本发明涉及一种用于协调地控制生产设施的至少一个部件的运行状态的设备，所述设备具有能量控制装置以用于提供状态变化信号以便将所述至少一个部件的运行状态从第一运行状态改变到第二运行状态。本发明还涉及一种生产系统以及一种方法。
背景技术：
生产系统或者工业设施由现有技术已知并且通常用于产品的自动化加工并且用于工艺的自动实施。这样的自动化生产系统或者工业设施通常包括多个部件，例如机器。这些部件在生产期间的很大时间段内可以休眠或者空转。这样的空载时间段一方面通过所计划的事件并且另一方面通过不可预见的事件而形成。所计划的事件例如是工业设施的一个或多个部件的维护、间歇或者放假时间。不可预见的事件通常是工业设施中的干扰或者缺陷。空载时间段此外可以通过生产系统的一个或多个部件的暂时不同的负荷引起。然而，在该空载时间段期间，这些部件通常消耗巨大量的能量。
为了减少在空载时间段期间的能量的量并且由此提高整个工业设施的能量效率，由现有技术已知能量控制装置。这样的能量控制装置、所谓的能量转移控制器（esc）在wo2013/044964a1中示出并且用于工业设施的能量效率管理。在此，esc基于工业设施特定的结构模型借助协调的并且安全的状态变化使工业设施的部件置于确定的运行状态中，在所述运行状态中，这些部件消耗尽可能少的能量。这样的运行状态例如可以是开-状态、关-状态或者待机-状态。
此外，esc可以包括用于与上一级控制系统通信的通信接口。这样的上一级控制系统例如可以是加工管理系统（managementexecutionsystem-mes）、生产控制系统、过程监视与控制系统（supervisorycontrolanddataacquisition-scada）或者负载管理系统。然而，上一级控制系统和esc不是必然共同作用地研发的。因此，并非在任何时间，特别是在不同负荷的时间段期间确保两个系统之间的完全同步。上一级控制系统的目标是，生成用于部件的指令序列，以便保证协调的、安全的和面向最大功率的生产过程。而能量转移控制器的目标是，在以下时间段内提供部件的尽可能能量高效的运行状态：在所述时间段内没有预期部件的应用。如果esc在此中断上一级控制系统的指令序列，则上一级控制系统与能量转移控制器的这些矛盾的状态变化信号导致自动化生产系统内的不可控的冲突。因此，例如可能的是，esc在不可预见的由于干扰引起的间歇期间提供指令或者状态变化信号，通过所述状态变化信号使所涉及的部件进入待机-状态或者关-状态。如果干扰通过有缺陷的组件或者有故障的构件引起，则间歇的持续时间通常未知。一旦干扰已经被消除，则通过上一级控制系统进行工业设施的或者所涉及的部件的重新激活。上一级控制系统的状态变化信号对于能量转移控制器而言通常未知。接着，esc可能请求另外的状态变化，所述另外的状态变化与通过上一级控制系统提供的新的运行状态可能矛盾。
上一级控制系统或者工业设施的运行者也可以在工业设施的所计划的间歇期间向部件发送指令，以便例如开始生产工艺。由此，设施中的相应部件的当前的运行状态发生变化，而关于此没有通知esc。此外，工业设施的部件和/或上一级的控制装置可以具有能量节省功能，通过所述能量节省功能能够将部件置于待机-模式中。所述通过能量节省功能引起的状态变化通常同样不传送给esc。
所有这些描述的状况可能导致指令冲突，通过所述指令冲突可能将esc置于未定义的状态中。这样的冲突的结果可能是例如经济上的损失以及能量转移控制器的功能效率低下，使得能量转移控制器不能够实施能量节省措施。此外，如果状态变化信号或者能量转移控制器的指令覆写上一级控制系统的所要求的运行状态，则冲突可能触发整个工业设施的或者整个生产系统的运行的中断。
技术实现要素：
本发明的任务是，提供一种解决方案，通过所述解决方案可以实现生产设施的安全的、无冲突的并且受控制的生产过程。
根据本发明，所述任务通过具有根据相应的独立权利要求的特征的设备、生产系统以及方法来解决。本发明的有利实施方案是从属权利要求、说明书和附图的主题。
根据本发明的设备用于控制生产设施的至少一个部件的运行状态。所述设备包括能量控制装置以用于提供状态变化信号以便将所述至少一个部件的运行状态从第一运行状态改变到第二运行状态。此外，所述设备具有监视装置，所述监视装置被设计用于接收所述能量控制装置的状态变化信号，并且提供所述能量控制装置的状态变化信号以便将所述第一运行状态改变到所述第二运行状态，并且修改所述能量控制装置的状态变化信号以便提供所述第二运行状态并且锁止所述能量控制装置的状态变化信号以便防止到所述第二运行状态中的状态变化。
能量控制装置可以实施为已经描述的能量转移控制器，其例如可以基于生产设施的结构模型、通过提供状态变化信号来引起至少一个部件的状态变化或者状态过渡。至少一个部件的运行状态可以是例如关-状态、开-状态、待机-状态、满负载-运行状态或者部分负载-运行状态。至少一个部件的能量消耗尤其在不同的运行状态内区分。
根据本发明现在规定，监视装置被提供并且与能量控制装置耦合，使得监视装置能够接收能量控制装置的状态变化信号。尤其是不再直接由能量控制装置提供能量控制装置的状态变化信号给至少一个部件。状态变化信号首先传输至监视装置，监视装置检查能量控制装置的状态变化信号。监视装置——也称作统一的能量管理接口（energymanagementunifiedinterface–emuni：能量管理统一接口）——将能量控制装置的状态变化信号或者不经改变地转发给所述至少一个部件，使得进行由能量控制装置设置的从第一运行状态到第二运行状态中的变换，或者修改状态变化信号，使得可以进行由能量控制装置设置的从第一运行状态到第二运行状态中的变换，或者锁止能量控制装置的状态变化信号，使得不改变至少一个部件的第一运行状态并且所述至少一个部件保留在第一运行状态中。
因此，通过监视装置可以以有利的方式确保生产设施的受控制的、安全的并且无冲突的运行。
根据本发明的一种实施方式，监视装置被设计用于如果监视装置锁止所述能量控制装置的状态变化信号则提供对于所述第二运行状态替代的第三运行状态。监视装置因此被设计用于通过替代的另一状态变化信号取代能量控制装置的状态变化信号，通过所述另一状态变化信号将所述至少一个部件置于第三运行状态中。因此，监视装置可以例如在指令冲突的情况下提供另一运行状态。所述设备因此特别灵活地设计。
特别优选地，所述监视装置被设计用于给所述能量控制装置提供所述至少一个部件的当前的运行状态以便使所述能量控制装置与所述至少一个部件同步。尤其如果所述监视装置已经锁止所述控制装置的信号和/或如果所述监视装置已经提供用于至少一个部件的替代的第三运行状态和/或如果至少一个部件具有自身的能量节省功能，通过该能量节省功能已经改变了至少一个部件的运行状态，则由监视装置给能量控制装置传送所述至少一个部件的当前的运行状态。根据现有技术不发生所述反馈，使得能量控制装置在提供新的状态变化信号时从错误的、当前的运行状态出发并且由此已经被置于未定义的状态中。
为了与能量控制装置通信，监视装置例如可以具有双向的通信接口。通过所述通信接口，监视装置可以通知能量控制装置关于部件的当前的运行状态。在此，监视装置例如可以读取至少一个部件的当前的运行状态，以便通知能量控制装置，至少一个部件的运行状态已经通过部件自身的能量节省功能改变。也可以规定：监视装置给能量控制装置提供信号，通过所述信号，监视装置通知能量控制装置：监视装置已经锁止能量控制装置的状态变化信号并且所述至少一个部件因此一如既往地处于第一运行状态中，和/或监视装置已经修改了能量控制装置的状态变化信号并且所述至少一个部件现在处于第三运行状态中。
因此，可以以有利的方式确保，能量控制装置持久地与至少一个部件保持同步。因此可以防止：能量控制装置在提供另外的状态变化信号时从错误的当前的运行状态出发并且被置于未定义的状态中。由此可以在任何时候提供能量控制装置的经定义的状态以及生产设施的无冲突的运行。
可以规定，所述监视装置被设计用于如果所述第一运行状态到所述第二运行状态的变化预给定为未经允许的和/或不可能的状态变化，则锁止所述能量控制装置的状态变化信号。未经允许的和/或不可能的状态变化将至少一个部件置于未经允许的和/或不可能的运行状态中。未经允许的和/或不可能的运行状态是对于至少一个部件未设置的和/或对于至少一个部件不可实现的运行状态。所述不可能的和/或未经允许的状态变化例如可以存储在列表中，监视装置可以基于所述列表来锁止能量控制装置的状态变化信号。
本发明的一个构型规定，所述设备具有上一级的控制装置，其被设计用于提供另外的状态变化信号，并且所述监视装置被设计用于与所述上一级的控制装置通信。为此，监视装置具有用于与上一级的控制装置通信的通信接口。通过该通信接口，所述监视装置可以接收上一级的控制装置的另外的状态变化信号。监视装置因此被设计用于，接收能量控制装置的和上一级的控制装置的状态变化信号。因此，可以通过监视装置协调至少一个部件的状态变换。
可以规定，所述监视装置被设计用于如果所述能量控制装置的状态变化信号相比于所述上一级的控制装置的另外的状态变化信号具有预给定的较高的优先级则提供所述能量控制装置的状态变化信号并且锁止所述上一级的控制装置的另外的状态变化信号，并且如果所述上一级的控制装置的所述另外的状态变化信号具有预给定的较高的优先级则提供所述上一级的控制装置的另外的状态变化信号并且锁止所述能量控制装置的状态变化信号。在此，可以对于能量控制装置的每个状态变化信号预给定一个优先级。因此，在与上一级的控制装置的另外的状态变化信号冲突的情况下可以给能量控制系统的状态变化信号配属相比于给上一级的控制装置的状态变化信号的更高的/更低的优先级，并且接着转发/锁止能量控制装置的状态变化信号。该优先级例如可以是在生产设施的启动时被一次性确定的或者动态地通过生产设施的运行者来改变。
因此，监视装置或者emuni检查并且协调所有状态变换，以便确保能量控制装置的指令与上一级控制系统的指令的无冲突。
在本发明的一种扩展方案中，所述监视装置被设计用于去活所述能量控制装置以便锁止所述状态变化信号和/或激活所述能量控制装置以便提供所述状态变化信号。为此，能量控制装置或者esc暂时、即在一定的时间段上被去活，例如在能量控制装置与上一级的控制装置之间的冲突的情况下和/或在干扰的情况下按照上一级的控制装置的要求。在该时间段期间，能量控制装置可以在静止状态中或者在有同步能力的状态、所谓的“keep-synchronized：保持同步”状态中运行。在“保持同步”状态期间，监视装置可以忽略由能量控制装置提供的所有状态变化信号并且例如在状态变换或状态变化之后给能量控制单元提供至少一个部件的当前的运行状态。此外，监视装置可以被设计用于，在“保持同步”状态的已知的持续时间的情况下给能量控制装置传送“保持同步”状态的持续时间或者在“保持同步”状态的未知的持续时间的情况下给能量控制装置传送不受限制的等待信号。因此，可以以有利的方式在无同步损耗的情况下将能量控制装置与生产设施隔离。
一旦冲突或者干扰消除并且生产设施又能运转，则监视装置又可以激活能量控制装置、即进行esc-重置。
根据本发明的一种有利的实施方式，所述能量控制装置在所述激活之后被设计用于读取所述至少一个部件的当前的运行状态。如果能量控制装置因此例如已经由监视装置去活并且接着又被重新激活，则能量控制装置可以通过所述读取又被同步，即被告知关于至少一个部件的当前状态。
被证明为有利的是，所述监视装置被设计用于监视从所述第一运行状态到所述第二运行状态中的状态变化的状态变化时间，并且如果所述状态变化时间超出预先确定的阈值则将所属的状态变化信号确定为不可能的和/或未经允许的状态变化信号。预给定的阈值例如可以是部件特定的开关延迟和/或部件特定的响应时间，其尤其与生产设施的相应部件以及与以下两个运行状态相关：在所述两个运行状态之间，相应的部件应更换。关于每个部件的部件特定的阈值例如可以存储在列表中。由监视装置检测的、超出所属的阈值的状态变化时间例如可以表明在生产设施中或者在相应的部件中的缺陷或者干扰。监视装置现在可以将在状态变化时超出阈值的状态变化信号确定为不可能的和/或未经允许的状态变化信号，使得该状态变化信号在通过能量控制装置再次提供时通过监视装置来锁止和/或通过替代的状态变化信号来取代。该设备因此特别安全且灵活地设计。此外，通过监视装置可以实现生产设施的不同部件的故障功能的及早确定。
优选地，所述监视装置被设计用于如果所述第二运行状态从所述第一运行状态出发只有通过至少一个中间运行状态可达，则提供至少一个中间运行状态以便修改所述能量控制装置的状态变化信号。为此，例如可能的和/或允许的状态变化可以存储在列表中。在通过能量控制装置提供的状态变化信号（通过所述状态变化信号将至少一个部件的第一运行状态改变到第二运行状态）中，监视装置可以根据该列表检查，第二运行状态是直接地还是通过至少一个中间运行状态可达。如果第二运行状态只有通过至少一个中间运行状态可达，则监视装置可以修改能量控制装置的状态变化信号，使得所述至少一个部件将第一运行状态首先改变到至少一个中间运行状态并且随后改变到第二运行状态。因此，可以以有利的方式提供通过能量控制装置设置的用于至少一个部件的运行状态。
在本发明的一个构型中，所述监视装置被设计用于修改所述状态变化信号以便实施测试循环。这样的测试循环例如可以用于能量消耗优化。监视装置可以借助于测试循环检查，是否从第一运行状态通过中间运行状态到第二运行状态中的变换相比于从第一运行状态直接变换到第二运行状态中在能量方面更加有利。根据现有技术，为了检查能量效率，能量控制装置必须耗费地被重新编程。根据本发明，能量效率检查可以以简单的方式通过监视装置来提供。因此，当通过监视装置在测试循环实施之后证实，通过中间运行状态的状态变换在能量方面实际上更加有利时，能量控制装置才可以以有利的方式经历耗费的重新编程过程。
此外，本发明包括一种生产系统，所述生产系统具有生产设施和根据本发明的设备或者其有利的实施方式，所述生产设施具有部件。
此外，本发明包括一种用于控制生产设施的至少一个部件的运行状态的方法，其中，通过能量控制装置提供状态变化信号以便将所述至少一个部件的运行状态从第一运行状态改变到第二运行状态。此外，由监视装置接收所述能量控制装置的状态变化信号，并且通过所述监视装置或者提供所述能量控制装置的状态变化信号以便将所述第一运行状态改变到所述第二运行状态，或者修改所述能量控制装置的状态变化信号以便提供所述第二运行状态或者锁止所述能量控制装置的状态变化信号以便阻止所述第二运行状态。
参考根据本发明的设备提出的优选的实施方式和其优点相应地适用于根据本发明的生产系统以及根据本发明的方法。
附图说明
下面，现在根据优选的实施例以及参考附图进一步阐述本发明。
唯一的附图示出根据本发明的生产系统的一种实施方式的示意图。
具体实施方式
下面阐述的实施例是本发明的优选的实施方式。但在所述实施例中，所述实施方式的所描述的部件分别是本发明的各个应该相互独立地考虑的特征，所述特征也分别相互独立地扩展本发明并且因此也可以单独地或者以不同于所示出的组合地被视为本发明的组成部分。此外，所描述的实施方式也可以通过本发明的已经描述的另外的特征来补充。
附图示出具有生产设施2和用于控制生产设施2的运行状态的设备3的生产系统1。生产设施2在此包括三个部件4、5、6，它们例如可以构型为机器或者生产单元。此外，生产设施2在此具有接口7、例如控制装置，通过该接口，部件4、5、6可以与设备3通信。
设备4在此包括能量控制装置8、监视装置9以及上一级的控制装置10。在此，能量控制装置8可以与监视装置9双向通信并且上一级的控制装置10可以与监视装置双向通信。在此，能量控制装置8、监视装置9和上一级的控制装置10可以具有相应的在此未示出的通信接口。
能量控制装置8被设计用于基于生产设施2的结构模型提供相应的状态变化信号sz,e，其中，通过相应的状态变化信号sz,e可以将与相应的部件4、5、6对应的运行状态从第一运行状态改变到第二运行状态。这样的运行状态例如可以是开-状态、关-状态、待机-状态、部分负载-运行状态或者满负载-运行状态，其中，部件4、5、6在不同的运行状态中具有不同的能量消耗。
此外，上一级的控制装置10被设计用于提供另外的状态变化信号sz,k以便改变相应的部件4、5、6的运行状态并且将所述另外的状态变化信号发送给监视装置9，所述上一级的控制装置例如可以包括加工管理系统（mes）和/或生产控制系统和/或过程监视与控制系统（scada）和/或负载管理系统。
监视装置9被设计用于，接收能量控制装置8的相应的状态变化信号sz,e以及上一级的控制装置的另外的状态变化信号sz,k。监视装置9可以将能量控制装置的相应的状态变化信号sz,e转发给相应的部件4、5、6，使得相应的部件将第一运行状态改变到第二运行状态。此外，监视装置9可以修改状态变化信号sz,e，使得相应的部件4、5、6将它们的运行状态例如通过中间运行状态改变到第二运行状态。所述经修改的状态变化信号例如可以包括由多个状态变化信号组成的序列。监视装置也可以锁止状态变化信号sz,e，使得相应的部件4、5、6不将其运行状态改变到第二运行状态。替代被锁止的状态变化信号sz,e，监视装置9可以给相应的部件4、5、6提供例如替代的状态变化信号sz,a，使得相应的部件将其运行状态改变到替代的第三运行状态，或者提供上一级的监视装置10的另外的状态变化信号sz,k。监视装置9监视并且因此检查由能量控制装置8要求的指令或者状态变化，并且或者实现、改变或者忽视所述指令或者状态变化。
监视装置9可以通过双向的通信接口通知能量控制装置8尤其部件4、5、6的当前的运行状态bza。为此，监视装置9例如可以通过接口7读取部件4、5、6的当前的运行状态bza并且将其转发给能量控制装置8。
当前的运行状态bza的读取是特别有利的，因为可以规定，部件4、5、6和/或上一级的控制装置10具有自身的能量节省功能，通过该自身的能量节省功能可以改变部件4、5、6的运行状态。这样的通过能量节省功能提供的状态变化可以通过监视装置9传送给能量控制装置8。
监视装置9也可以给能量控制装置8提供信号，通过所述信号可以告知能量控制装置8关于状态变化信号sz,e的通过监视装置9的锁止和/或修改和/或取代。
因此，在任何时候也给能量控制装置8呈现相应的部件4、5、6的当前的运行状态bza。因此，能量控制装置8在任何时候与部件4、5、6同步。
监视装置9可以构型为具有自身的用于协调状态变化的逻辑电路的单独模块以及用于与能量控制装置8和/或上一级的控制装置10通信的必要的通信接口。但也可以是，监视装置9构型为能量控制装置8的或者上一级的控制装置10的一部分。
以下示例应阐明设备3的功能原理：
例如可以是：能量控制装置8发送状态变化信号sz,e，以便将部件4从作为第一运行状态的待机-状态置于作为第二运行状态的关-状态。这例如在以下条件下可以通过能量控制装置8来设置用于能量节省：在能量控制装置8已经检测到部件4从预给定的持续时间起处于待机-状态中之后。但同时，上一级的控制装置10发送状态变化信号sz,k，通过该状态变化信号应将部件4从待机-状态置于开-状态，因为部件4例如应承担生产步骤。
监视装置9接收两个状态变化信号sz,e、sz,k并且根据预给定的优先级列表决定，应转发状态变化信号sz,e、sz,k中的哪一个。如果例如规定，上一级的控制装置10的状态变化信号sz,k具有较高的优先级，则转发上一级的控制装置10的状态变化信号sz,k并且锁止能量控制装置8的状态变化信号sz,k。部件4的运行状态因此改变到开-状态。监视装置9通知能量控制装置8，能量控制装置8的状态变化信号sz,e已经被锁止并且部件4的当前的运行状态bza现在是开-状态。
例如也可以规定，能量控制装置8提供以下状态变化信号sz,e，在所述状态变化信号的情况下应将部件4的运行状态从开-状态改变到关-状态。但监视装置9例如根据预给定的列表确定，部件4的关-状态不直接由开-状态可达。更确切地说，必须使部件4首先置于中间运行状态——例如待机-状态中，并且从所述中间运行状态到关-状态。监视装置9因此被设计用于修改能量控制装置8的状态变化信号sz,e，使得例如通过第一状态变化信号使部件4从开-状态置于待机-状态中并且通过第二状态变化信号使部件4从待机-状态置于关-状态中。
也可以规定，能量控制装置8提供以下状态变化信号sz,e，在所述状态变化信号的情况下应将部件4的运行状态从开-状态改变到关-状态。监视装置9确定，直接地、也即在无中间运行状态的情况下能够实现该状态变化。然而为了检查，使部件4首先置于中间运行状态、例如待机-状态中是否在能量方面更有利，监视装置9可以提供测试循环，在所述测试循环中，使部件4首先置于中间运行状态中。如果监视装置9已经验证了，通过中间运行状态的所述状态变换在能量方面更有利，则能量控制装置8例如可以被重新编程，使得能量控制装置在将来自身提供相应的状态变化信号sz,e。