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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Mehrzahl von Geräten, welche in einem Netzwerk verbunden sind, das mehrere Netzwerksegmente aufweist, die mit einem Kopplungselement miteinander verbunden sind. Über dies betrifft die vorliegende Erfindung ein solches Kopplungselement, welches mehrere Netzwerksegmente eines Netzwerks miteinander verbindet. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein solches Netzwerk.
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Im Rahmen von effizienten Energiesparmaßnahmen ist es erforderlich, einen genauen Überblick über den Energiebedarf der einzelnen Geräte, welche in einem Netzwerk verbunden sind, zu erhalten. Dies ist insbesondere bei Netzwerken in Form von komplexen Automatisierungsanlagen von großer Wichtigkeit, denn nur wenn bekannt ist, welches der Geräte wie viel Energie benötigt, kann sicher entschieden werden, ob ein Anlagenumbau oder ein Tausch von einzelnen Geräten wirtschaftlich sinnvoll ist. Unabhängig von dem Gesichtspunkt des Energiesparens ist es von großer Bedeutung, den genauen Energiebedarf bzw. die Leistungsaufnahme von den einzelnen Geräten und zusätzlich die Zeitpunkte, zu denen die Energie bzw. die Leistung benötigt wird, zu ermitteln. Andernfalls kann die Energieversorgung nicht gezielt und zeitabhängig ausgelegt werden.
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Dies führt in der Regel dazu, dass einerseits überdimensionierte Leitungen zur elektrischen Versorgung der einzelnen Geräte verwendet werden, und andererseits dazu, dass teure Verträge mit dem Energieversorgungsunternehmen abgeschlossen werden. Insbesondere Großbetriebe rechnen in der Regel nach der vorzuhaltenden Leistung ab.
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Derzeit hat man praktisch keinen genauen Überblick über den Energiebedarf der einzelnen Geräte, welche in einem Netzwerk verbunden sind. Dies trifft insbesondere für große Automatisierungsanlagen zu, da hier – wenn überhaupt – nur grobe Messungen durchgeführt werden, indem vor ganzen Anlagen oder maximal Anlagenzellen Messvorrichtungen vorgeschaltet werden, die lediglich die Summenleistungsaufnahme messen können. Ebenso existieren derzeit für das Lastmanagement der Geräte nur Lösungen, die Zusatzgeräte und vor allem eine eigene Datenverbindung für den Informationsaustausch benötigen.
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Die
WO 2006/035302 A2 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Mehrzahl von Geräten, welche in einem Netzwerk über ein Kopplungselement miteinander verbunden sind. Die Geräte befinden sich in einem sogenannten „power state”, (on, off, sleep, ...) welcher Rückschlüsse über einen potentiellen Energiebedarf des Gerätes zulassen.
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Die
US 2008/0177678 A1 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zum Betreiben einer Mehrzahl von Geräten. Die Geräte sind in einem Netzwerk angeordnet. Des Weiteren sind die Geräte mit einem Kopplungselement verbunden, mit dem der Energiebedarf des Geräts erfasst werden kann.
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Schließlich beschreibt die
EP 2012132 A1 einen Verbrauchs- und Zustandsmesser, der eine Analysevorrichtung für Stromverbraucher aufweist. Die Analysevorrichtung umfasst mindestens einen an einem Hausstromnetz angeschlossenen Stromverbraucher, der eine Einheit umfasst, die geeignet ist, den Stromverbrauch und/oder Leistungsverbrauch genau dieses einen Verbrauchers zu identifizieren und als Information bereitzustellen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Mehrzahl von Geräten, welche in einem Netzwerk verbunden sind, effizienter zu betreiben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Mehrzahl von Geräten, welche in einem Netzwerk verbunden sind, wobei das Netzwerk mehrere Netzwerksegmente aufweist, die mit einem Kopplungselement miteinander verbunden sind, und jedes der Geräte einem der Netzwerksegmente zugeordnet ist, durch das Abfragen eines Energiebedarfs zumindest eines der Geräte, und das Bereitstellen einer Information über den Energiebedarf des zumindest einen Geräts in dem Kopplungselement. Dabei ist das Kopplungselement als Ethernet-Switch ausgebildet und weist Mittel auf, mit denen ein Betrieb des zumindest einen Geräts gesteuert wird. Der aktuelle und genau bestimmte Energiebedarf der einzelnen Geräte wird mittels einer Messeinrichtung, welche in den jeweiligen Geräten integriert ist oder extern an den Geräten angeordnet ist, bestimmt. Auf diese Weise können die Energiekennwerte und der aktuelle Energiebedarf der Geräte genau bestimmt werden und über ein einheitliches Austauschformat, beispielsweise das PROFIEnergy-Messprofil, ausgetauscht werden.
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Die Abfrage des Energiebedarfs zumindest eines der Geräte erfolgt durch das Kopplungselement. Eine Information über den Energiebedarf eines oder mehrerer Geräte, welche mit dem Kopplungselement verbunden sind, wird von dem Kopplungselement bereitgestellt und liegt somit konzentriert zur Weiterverarbeitung vor. Auf diese Weise kann der Energiebedarf bzw. das Lastprofil der einzelnen Geräte genau bestimmt und nachverfolgt werden. Eine Information über den Energiebedarf bzw. das Lastprofil werden auf diese Weise dezentral in dem Kopplungselement erzeugt und können nach Bedarf abgerufen bzw. ausgelesen werden.
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Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn eine Information über den zeitlichen Verlauf des Energiebedarfs des zumindest einen Geräts in dem Kopplungselement gespeichert wird. Der genaue zeitliche Verlauf des Energiebedarfs eines oder mehrerer Geräte in dem Netzwerk ist somit in dem Kopplungselement hinterlegt und kann somit von einer übergeordneten Steuerung abgefragt bzw. weiterverarbeitet werden. Ebenso ist es denkbar, dass der Energiebedarf der einzelnen Geräte in einem vorher festgelegten Zeitintervall, beispielsweise alle 24 Stunden, abgefragt wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Betrieb des zumindest einen Geräts in Abhängigkeit von der Information über den Energiebedarf des zumindest einen Geräts durch das Kopplungselement gesteuert. Anhand der Information über den Energiebedarf der einzelnen Geräte, welche in dem Kopplungselement bereitgestellt wird, kann ein intelligentes Lastmanagement in dem Kopplungselement implementiert werden. Es ist besonders vorteilhaft, dass der Betrieb der einzelnen Geräte durch das Kopplungselement zusätzlich gesteuert wird. Auf diese Weise kann das Netzwerk für das Lastmanagement der einzelnen Geräte genutzt werden und es muss hierfür keine zusätzliche, parallel aufgebaute Infrastruktur genutzt werden. Das Netzwerk bzw. die einzelnen Netzwerksegmente sind bereits vorhanden und werden für die Kommunikation zwischen den einzelnen Geräten bereits genutzt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird in Abhängigkeit von einer Maximalleistung ein Abschalten eines Geräts durch das Kopplungselement gesteuert. Durch die Vorgabe einer Maximalleistung können die einzelnen Geräte, beispielsweise auch unter Berücksichtigung einer Priorität, abgeschaltet oder wieder zugeschaltet werden. Auf diese Weise können unabhängig von der übergeordneten Steuerung etwaige Lastspitzen vermieden werden.
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Des Weiteren wird erfindungsgemäß bereitgestellt ein Kopplungselement, mit dem mehrere Netzwerksegmente eines Netzwerks miteinander verbindbar sind, wobei jedem der Netzwerksegmente mindestens ein Gerät zugeordnet ist, wobei mit dem Kopplungselement ein Energiebedarf zumindest eines der Geräte abfragbar und speicherbar ist, und eine Information über den Energiebedarf des zumindest einen Geräts in dem Kopplungselement für das Netzwerk bereitstellbar ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, dass das Kopplungselement eine Ethernet-Schnittstelle aufweist. Auf diese Weise können die einzelnen Geräte, welche einem Netzwerksegment des Netzwerks zugeordnet sind, durch eine Ethernet-Verbindung miteinander verbunden werden.
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Gemäß der Erfindung ist das Kopplungselement als ein Ethernet-Switch mit dem Mitteln zum Steuern eines Betriebs des zumindest einen Geräts ausgebildet. Somit kann ein handelsüblicher Ethernet-Switch eingesetzt werden, auf dem beispielsweise durch ein entsprechendes Softwareprogramm, das Steuern der Geräte ermöglicht wird. Das Softwareprogramm dient ebenfalls dem Abfragen, der Speicherung und dem Bereitstellen einer Information über den Energiebedarf des zumindest einen Geräts.
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Schließlich wird erfindungsgemäß bereitgestellt ein Netzwerk, bei dem mit einem Kopplungselement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mehrere Netzwerksegmente verbunden sind
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Netzwerks, bei dem mit einem Kopplungselement mehrere Netzwerksegmente verbunden sind, und zwei Geräte in dem Netzwerk verbunden sind, wobei jedes der Geräte einem Netzwerksegment zugeordnet ist.
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Die Figur zeigt in einer schematischen Darstellung ein Netzwerk 10, wobei das Netzwerk 10 mehrere Netzwerksegmente 12, 14 aufweist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Netzwerk 10 zwei Netzwerksegmente 12 und 14. Jedem der Netzwerksegmente 12, 14 ist jeweils ein Gerät 16, 18 zugewiesen. Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gerät 16 dem Netzwerksegment 12 zugewiesen und dem Netzwerksegment 14 ist das Gerät 18 zugewiesen.
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Die beiden Netzwerksegmente 12, 14 sind mit dem Kopplungselement 20 miteinander verbunden. Die Geräte 16, 18 sind jeweils über eine Datenleitung 22, 24 mit dem Kopplungselement 20 verbunden. Als Datenleitung 22, 24 wird hier eine Ethernet-Verbindung genutzt. Ebenso ist es denkbar, dass die Geräte 16, 18 mit dem Kopplungselement 20 mit einer Profinet-Verbindung miteinander verbunden werden. Dieser offizielle industrielle Ethernet-Standard nutzt TCP/IP und IT-Standards, ist Echtzeit-Ethernet-fähig und ermöglicht die Integration von Feldbus-Systemen.
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Des Weiteren ist das Kopplungselement 20 mit zwei weiteren Datenleitungen 26 und 28 verbunden, welche beispielsweise mit einer übergeordneten Steuereinrichtung verbunden sein können. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, dass das Kopplungselement 20 eine Ethernet-Schnittstelle aufweist. Auf diese Weise kann das Kopplungselement 20 mit den Datenleitungen 22 bis 28 verbunden werden und es können entsprechenden Daten mit einer Information über den Energiebedarf der Geräte 16, 18 ausgetauscht und übermittelt werden.
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An den beiden Geräten 16 und 18 ist jeweils eine hier nicht dargestellte Messeinrichtung angeordnet, mit welcher der aktuelle Energiebedarf bzw. Leistungsbedarf der Geräte 16 und 18 bestimmt werden kann. Üblicherweise ist diese Messeinrichtung bereits in dem jeweiligen Gerät 16, 18 integriert. Die Messeinrichtung kann ebenso extern an den Geräten 16, 18 angeordnet sein. Der aktuelle Energiebedarf der Geräte 16, 18 kann über eine einheitliche Datenschnittstelle bereitgestellt werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise das PROFIEnergy-Profil, welches üblicherweise für das Energiemanagement in Produktionsanlagen genutzt wird, verwendet werden.
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Das Kopplungselement 20 fragt den aktuellen Energiebedarf der Geräte 16, 18 ab, welcher über die Datenleitungen 20, 22 an das Kopplungselement 20 übermittelt wird. Eine entsprechende Information über den Energiebedarf der Geräte 16, 18 wird in dem Kopplungselement 20 gespeichert und bereitgestellt. Auf diese Weise liegt eine Information über die Energie- bzw. Leistungswerte der Geräte 16 und 18 in dem Kopplungselement 20 zur Weiterverarbeitung vor. Der aktuelle Energiebedarf der Geräte 16, 18 kann auf diese Weise über eine hier nicht dargestellte übergeordnete Steuereinrichtung abgefragt werden. Diese Steuereinrichtung ist beispielsweise mit den Datenleitungen 26, 28 mit dem Kopplungselement 20 verbunden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Information über den zeitlichen Verlauf des Energiebedarfs der beiden Geräte 16, 18 in dem Kopplungselement 20 gespeichert wird. Es ist ebenso denkbar, dass der Energiebedarf der Geräte 16, 18 zur festgelegten Zeitintervallen abgefragt wird und beispielsweise über die Datenleitungen 26, 28 an eine Steuereinrichtung übermittelt wird.
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Zusätzlich zu der Abfrage und Bereitstellung einer Information über den Energiebedarf der Geräte 16, 18 soll ein Betrieb der Geräte 16, 18 in Abhängigkeit von der Information über den Energiebedarf der Geräte 16, 18 durch das Kopplungselement 20 gesteuert werden. Durch die gewonnenen Informationen über den Energiebedarf der Geräte 16, 18 kann ein intelligentes Lastmanagement im Kopplungselement 20 implementiert werden. Dies kann unabhängig von einer übergeordneten Steuerung so ausgelegt werden, dass autark etwaige Lastspitzen vermieden werden oder bei der Vorgabe von Maximalleistungen eine Abschaltung der Geräte 16, 18 erfolgt bzw. die Geräte 16, 18 wieder zugeschaltet werden.
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Auf diese Weise kann nicht nur der Energiebedarf bzw. der Leistungsbedarf der Geräte 16, 18 genau bestimmt werden, sondern auch ein entsprechendes Lastmanagement der Geräte 16, 18 durch das Kopplungselement 20 realisiert werden. Die Geräte 16, 18, welche in dem Netzwerk 10 miteinander verbunden sind, können somit besonders effektiv betrieben werden.
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Dabei ist das Kopplungselement 20 als Ethernet-Switch ausgebildet. Durch ein bzw. mehrere zusätzliche Softwareprogramme, welche auf dem Ethernet-Switch hinterlegt sind und betrieben werden, kann der Ethernet-Switch dazu genutzt werden, den aktuellen Energiebedarf der Geräte 16, 18 abzufragen, eine Information über den Energiebedarf der Geräte 16, 18 bereitzustellen und den Betrieb der Geräte 16, 18 zu steuern. Zu diesem Zweck kann auf dem Kopplungselement 20 bzw. auf dem Ethernet-Switch ein entsprechendes Softwareprogramm betrieben werden, mittels welchem das Abfragen und Bereitstellen einer Information über den Energiebedarf der Geräte 16, 18 erfolgt und zudem eine Steuerung bzw. ein Zu- und Abschalten der Geräte 16, 18 realisiert wird.
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Das in der Figur dargestellte Netzwerk 10 umfasst vorliegend zwei Netzwerksegmente 12 und 14, welchen jeweils ein Gerät 16 und 18 zugeordnet ist. Ebenso ist es denkbar, dass das Netzwerk 10 mehrere Netzwerksegmente aufweist, wie sie beispielsweise bei komplexen Automatisierungsanlagen mit einer Mehrzahl von Geräten vorhanden sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Netzwerk
- 12
- Netzwerksegment
- 14
- Netzwerksegment
- 16
- Gerät
- 18
- Gerät
- 20
- Kopplungselement
- 22
- Datenleitung
- 24
- Datenleitung
- 26
- Datenleitung
- 28
- Datenleitung
