embodiment, the electric arc furnace 36 is present multiple times, then the model for the respective electric arc furnace 36 can be different. The main processor 16 then reads out all the information necessary for the calculation transmitted to it from the power monitor 24, the process scheduler 20 and the router 22. This information may include a current optimization goal, a process order, a current occupancy of the components 34, current faults, an available amount of power, current process times (how long a batch has already been processed in the ladle furnace 38), instantaneous power consumption, and the like. This information is transferred to the main processor 16 together with a corresponding formulation of the optimization criterion p to the parallel computing cores of the coprocessor 18.
Wenn die Berechnung abgeschlossen ist, wird das Ergebnis von dem Hauptprozessor 16 aus den parallelen Rechenkernen des Koprozessors 18 ausgelesen und als Stellgröße e an die Prozess- planungseinrichtung 20 geschickt. Dieses Ergebnis beinhaltet konkrete Schaltzeiten für die Verbraucher und den zeitlichen Produktionsablauf, z. B. die Zeitpunkte für Abstiche. Zudem beeinflussen die von einem Analgenfahrer auf Basis des Rechenergebnisses getroffenen Entscheidungen nun den weiteren Prozessablauf und führen zu einem neuen Betriebszustand der Prozess- und/oder Fertigungsanlage 14. Dieser Analgenzustand wird dann nach einer bestimmten Zykluszeit durch das erneute Auslesen von den Informationen aus der Energieüberwachungs- einrichtung 24, der Prozessplanungseinrichtung 20 und der Leiteinrichtung 22 seitens des Hauptprozessors 16 erfasst und erneut verarbeitet. Dieser zyklische Vorgang wird unendlich oft wiederholt. When the computation is completed, the result is read from the main processor 16 from the parallel arithmetic cores of the coprocessor 18 and sent to the process scheduler 20 as the manipulated variable e. This result includes concrete switching times for the consumers and the temporal production process, eg. For example, the timing for tapping. In addition, the decisions made by an analyst on the basis of the result of the calculation now influence the further process flow and lead to a new operating state of the process and / or production plant 14. This state of analysis is then re-read from the information from the energy monitoring system after a certain cycle time. device 24, the process planning device 20 and the guide 22 detected by the main processor 16 and processed again. This cyclic process is repeated indefinitely.
Mathematisch lässt sich das beschriebene Energiemanagement- Problem im Elektrostahlwerk als „job-shop scheduling"-Problem formulieren. Dieses Problem ist in der Literatur ein Stan- dardpro lem, welches eine Verallgemeinerung des Problems des Handelsreisenden darstellt. Dieses Problem kann auf einfache bekannt Weise gelöst werden. Das Problem gehört zur Klasse der NP-vollständigen Probleme, d. h. es ist extrem schwierig, das vorliegende Problem zu lösen und des bedarf sehr leistungsfähiger Rechenhardware. Zu der Grundkomplexität kommt hinzu, dass das Rechenproblem in kurzer Zeit, z. B. 5 Sekunden, online gelöst werden muss, um auf aktuelle Ereignisse im Prozess zeitnah reagieren zu können. Diese Kombination aus einem komplexen Rechenproblem und hohen Anforderungen an die Realzeitfähigkeit der Energiemanagement-Lösung führt zu einem Rechenaufkommen, das nicht mit herkömmlichen Lösungen, z. B. einem PC mit Multicore-Prozessor, bewältigt werden kann. Daher ist es zwingend notwendig auf hoch parallele Rechenkerne, wie sie im Zusammenhang mit der der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 12 beschrieben wurden, zurückzugreifen. Mathematically, the described energy management problem in the electric steelworks can be formulated as a "job-shop scheduling" problem. dardpro lem, which is a generalization of the problem of the commercial traveler. This problem can be solved in a simple known manner. The problem belongs to the class of NP-complete problems, ie it is extremely difficult to solve the present problem and requires very powerful computing hardware. In addition to the basic complexity, the arithmetic problem can be solved in a short time, e.g. B. 5 seconds, must be solved online in order to respond to current events in the process in a timely manner. This combination of a complex arithmetic problem and high demands on the real-time capability of the energy management solution leads to a computing power that does not match conventional solutions, eg. As a PC with multi-core processor, can be handled. Therefore, it is imperative to resort to highly parallel computing cores, as described in connection with the control device 12 according to the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Steuervorrichtung (12) für eine Prozess- und/oder Fertigungsanlage (14) mit 1. Control device (12) for a process and / or manufacturing plant (14) with
- einem Signaleingang zum Empfangen von zumindest einer Kenngröße (d2, d3) von zumindest einer Komponente (34) der Prozess- und/oder Fertigungsanlage (14) , und a signal input for receiving at least one parameter (d2, d3) from at least one component (34) of the process and / or production plant (14), and
- einem Hauptprozessor (16) , der einen Speicher aufweist, auf dem eine vorbestimmte Automatisierungsvorschrift gespeichert ist,  a main processor (16) having a memory on which a predetermined automation rule is stored,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
- die Steuervorrichtung (12) eine Energieüberwachungseinrichtung (24) zum Erfassen zumindest eines Energieverbrauchswerts (dl) der zumindest einen Komponente (34) umfasst, und  - The control device (12) comprises an energy monitoring device (24) for detecting at least one energy consumption value (dl) of the at least one component (34), and
- der Hauptprozessor (16) dazu ausgebildet ist, während eines Betriebs der Prozess- und/oder Fertigungsanlage (14) anhand der Automatisierungsvorschrift, der Kenngröße (d2, d3) und eines mittels der Energieüberwachungseinrichtung (24) an zumindest einem Zeitpunkt vor dem Betrieb der Prozess- und/oder Fertigungsanlage (14) erfassten Energieverbrauchswerts (dl) ein Modell für die Prozess- und/oder Fertigungsanlage (14) zu ermitteln . - The main processor (16) is adapted, during operation of the process and / or manufacturing plant (14) based on the automation regulation, the characteristic (d2, d3) and one by means of the energy monitoring device (24) at least one time before the operation of Process and / or manufacturing plant (14) detected energy consumption value (dl) to determine a model for the process and / or manufacturing plant (14).
2. Steuervorrichtung (12) nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Steuervorrichtung (12) einen Koprozessor2. Control device (12) according to claim 1, characterized in that the control device (12) has a coprocessor
(18) mit einer Mehrzahl von Rechenkernen zum parallelen Berechnen zumindest einer Stellgröße (e) für die zumindest eine Komponente (34) in Abhängigkeit von der Kenngröße (d2, d3) und der Automatisierungsvorschrift aufweist und der Hauptpro- zessor (16) den Koprozessor (18) zur Berechnung der zumindest einen Stellgröße (e) in Abhängigkeit von dem Modell der Prozess- und/oder Fertigungsanlage (14) und einem vorbestimmten Optimierungskriterium (p) ansteuert. (18) with a plurality of calculation cores for calculating at least one manipulated variable (e) for the at least one component (34) in dependence on the characteristic (d2, d3) and the automation specification, and the main processor (16) has the coprocessor (16). 18) for calculating the at least one manipulated variable (e) as a function of the model of the process and / or production plant (14) and a predetermined optimization criterion (p) controls.
3. Steuervorrichtung (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (12) dazu ausgebildet ist, die zumindest eine Stellgröße (e) mit dem Koprozessor (18) zusätzlich in Abhängigkeit von einem mittels der Ener- gieüberwachungseinrichtung (24) während des Betriebs der Pro- zess- und/oder Fertigungsanlage (14) erfassten Energiewerts zu berechnen. 3. Control device (12) according to claim 2, characterized in that the control device (12) is adapted to the at least one manipulated variable (s) with the coprocessor (18) in addition in dependence on a means of the energy gieüberwachungseinrichtung (24) during operation of the process and / or manufacturing plant (14) to calculate energy value.
4. Steuervorrichtung (12) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (12) dazu ausgebildet ist, die zumindest eine Stellgröße (e) an die zumindest eine Komponente (34) zu übertragen. 4. Control device (12) according to claim 2 or 3, characterized in that the control device (12) is adapted to transmit the at least one manipulated variable (s) to the at least one component (34).
5. Steuervorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (12) dazu ausgebildet ist, die zumindest eine Stellgröße (e) an eine Anzeige- und/oder Bedieneinrichtung (32) der Prozess- und/oder Fertigungsanlage (14) zu übertragen. 5. Control device (12) according to one of claims 2 to 4, characterized in that the control device (12) is adapted to the at least one manipulated variable (s) to a display and / or operating device (32) of the process and / or manufacturing plant (14).
6. Steuervorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Koprozessor (18) dazu ausgebildet ist, die zumindest eine Stellgröße (e) zusätzlich in Abhängigkeit von einem für einen vorbestimmten Zeitraum vor- gegebenen Energieverbrauch der Prozess- und/oder Fertigungs- anlage (14), von einem vorbestimmten Durchsatz der Prozess- und/oder Fertigungsanlage (14) und/oder von einer Auslastung der zumindest einen Komponente (34) zu berechnen. 6. Control device (12) according to one of claims 2 to 5, characterized in that the coprocessor (18) is adapted to the at least one manipulated variable (s) additionally in dependence on a predefined for a predetermined period energy consumption of the process and / or production plant (14), to be calculated by a predetermined throughput of the process and / or production plant (14) and / or by a utilization of the at least one component (34).
7. Steuervorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenkerne des Koprozessors (18) jeweils als FPGA und/oder GPU ausgebildet sind. 7. Control device (12) according to any one of claims 2 to 6, characterized in that the computing cores of the coprocessor (18) are each formed as an FPGA and / or GPU.
8. Prozess- und/oder Fertigungsanlage (14) mit einer Steuer- Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 8. process and / or manufacturing plant (14) with a control device (12) according to one of the preceding claims.
9. Prozess- und/oder Fertigungsanlage (14) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozess- und/oder Fertigungsanlage (14) als Tankstelle für Elektrofahrzeuge ausge- bildet ist. 9. process and / or manufacturing plant (14) according to claim 8, characterized in that the process and / or manufacturing plant (14) is designed as a gas station for electric vehicles.
10. Verfahren zum Betreiben einer Prozess- und/oder Fertigungsanlage (14) durch - Empfangen von zumindest einer Kenngröße (d2, d3) von zumindest einer Komponente (34) der Prozess- und/oder Fertigungsanlage (14) , und 10. A method for operating a process and / or manufacturing plant (14) by - Receiving at least one characteristic (d2, d3) of at least one component (34) of the process and / or manufacturing plant (14), and
- Speichern einer vorbestimmte Automatisierungsvorschrift auf einem Speicher eines Hauptprozessors (16) der Steuervorrichtung (12) ,  Storing a predetermined automation regulation on a memory of a main processor (16) of the control device (12),
gekennzeichnet durch marked by
- Erfassen zumindest eines Energieverbrauchswerts der zumindest einen Komponente (34) mittels einer Energieüberwachungs- einrichtung (24) der Steuervorrichtung (12), und  Detecting at least one energy consumption value of the at least one component (34) by means of an energy monitoring device (24) of the control device (12), and
- Ermitteln eines Modells für die Prozess- und/oder Fertigungsanlage (14) mittels des Hauptprozessors (16) während eines Betriebs der Prozess- und/oder Fertigungsanlage (14) anhand der Automatisierungsvorschrift, der Kenngröße (d2, d3) und eines mittels der Energieüberwachungseinrichtung (24) an zumindest einem Zeitpunkt vor dem Betrieb der Prozess- und/oder Fertigungsanlage (14) erfassten Energieverbrauchswerts (dl) .  - Determining a model for the process and / or manufacturing plant (14) by the main processor (16) during operation of the process and / or manufacturing plant (14) based on the automation regulation, the characteristic (d2, d3) and one by means of the energy monitoring device (24) energy value (dl) detected at least one time prior to the operation of the process and / or manufacturing plant (14).
PCT/EP2013/065145 2012-07-25 2013-07-18 Control device for the energy-efficient operation of a process system and/or production system WO2014016188A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012213063.2 2012-07-25
DE102012213063.2A DE102012213063A1 (en) 2012-07-25 2012-07-25 Control device for a process and / or manufacturing plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014016188A1 true WO2014016188A1 (en) 2014-01-30

Family

ID=48875007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/065145 WO2014016188A1 (en) 2012-07-25 2013-07-18 Control device for the energy-efficient operation of a process system and/or production system

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102012213063A1 (en)
WO (1) WO2014016188A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6574581B1 (en) * 1994-10-25 2003-06-03 Honeywell International Inc. Profile based method for deriving a temperature setpoint using a ‘delta’ based on cross-indexing a received price-point level signal
DE102011051673A1 (en) * 2010-07-09 2012-01-12 Emerson Process Management Power & Water Solutions,Inc. Power Management System
US20120123600A1 (en) * 2010-11-16 2012-05-17 International Business Machines Corporation Smart energy consumption management

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD204558A1 (en) * 1981-12-08 1983-11-30 Slaweyko Marinow PROCESS FOR OPTIMUM ADJUSTMENT AND RÜCKKOPPELTEN SCROLL SPEED CONTROL OF EXTRUDERN
DE4014737A1 (en) * 1989-05-12 1990-11-15 Fraunhofer Ges Forschung Physical value determn. for accumulator - measures process input values of energy storage which are processed in computer
DK176500B1 (en) * 1992-07-28 2008-06-02 Kobe Steel Ltd Method for controlling a roller mill
DE19514535A1 (en) * 1995-04-20 1996-10-31 Johannes Prof Dr Wortberg Process control using mathematical model for resultant product properties
US7502948B2 (en) * 2004-12-30 2009-03-10 Intel Corporation Method, system, and apparatus for selecting a maximum operation point based on number of active cores and performance level of each of the active cores
DE102009011217A1 (en) * 2009-03-04 2010-09-09 Siemens Aktiengesellschaft Control of the extended dryer section of a paper machine
DE102009037158B4 (en) * 2009-08-04 2016-01-21 Lenze Automation Gmbh Control device for controlling an electric drive
DE102009054829A1 (en) * 2009-12-17 2011-06-22 Siemens Aktiengesellschaft, 80333 Method for operating machine tool, involves determining electrical energies consumed by machine and/or electric energy consumers per processing steps of machine and/or per flow of processing program from determined active electric power
DE102010029118A1 (en) * 2010-05-19 2011-11-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for operating energy storage system i.e. battery, of e.g. electrical car, involves calculating amount of power to be stored in battery of car based on energy requirement of car

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6574581B1 (en) * 1994-10-25 2003-06-03 Honeywell International Inc. Profile based method for deriving a temperature setpoint using a ‘delta’ based on cross-indexing a received price-point level signal
DE102011051673A1 (en) * 2010-07-09 2012-01-12 Emerson Process Management Power & Water Solutions,Inc. Power Management System
US20120123600A1 (en) * 2010-11-16 2012-05-17 International Business Machines Corporation Smart energy consumption management

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
STAMATIS KARNOUSKOS ET AL: "Architecting the next generation of service-based SCADA/DCS system of systems", IECON 2011 - 37TH ANNUAL CONFERENCE ON IEEE INDUSTRIAL ELECTRONICS SOCIETY, IEEE, 7 November 2011 (2011-11-07), pages 359 - 364, XP032104464, ISBN: 978-1-61284-969-0, DOI: 10.1109/IECON.2011.6119279 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012213063A1 (en) 2014-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102017000955B4 (en) Production control system and integrated production control system
DE60023395T2 (en) Method for processing semiconductors
DE3218114C2 (en) Device on a card to even out card slivers
DE102016008910A1 (en) A cell control system, manufacturing system, and control method, wherein the control manufacturing cell comprises a plurality of manufacturing machines.
DE102010048409A1 (en) Method and device for optimizing a production process
CN106228257A (en) A kind of cost analysis towards iron and steel enterprise's production process and assessment system and method
EP3101493A1 (en) System and method for control and/or analysis of an industrial process
EP3133451A1 (en) System for controlling, monitoring and regulating a method for operating such a system
CH659087A5 (en) DEVICE FOR CONTROLLING AND CONTROLLING A CARD OR CARD.
DE112011105434T5 (en) Numerical control device
WO2013139623A1 (en) Method for operating a process and/or production plant, control device of such a plant and module for the control device
CN106054827A (en) Asset management in a process control system
WO2014016188A1 (en) Control device for the energy-efficient operation of a process system and/or production system
EP3056955B1 (en) Planning and engineering method, software tool and system for a processing assembly
EP0689688B1 (en) Fuzzy standard automation system for industrial plants
EP3252549A1 (en) Method for operating an automation device and automation device
DE102007059582A1 (en) Method and device for training the operating personnel of a process engineering plant
WO2020244850A1 (en) Device and method for controlling complex production sequences in industrial-scale systems, in particular in the steel industry
DE102015015811A1 (en) Method and a simulation device for simulating a fictitious configuration of a shaping system
EP3000004B1 (en) Device and method for operating a technical system and method for producing a technical system
CN111829359A (en) Centralized monitoring method and total system for metallurgical industrial furnace and kiln
DE10011607A1 (en) Operating method for technical system enabling intelligent operating parameter setting for technical system with several system parts for optimal system operation
DE10306273A1 (en) Mathematical model for a metallurgical plant and optimization method for the operation of a metallurgical plant using such a model
WO2012079753A1 (en) Apparatus and method for ascertaining operating variables, which are characteristic of the lifetime, of elements in work machines
EP2477085A1 (en) System and method for analysing a time behaviour of the execution of a control program in an industrial control device

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13741700

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13741700

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1