专利名称：基于目标的负载管理的制作方法
技术领域：
所要求保护的主题一般涉及能量负载管理，更具体地，涉及一种模块化的基于目标的能量管理架构，其根据所限定的生产目标动态地调整负载卸载和重新加载优先级。
背景技术：
现代工业设施可以包括独立地或与制造产品或管理过程结合地工作的大量机器。 这些机器可以包括如焊接机、多吨冲压机、泵、机械加工机器人、承载运输机、搅拌机等这样的高功率机器。假设它们的工作功率，则需要大量能量来驱动这些机器。因此，能耗的成本是工业企业所面对的最大支出之一。为此，工厂工程师努力有效地管理其工厂的能量负载， 以确保尽可能有效地消耗能量。权衡考虑最优化设施能量使用的需求与以与当前商行成比例的比率制造期望产品的设施主要目标。因此，始终重要的是，权衡考虑到能量利用的相应变化而调整产出的成本和效益。然而，该成本-效益分析通常不仅是产品产量与能量利用之间的直接关系的功能，而且还是当前商业目的或目标的功能。这些商业目的几乎都不是静态的，相反基于诸如当前对特殊产品的要求、当前库存中的过多产品量、当前预算限制、实时能量费用、特定产品所带来的收益或者其他这样的考虑因素而变化。关于何时以及多长时间运转特定机器的决定必须考虑这些变化的条件。假定为了最优化设施的能量利用和产品产量必须检查的许多变化考虑因素，则需要可以基于一个或更多个指定的生产目标调度并按优先级排序设施中的负载使用的负载管理解决方案。此外，还期望可以容易地将这样的负载管理系统与新的或现有的通用控制系统集成，而无需复杂的定制程序设计或专用仪器。
发明内容
以下陈述了简化的总结以便提供对本文中所述的一些方面的基本理解。该总结不是完整概述，也不旨在识别关键/必需的元件或者叙述本文中所述的各方面的范围。其唯一的目的是以简化形式介绍一些概念作为稍后介绍的具体实施方式
的序言。本公开内容的一个或更多个实施例涉及一种基于目标的负载管理架构，其根据为系统设置的一个或更多个生产目标动态地调度并按优先级排序负载卸载和重新加载。该架构可以包括策略引擎和负载调制部件。策略引擎可以接收用于指定一个或更多个生产目标的信息，并且生成基于该信息输出的标准化准则。使用策略引擎所生成的准则，负载调制部件可以针对能量分配系统上的一个或更多个负载计算负载卸载和/或重新加载优先级。这些负载卸载和/或重新加载优先级可以用于根据生产目标以按优先级排序方式卸载或重新加载负载。负载调制部件还可以生成限定负载卸载和负载重新加载发生的时间或条件的负载卸载调度信息。以此方式，可以随着生成目标改变而动态地重新配置负载卸载和负载应用策略。基于目标的负载管理部件可以与模块化负载管理架构结合地工作，其中，该模块化负载管理架构以内置有负载管理功能的预定义负载管理模块的形式集成在通用工业控制器(例如，PAC)中。该架构可以包括设置在控制器中的至少一个馈电器模块和至少一个负载模块，其分别收集从能量分配系统测量并提供给控制器的能量供给数据和能量需求数据。馈电器模块和负载模块经由虚拟能量总线交换所测量出的数据与所计算出的附加能量数据，其中，该虚拟能量总线根据公共总线基准将馈电器模块与负载模块链接。这些模块和虚拟能量总线可以包括可配置属性，其使得模块和总线适合于特定能量分配系统而无需完整的定制程序设计。该模块化负载管理架构的馈电器模块和负载模块可以由负载调制部件配置成以实现或最优化用户所限定的生产目标的方式管理系统负载。为了实现前述的相关目的，本文中结合以下描述和附图来描述某些说明性方面。 这些方面表明了可以实践的各种方式，在本文中旨在覆盖其全部。当结合附图考虑时，根据以下详细描述，其他优点和新颖特征变得显而易见。
图1示出了用于将负载管理功能与新的或现有的控制系统集成的示例性架构。图2示出了设置在工业控制器中的示例性的模块化负载管理架构的部件之间的交互。图3示出负载管理部件与基于目标的生产部件之间的交互。图4示出根据本发明的示例性的基于目标的负载卸载情况。图5是用于基于特定生产目标针对能量分配系统中的多个负载装置动态地调度并按优先级排序负载卸载和负载重置的示例性方法的流程图。图6是用于根据限定的一个或更多个生产目标配置并执行自动化且按优先级排序的负载卸载的示例性方法的流程图。图7是示例性计算环境。图8是示例性网络环境。
具体实施例方式现在将参照附图描述本发明，其中，在全文中类似附图标记用于引用类似元件。在以下描述中，为了说明的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。然而， 显而易见的是，可在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他实例中，以框图形式示出已知结构和装置，以便于描述本发明。应注意，如在本申请中所使用的那样，诸如“部件”、“模块”、“模型”等术语是指计算机相关实体，如硬件、硬件与软件的结合、软件、或者应用于工业控制的自动化系统的运行中的软件。例如，部件可以是但不限于在处理器上运行的过程、处理器、对象、可执行文件、执行线程、程序和计算机。作为例示，在服务器上运行的应用程序和该服务器两者都可以是部件。一个或更多个部件可存在于过程和/或执行线程内，并且部件可定位在一台计算机上和/或分布在两台以上的计算机、工业控制器和/或与其通信的模块之间。图1示出了用于将负载管理功能与新的或现有的控制系统集成的示例性架构。控制器102可以包括诸如可编程自动化控制器(PAC)的工业控制器，其执行控制程序104以利于对工业设施内的过程的至少一部分进行自动化和控制。控制程序104可以包括可想到
4的、用于处理读入控制器中的输入信号并控制来自控制器的输出信号的任何类型的代码， 包括但不限于梯形逻辑、顺序功能图、功能框图或者结构化文本。读入控制器102中并由控制器102生成的数据可以存储在控制器存储器中的存储器地址，其中，该控制器存储器可以包括本地存储器或可移动存储介质。示例性控制器102可以配备有与一个或更多个现场装置通信的一个或更多个输入和/或输出模块以实现控制。输入和/或输出模块可以包括将离散电压信号发送到现场装置以及从现场装置接收离散电压信号的数字模块、以及将模拟电压或电流信号发送到这些装置以及从这些装置接收模拟电压或电流信号的模拟模块。 输入和/或输出模块可以经由底板与控制器处理器通信，以使得通过控制器所执行的控制程序读入并控制数字信号和模拟信号。控制器102还可以使用例如通信模块或集成网络端口、经由网络与现场装置通信。控制器102可以与现场装置通信所经由的示例性网络可以包括因特网、内联网、以太网、设备网(DeviceNet)、控制网(ControlNet)、数据高速通道和数据高速通道+(DH/DH+)、远程I/O、现场总线(Fieldbus)、Modbus、Profibus、无线网络、串行协议等。应该认识到，控制器102不限于上述规定，并且实际上可以包括用于控制工业过程的任意类型的控制器。控制器21可以包括本发明的基于目标的负载管理部件和/或与其交互以利于通用控制架构内的能量管理的集成。基于目标的负载管理部件可以包括策略引擎114和负载调制部件116。策略引擎114被设计成接收并处理指定期望生产或能量利用目标的信息。 这些目标可以包括产品的期望目标产量、使产品产量优于节能(反之亦然)的优选、期望的最大峰值负载、在负载卸载的情况下使一个特定产品优于另一特定产品的优选或者其他这样的目的。策略引擎114处理该目标信息并生成以标准化形式输出的准则，接着向负载调制部件116公布该准则。负载调制部件利用策略引擎生成的准则来根据生产目标调度并按优先级排序系统上的负载的卸载和重新加载。负载调制部件116可以直接或间接通过杠杆作用对控制器102的本地I/O进行影响，以根据策略引擎114所生成的策略准则实现负载装置的关闭、断开或启动。本文中，结合与控制程序104集成或交互的示例性通用负载管理架构来描述本公开内容中的基于目标的负载管理技术以及(尤其)策略引擎114和负载调制部件116的功能。该通用负载管理架构可以包括多个模块化负载管理部件，包括负载模块106、馈电器模块108、转换模块110和至少一条虚拟能量总线112。这些模块可以包括设置在控制器102 内的结构化软件模块，其自主地或与控制程序104结合地运行以实现设施内的能量供给和利用的管理。负载管理模块可以包括具有预定义功能的输入、输出、以及可配置参数，其中， 预定义功能与内置于模块中的分析功能一起使得容易配置一个或更多个能量分配系统的能量管理而无需写入复杂的自定义代码。此外，通过提供可以集成在通用工业控制解决方案中的用于负载管理的架构，负载管理模块可以通过杠杆作用对现有的控制器I/O进行影响，以实现对设施的能量负载的管理而无需专用仪器。应该认识到，尽管图1中将负载管理模块示为存在于单个示例性控制器102上，但是可以将这些模块设置在多个控制器中以得到分布式负载管理系统。上述的模块化负载管理架构仅为实现策略引擎114和负载调制部件116的特征的示例性背景，并且可以在任何适合的控制架构中实现本文中所述的基于目标的负载管理技术，以利于动态策略驱动的负载按优先级排序。图2示出了设置在工业控制器102中并包括上述负载管理模块的示例性模块化负载管理架构的部件之间的交互。在该示例性系统中，装置？^^力丨队表示在工业设施内工作的耗能装置或机器。这些装置或机器包括但不限于泵、电动机、焊接机、压力机、运输机、搅拌机、铸造炉、材料搬运或机械加工机器人、或者其他这样的耗能机器。每个负载21(^-210, 可以包括具有聚集能量要求的单个装置或一组装置。不需要利用同一形式的能量对装置 21(^-21 供电。即，负载21031 可以表示电气负载、液压负载、气动负载、蒸汽驱动负载、 气体驱动负载、或者其他这样的负载类型的某一异类组合。在负载21(^-21 表示完全不同的能量类型的情况下，负载数据可以在被模块化负载管理系统处理前归一化，例如，使用图 1的转换模块110。由控制器收集以通过控制程序进行处理的数据可以包括针对各个装置或负载组 21(^-21041〗量出的能量负载数据。这可以包括例如测量出的电气需求、测量出的蒸汽能耗、 测量出的水能使用、测量出的气体能耗(例如，丙烷、天然气等)、或者取决于如何向装置供电的其他形式的能量。可以使用任何适当的手段(诸如，从负载仪供给模拟输入模块的模拟信号、通过网络从智能计量装置读取的参数、或其他这样的技术)将所测量出的负载数据提供给控制器。典型地，将根据与测量的能量的类型相关联的工程单位(例如，kW、MW、 Btu、焦耳、大卡、Klb等)调整在控制器处接收到的数据。可以在控制器102中例示负载模块208^208,，并且将其与控制器执行的控制程序集成或交互。负载模块208^20 用作到负载21(^-21(^的联锁(interlock)，并且包括具有预定义功能的多个输入、输出和可配置属性。这些输入、输出和属性可以用于与其他负载管理部件共享负载模块所生成的数据，以及通过在控制器102中运行的控制程序104提供对模块数据的访问。例如，每个负载模块208^20 可以接收在与负载模块相关联的浮点 hp_L0adPV输入寄存器中的其测量出的负载数据，并且将该所测量出的负载数据与负载模块计算出的其他值一起向负载管理架构中的其他部件公布。负载模块208^20 还可以包括布尔输出，该布尔输出以协同方式发起对应负载的卸载或重置，以便将最高需求保持在最大值以下，如以下更详细说明的。使用负载管理架构中的其他部件提供的数据，负载模块 208^20 还可以计算并公布瞬时负载统计量，以供控制程序使用或者以在显示器上进行可视化。此外，为了确保架构精确地表示总系统负载，即使计量对于一些负载而言是不可用的，负载模块208^20 也可以设置有可配置负载寄存器，该可配置负载寄存器可以接收手动输入的缺乏的负载的估计值，从而允许架构将未计量负载列为因素。因而，负载模块可以表示计量负载和未计量负载，以使得架构具有包括工业系统的精确数量的总负载。以下在表1中列出了负载控制的一组示例性输入、输出和可配置参数。该列表仅为说明性的，并且本文中所考虑的负载模块不限于这里列出的示例性I/O。
权利要求
1.一种根据所限定的生产目标来对能量负载按优先级动态排序的系统，包括策略引擎，其被配置为接收用于指定一个或更多个生产目标的信息并基于该信息生成基于目标的准则；以及负载调制部件，其被配置为接收该准则并基于所述基于目标的准则来生成相应的至少一个负载设备的至少一个负载卸载优先级。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述策略引擎和所述负载调制部件被设置在工业控制器中。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述负载调制部件被配置为基于所述基于目标的准则来生成所述至少一个负载设备的至少一个负载重置优先级。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述负载调制部件被配置为向设置在所述工业控制器内并与所述至少一个负载设备对应的至少一个负载模块分配所述至少一个负载卸载优先级。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述至少一个负载模块利用所述负载卸载优先级来对与所述至少一个负载设备相关联的负载的卸载相对于至少一个其它负载设备按优先级进行排序。
6.根据权利要求2所述的系统，其中，所述负载调制部件被配置为基于所述基于目标的准则来生成负载卸载调度或负载卸载准则中的至少一个，所述基于目标的准则识别用于根据所述一个或更多个生产目标来发起负载卸载的时间或条件中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述用于指定一个或更多个生产目标的信息包括用于指定以下内容中的至少一个的信息由所述至少一个负载设备制造的产品的期望目标输出，要被给予相对于其它产品的优先级的产品，所述至少一个负载设备的期望最大峰值能量需求，产出要服从于能量利用的偏好，或能量利用要服从于产出的偏好。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述负载调制模块还基于与所述至少一个负载设备相关的工厂特定信息来生成所述至少一个负载卸载优先级，所述工厂特定信息包括由所述至少一个负载设备生产的至少一个产品或由所述至少一个负载设备消耗的能量的预期数量。
9.一种根据所指定的生产目标来调制能量负载的方法，包括接收用于指定一个或更多个生产目标的信息；基于所述信息来生成基于目标的准则；以及基于所述基于目标的准则来计算至少一个负载设备的至少一个负载卸载优先级。
10.一种根据所限定的生产目标来管理能量利用的系统，包括控制器，具有设置在所述控制器中的策略引擎和负载调制部件，其中，所述策略引擎被配置为接收用于限定一个或更多个生产目标的信息并至少部分地基于所述信息来生成基于目标的准则；以及其中，所述负载调制模块被配置为根据所述基于目标的准则来发起并按优先级排序多个负载设备的负载卸载动作。
全文摘要
本发明公开了基于目标的负载管理，提供了便于根据由用户提供的一个或更多个生产目标来在工业环境中进行动态负载卸载控制的系统和方法。工业负载设备系统的一个或更多个生产目标，例如目标产出，期望最大峰值能量需求等，可以被提供给策略引擎，策略引擎基于生产目标来生成标准化形式的基于目标的准则。基于目标的准则可以被提供给负载调制模块，其使用该准则来计算系统上的各个负载设备的、被设计为确保实现一个或更多个指定生产目标的负载卸载优先级。负载调制部件还可以生成负载卸载调度或负载卸载准则，负载卸载调度或负载卸载准则被用来确定何时或在什么条件下要发起负载卸载以便实现所述一个或更多个生产目标。
文档编号G05B19/418GK102436230SQ20111030562
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者诺曼·A·韦泽海德, 雷蒙德·J·斯塔龙 申请人:洛克威尔自动控制技术股份有限公司