专利名称：运行自动化机器的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于运行自动化机器的方法和一种用于运行自动化机器的装置。
背景技术：
“能量高效”的主题在自动化机器中的重要性日益增加。迄今为止仅仅已知了，机器的单独的电机的电的有效功率(例如在机床的情况下 螺杆式电机的瞬时消耗的电的有效功率)可以在机器上显示。此外也已知了，可以显示机器的单独的机器轴的负荷。通过启动工具存在这种可 能性，也就是在描绘图中记录这些数据。这些信息瞬时地用于识别和避免过载情况。如果 机器恰好从电网消耗了规定的有效功率，则当前在公众范围中进行讨论的第一种用于能量 消耗显示的思想限于对机器的能量消耗进行显示。为了探测基于机器的能量消耗通常使用 的是例如利用测电流钳或电能计数器来进行测量。

发明内容
本发明的目的在于，能够实现能量高效地运行自动化机器。该目的通过一种用于运行自动化机器的方法来实现，其中由机器进行的、对至少 一个对象的处理利用处理程序进行控制，其中处理包括至少一个处理步骤，其中机器具有 多个电的耗能设备，其中测定了由耗能设备分别消耗的电的有效功率，其中从机器的耗能 设备的、测定的消耗的电的有效功率中，测定了对于每个处理的对象和/或每个处理步骤 和/或每次运行处理程序，由机器消耗的电能和/或由耗能设备分别消耗的电能。此外该目的通过一种用于运行自动化机器的装置来实现，其中由机器进行的、对 至少一个对象的处理可利用处理程序控制，其中处理包括至少一个处理步骤，其中机器具 有多个电的耗能设备，其中该装置这样设计，即测定了由耗能设备分别消耗的电的有效功 率，和从机器的耗能设备的、测定的消耗的电的有效功率中，测定了对于每个处理的对象和 /或每个处理步骤和/或每次运行处理程序，由机器消耗的电能和/或由耗能设备分别消耗 的电能。本发明的有利的设计方案由从属权利要求中得出。装置的有利的设计方案类似于 方法的有利的设计方案得出并且反之亦然。证明为有利的是，即测定了机器的和/或耗能设备的每日消耗的电能和/或每周 消耗的电能和/或每月消耗的电能和/或在一个工作班中和/或在一个选择的持续时间中 消耗的电能。由此例如能够实现对在不同的工作班中出现的能量消耗进行比较。此外证明为有利的是，即监测由机器消耗的电能和/或由耗能设备分别消耗的电 能是否超过或低于分别所属的极限值。由此可以识别例如由于机器的过于剧烈的磨损而引 起的缓慢生成的故障。此外证明为有利的是，即存储相关于处理程序的由机器消耗的电能和/或由耗能 设备分别消耗的电能。通过这种措施能够实现，将在规定的处理程序中消耗的电能例如存储在数据库中并且应用于进行分析。此外证明为有利的是，即将由机器消耗的电能和/或由耗能设备分别消耗的电能 与之前当运行同一个处理程序时存储的、消耗的电能相比较，并且监测是否超过电能和之 前存储的电能之间允许的偏差。由此可以识别例如由于机器的过于剧烈的磨损而引起的缓 慢生成的故障。此外证明为有利的是，即将由机器消耗的电能和/或由耗能设备分别消耗的电能 与至少一个之前存储的、当运行至少另一个处理程序时消耗的电能相比较。通过这种措施 可以以简单的方式和方法确定，当例如提供了多个用于处理对象的、可替换的处理程序时， 哪一个处理程序在由坯件中制造工件时消耗了最少的电能。此外证明为有利的是，即为了控制未来对至少一个对象的处理，应用了处理程序， 其中由机器消耗的电能和/或由耗能设备分别消耗的电能更低或者在存在多于一个的单 独的另外的处理程序的情况下最低。由此确保了，即，当例如提供了多个可替换的处理程序 用于处理对象时，为了对至少一个对象的处理进行控制，在未来分别应用了电能消耗最少 的那个处理程序。此外证明为有利的是，即根据电的参数和/或机械的参数和/或根据模型和/或 通过对耗能设备的状态进行分析来测定由耗能设备分别消耗的电的有效功率。由此可以放 弃那些对于测定耗能设备的有效功率所必需的、附加的测量装置，因此借助于那些无论如 何都必然存在于机器上的测量装置来测定消耗的电能。此外证明为有利的是，即存储了在机器没有进行处理的时间段中由机器消耗的电 能和/或由耗能设备分别消耗的电能。通过这种措施也能够在测定机器的能效时一并考虑 到机器的停机时间。此外证明为有利的是，即由机器消耗的电能和/或由耗能设备分别消耗的电能在 机器上显示。由此能够实现，由使用者例如立即在机器处直接地监控消耗的电能。


在附图中示出了本发明的一个实施例并且在下面详细说明。图中示出图1以示意性的框形视图的形式示出了自动化机器，图2示出了电机的第一个持续负荷特征曲线，图3示出了电机的第二个持续负荷特征曲线。
具体实施例方式在图1中以示意性的框形视图的形式示出了自动化机器8。机器8在实施例的范 畴中例如设计为机床，但该机器例如也可以完全一般性地以生产机器的形式(例如印刷机 或塑料注塑机)存在。在图1中仅仅示出了机器8的、对于理解本发明重要的元件。机器8具有控制单元1，该控制单元在实施例的范畴中设计为CNC-控制装置。控 制单元1利用处理程序15对对象5的处理进行控制，该处理程序包含有对于处理对象5所 必需的控制指令。控制单元1相应于处理程序15产生了用于控制机器8的电机的额定值。 控制单元1为了传输数据而与驱动单元2a，2b和2c连接，这通过图1中的三个连接线路7a，7b和7c显示。驱动单元通过电线如，4b和如与电机连接。驱动单元加，2b和2c为了 控制分别所属的电机3a，北和3c而分别具有调节装置和整流器。在驱动单元加和2b的 情况下，额定值在此以位置额定值的形式存在，而在驱动单元2c的情况下，额定值以转速 额定值的形式存在。为了控制电机3a，驱动单元加根据电机3a的电机轴的、由控制单元1 产生的位置额定值和位置实际值产生了输出电压UR, Us和Ut (导体对地电压)，其中位置实 际值由位置传感器16a测量并且通过连接线路18a输送给驱动单元加。电压UK，US*UT以 及电机电流IK，Is和It通过测量装置1 测量并且通过连接线路13a传输至驱动单元2a， 该驱动单元随后又将其通过连接线路7a传输至控制单元1。为了控制电机3a，驱动单元2b根据电机北的电机轴的、由控制单元1产生的位置 额定值和位置实际值产生了输出电压，其中位置实际值由位置传感器16b测量并且通过连 接线路18b输送给驱动单元2b。电机北的电机电压和电机电流通过测量装置12b测量并且通过连接线路13b传 输至驱动单元2b，该驱动单元随后又将其通过连接线路7b传输至控制单元1。测量装置 12a和12b也可以集成到分别所属的驱动单元加和2b中。出于简明的原因，在图1中未示 出电机: 的电机电压和电机电流的标号。借助于电机3a和北例如改变了用于处理对象5的工具的位置，也就是说使工具 移动。电机3a和北因此参与了处理对象5，这通过以虚线示出的箭头Ila和lib表明。电 机3c例如可以以泵用电机的形式存在，该泵用电机用于驱动使冷却液移动的泵，该冷却液 用于当处理对象5时对工具进行冷却。电机3c这样地同样也参与了处理对象5，这通过图 1中的以虚线示出的箭头Ilc表明。为了调节电机3c的电机转速，控制单元1产生了转速 额定值形式的额定值并且通过连接线路7c将其输送给驱动单元3c作为输入端参数。相应 于转速额定值和由转速测量装置16c测量的转速实际值(该转速实际值通过连接线路18c 输送给驱动单元2c作为输入端参数)，由驱动单元2c产生了用于控制电机3c的输出电压。为了传输数据，控制单元1与用于操作机器8的操作单元6连接，这通过连接线路 17显示。操作单元6具有显示器19，在该显示器上例如可以显示由控制单元1产生的数据。 操作单元6例如可以以操作台的形式存在。为了存储数据，控制单元1具有数据存储器14，在该数据存储器中也存储了处理 程序15。此外，机器8为了交换数据通过连接线路10与上一级的分析单元9连接。在分析 单元9中可以分析多个机器的数据。在此需要说明的是，示出的电机3a，;3b和3c与分别所属的驱动单元2a，2b和2c 在此仅仅示例性地示出并且机器8实质上具有多个电机和与控制单元1连接的所属的驱动 单元，这在图1中在右侧以点来表明。在实施例的范畴中，电机3a，;3b和3c以及操作单元6是机器8的耗能设备。根据 本发明，测定了由耗能设备分别消耗的电的有效功率，并且从机器的耗能设备的、测定的电 的有效功率中，测定了对于每个处理的对象和/或每个处理步骤和/或每次运行处理程序， 由机器8消耗的电能和/或由耗能设备分别消耗的电能。因此持续地测定了由电机3a消 耗的电的有效功率、由电机北消耗的电的有效功率和由电机3c消耗的电的有效功率以及 由操作单元6消耗的电的有效功率。电的有效功率在此是在每个时间单位、例如每秒所消 耗的电能。从单独的耗能设备的有效功率中，通过由单独的耗能设备测定的电的有效功率的相加而确定了由机器8消耗的电的有效功率(总有效功率)。为了测定电机3a的消耗的电的有效功率，由测量装置12a测量的电压和电流通过 驱动单元加传输至控制单元1，以及在控制单元1中测定了在每个时间点消耗的、来自于电 压和电流中的电的有效功率。由于电压和电流的有效值和在电压与分别所属电流之间的相 位移动是同样大的，因此由电机3a消耗的电的有效功率P可以确定为
P=3UReffIReffCOS (φ) ( 1 )其中4是在电压Uk与电流Ik之间的相位移动，Ulteff是电压Ur的有效值，以及IKrff 是电流Ik的有效值。因此，其它两个相位的电压和电流对于功率的计算来说并不是必需的。 但是借助于这些电压和电流例如可以冗余地计算出功率，因此当一个相位中的测量失灵时 也还始终能够从其它两个相位之一的电压和电流中可靠地测定有效功率。但也可以可替换地在驱动单元加中进行预处理，因此驱动单元加计算出电机3a 的消耗的电的有效功率并且消耗的电的有效功率作为直接的值通过连接线路7a从驱动单 元加传输给控制单元1。以类似的方式，测定了由电机北消耗的电的有效功率。对于测定电机3c的电的消耗的有效功率，在实施例的范畴中并未提供用于直接 测量电机电压和电机电流的测量系统。在这种情况下，例如可以根据电的和/或机械的参 数和/或根据对由耗能设备消耗的电的有效功率进行模拟或评估的模型和/或通过对耗能 设备的状态的分析来测定由涉及的耗能设备消耗的电的有效功率。在实施例的情况下，根据电机3c的、由旋转传感器16c测定的转速η和推测的基 本上恒定的转矩Μ(电机3c必然传输该转矩)，根据下述关系式P = M · 2 π · η (2)在忽略效率损耗的情况下近似地测定了由电机3c消耗的电的有效功率P。如果电 机的效率是已知的，则因此可以当计算电的有效功率P时将该效率一并加以考虑以用于实 现更精确地测定电的有效功率P。如果例如在电机中仅仅已知了其转速n，那么例如可以借助于模型，即根据转速 n，例如确定最大的在所涉及的转速的情况下由电机可能消耗的电的有效功率并且这样地 在评估的范畴中向上地测定由电机消耗的有效功率。模型例如可以以图2和图3中示出的 持续负荷特征曲线Dl和D2的形式存在。因此例如可以根据相对于电机的转速η的持续负 荷特征曲线Dl，在忽略效率损耗的情况下测定在所涉及的转速η的情况下最大可能消耗的 电的有效功率。此外例如可以根据相对于电机的转速η的持续负荷特征曲线D2测定在所涉及的 转速η的情况下最大可能的由电机产生的转矩M并且在忽略效率损耗的情况下根据下述的 关系式测定最大可能的由电机消耗的电的有效功率
η M ·ηP=- °
9549,3数字9549，3通过单位INm = Iffs的换算而得出。由操作单元6消耗的电的有效功率可以单独地，例如当启动时，借助于临时为了 这个目的安装在机器中的有效功率测量装置来测量并且将由操作单元6消耗的、在此测量 的有效功率存储在数据存储器14中，因此控制单元1得知，如果操作单元6处于工作中，其消耗了这个事先确定的有效功率。在一定条件下，可以一次随着显示器19打开和一次在不 打开显示器19的情况下测量由操作单元6消耗的有效功率并且操作单元6通过连接线路 17在任意时刻通知了控制单元1，显示器19是否刚好打开了，因此控制单元1可以从其数 据存储器中应用对于由操作单元6刚好消耗的电的有效功率是正确的值。相应地也可以在 用于显示器的不同的亮度调节的表格中存储不同的消耗的电的有效功率并且取决于显示 器的刚好调节的亮度获取表格的所属的电的有效功率和这样地测定消耗的电的有效功率。类似于测定操作单元6消耗的电的有效功率，也可以根据应怎样精确地测定机器 8消耗的电的有效功率(机器的消耗的电的总有效功率)，也测定由驱动单元2a，2b和2c、 以及控制单元1消耗的有效功率并且存储在数据存储器14中。在驱动单元2a，2b和2c的 电的消耗的有效功率的情况下，意味着为了驱动单元的固有消耗而消耗的电的有效功率， 也就是说当关闭电机时驱动单元2a，2b和2c消耗的电的有效功率。此外，例如在具有基本上恒定的能量消耗的耗能设备中也可能的是，单独地在对 于整个机器的馈电处测量电的有效功率消耗并且随后通过适宜地接通和断开单独的耗能 设备来测定由单独的耗能设备消耗的电的有效功率并且将单独的耗能设备的、这样测定的 消耗的电的有效功率例如存储在数据存储器14中。控制单元1随后可以根据单独的耗能 设备的、存储的电的有效功率和关于其是否恰好接通的信息来测定由单独的耗能设备消耗 的电的有效功率。对于由机器8对对象5的处理的控制借助于处理程序15实现。该处理程序包含 多个处理步骤，这些处理步骤可以通过处理程序15中的一个单独的或多个指令来限定。因 此处理步骤例如可以包括特定的处理过程、例如磨光或打孔过程，或也可以仅包括例如工 具的从位置X到位置Y上的移动。在运行了处理程序之后，通过机器对对象的处理通常中止，并且处理程序可以重 新运行以用于处理另一个结构相同的对象。对象例如可以以管部件的形式存在，其例如通 过机器的铣削处理进行处理。但对象也可以例如在机器设计为印刷机的情况下例如作为纸 辊而存在。根据本发明，从机器的耗能设备的、测定的消耗的电的有效功率中，测定了对于每 个处理的对象和/或每个处理步骤和/或每次运行处理程序，由机器消耗的电能和/或由 耗能设备分别消耗的电能。为此，在实施例的范畴中由控制单元1对机器的耗能设备的、测 定消耗的电的有效功率在时间t上，对于持续时间T求积分，各自的处理步骤或各自的处理 程序或对象的处理持续了该持续时间。W=I Pdt W:消耗的电能P 有效功率因此例如可以测定对于机器的每个处理的对象，由机器和/或由机器的单独的耗 能设备消耗的电能。在此需要说明的是，即在一定条件下在运行单独的处理程序的范畴中 也可以同时由机器处理多个对象，因此对于每个处理的对象的能量消耗和对于每次运行处 理程序出现的能量消耗可以具有不同的值。在实施例的范畴中，由机器8消耗的电能(机器的总能量消耗)和/或由耗能设备3a，3b, 3c和6分别消耗的电能立即在机器处在显示单元6上显示。因此机器8的操作 者可以立刻识别出，当例如利用处理程序V处理对象5时在能量上消耗了多少。通过操作 者对特定的处理步骤按顺序另外地进行设置或进行改变(只要这是可能的)，这样操作者 例如就可以随后修改处理程序V。因此例如可以利用相应更高的转速进行处理，从而消耗的 电的功率提高，但可以对此更快地进行相应的钻孔并且因此对于消耗电的功率的持续时间 T更小。随后操作者可以利用这样改变的可替换的处理程序重新进行处理过程并且在操作 单元6处观察，两个处理程序中的哪一个具有更少的能量消耗。然后未来可以始终应用这 个处理程序处理对象，该处理程序为了生产由管部件制成的特定的工件而需要最少的能量 消耗。这样可以对不同的可替换的处理程序进行测试，作为处理的结果，所有这些处理程序 都由特别预定的管部件生产出期望的工件。为了实现这种功能，由控制单元1将相关于处理程序的由机器消耗的电能和/或 由耗能设备分别消耗的电能存储在数据存储装置14中。相关于处理程序的存储在此在本 发明的范畴中意味着，由机器消耗的电能和/或由耗能设备分别消耗的电能这样地存储， 即当以后调用所存储的数据时可以确定，当运行哪一个处理程序时存储了电能，也就是说 存储的电能对应于哪一个处理程序。这样地存储的能量数据例如可以在数据库功能的范畴中进行分析并且通过连接 线路10传输至上一级的、收集和分析能量数据的分析单元9。随后在实施例的范畴中，将由耗能设备分别直接消耗的电能与至少一个之前所存 储的、当运行至少另一个同样也用于对至少一个对象的处理进行控制的处理程序时消耗的 电能相比较。这种比较例如可以由机器的操作者进行或也可以由机器自身、例如由控制单 元1自动地进行。随后，为了对至少一个对象的未来的处理进行控制，应用了那个处理程序，在该处 理程序中由机器消耗的电能和/或由耗能设备分别消耗的电能更低或者在存在多于一个 的单独的另外的处理程序的情况下最低。另外的处理程序通常是指可替换的处理程序，其 例如由特定的管部件生产出期望的工件，然而这借助于改变的处理步骤、处理技术或处理 参数实现。处理程序的选择或者可以手动地由操作单元6的操作者实现或者其可以由机器、 特别是由控制单元1自动地进行。单独的可替换的处理程序在此存储在数据存储器14中。在本发明的一个有利的设计方案的范畴中，由机器消耗的电能和/或由耗能设备 分别消耗的电能也存储在数据存储装置中，这些电能在机器没有进行处理的时间段中由机 器消耗。这样可以对例如在技术或组织故障的情况下或在制造过程的预期中断的情况下出 现的能量消耗一并加以考虑。此外优选也可能的是，测定了每日、每周和/或每月、和/或在一个工作班中和/ 或在一个选择的持续时间中消耗的机器的电能和/或耗能设备的电能。此外优选地监测由机器和/或由耗能设备消耗的电能是否超过或低于分别所属 的极限值。如果在实施例的范畴中低于或超过分别所属的极限值，则在操作单元上显示了 报警信息。超过极限值在此例如表明机器8的部件磨损，而低于极限值则表明发动机不再 正常运行。在此监测了一个针对超过的极限值和一个针对低于的极限值。这样也可以在一 个较长的时间段上识别出机器的出现的故障。
此外优选地将由机器和/或由各自的耗能设备消耗的电能与之前当运行同一个 处理程序时存储的、对应的消耗的电能相比较，并且监测是否超过测定的电能和之前存储 的电能之间允许的偏差。如果偏差超过预定的极限值，则在操作单元6上产生报警信息。在一定条件下也可以附加地或者替代报警信息在两种在前述的段落中提及的监 测的情况下阻止例如由控制单元1处理对象。在操作单元6上可以根据操作者的资格显示测定的电能的不同的详细强度。因此 例如可以为机器的一般的操作者显示基本信息以及为启动工程师和服务人员显示扩展的 详细信息。机器8和特别是控制单元1在实施例的范畴中具有网络接口，通过该网络接口可 以将这样测定的、用于进一步分析的能量数据传输至上一级的分析单元9。借助于上一级的 分析单元9可以随之对多个自动化机器参与的总生产流程、例如工厂的总生产流程，在尽 可能少的能量消耗的方向上进行优化。在此要说明的是，在本发明的范畴中，“自动化机器”这一概念不仅是指一个单独 的机器，而且也是指包括多个在组合中工作的单独的机器的生产线。
权利要求
1.一种用于运行自动化机器(8)的方法，其中由所述机器(8)进行的、对至少一个对 象(5)的处理利用处理程序(15)进行控制，其中所述处理包括至少一个处理步骤，其中所 述机器(8)具有多个电的耗能设备(3a，3b，3c，6)，其中测定了由所述耗能设备分别消耗的 电的有效功率，其中从所述机器(8)的所述耗能设备(3a，3b，3c，6)的、测定的消耗的所述 电的有效功率中，测定了对于每个处理的所述对象(5)和/或每个所述处理步骤和/或每 次运行所述处理程序(15)，由所述机器(8)消耗的电能和/或由所述耗能设备(3a，3b，3c， 6)分别消耗的电能。
2.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，监测由所述机器(8)消耗的 电能和/或由所述耗能设备(3a，3b，3c，6)分别消耗的电能是否超过或低于分别所属的极限值。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，存储相关于所述处理程序的 由所述机器⑶消耗的电能和/或由所述耗能设备(3a，3b，3c，6)分别消耗的电能。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将由所述机器(8)消耗的电能和/或由所 述耗能设备(3a，3b，3c，6)分别消耗的电能与之前当运行同一个所述处理程序(15)时存储 的、消耗的电能相比较，并且监测是否超过电能和之前存储的电能之间允许的偏差。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，将由所述机器(8)消耗的电能和/或 由所述耗能设备(3a，3b，3c，6)分别消耗的电能与至少一个之前存储的、当运行至少另一 个处理程序(15)时消耗的电能相比较。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，为了控制未来对至少一个所述对象的处 理，应用了所述处理程序(15)，在所述处理程序中由所述机器(8)消耗的电能和/或由所述 耗能设备(3a，3b，3c，6)分别消耗的电能更低或者在存在多于一个的单独的另外的处理程 序(15)的情况下最低。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据电的参数和/或机械的 参数和/或根据模型和/或通过对所述耗能设备(3a，3b，3c，6)的状态进行分析来测定由 所述耗能设备分别消耗的电的有效功率。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，存储了在所述机器(8)没有 进行处理的时间段中由所述机器(8)消耗的电能和/或由所述耗能设备(3a，3b，3c，6)分 别消耗的电能。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由所述机器(8)消耗的电能 和/或由所述耗能设备(3a，3b，3c，6)分别消耗的电能在所述机器(8)上显示。
10.一种用于运行自动化机器⑶的装置，其中由所述机器⑶进行的、对至少一个对 象(5)的处理可利用处理程序(15)控制，其中所述处理包括至少一个处理步骤，其中所述 机器(8)具有多个电的耗能设备，其中所述装置这样设计，即测定了由所述耗能设备(3a， 3b, 3c, 6)分别消耗的电的有效功率，和从所述机器(8)的所述耗能设备(3a, 3b, 3c, 6)的、 测定的消耗的所述电的有效功率中，测定了对于每个处理的所述对象(5)和/或每个所述 处理步骤和/或每次运行所述处理程序(15)，由所述机器(8)消耗的电能和/或由所述耗 能设备(3a, 3b, 3c, 6)分别消耗的电能。
全文摘要
本发明涉及一种用于运行自动化机器(8)的方法，其中由机器(8)进行的、对至少一个对象的处理利用处理程序(15)进行控制，其中处理包括至少一个处理步骤，其中机器(8)具有多个电的耗能设备(3a，3b，3c，6)，其中测定了由耗能设备分别消耗的电的有效功率，其中从机器(8)的耗能设备(3a，3b，3c，6)的、测定的消耗的电的有效功率中，测定了对于每个处理的对象和/或每个处理步骤和/或每次运行处理程序(15)，由机器(8)消耗的电能和/或由耗能设备(3a，3b，3c，6)分别消耗的电能。此外本发明还涉及一种相关的用于运行自动化机器(8)的装置。本发明能够实现能量高效地运行自动化机器(8)。
文档编号G01R22/06GK102121952SQ20101059309
公开日2011年7月13日 申请日期2010年12月16日 优先权日2009年12月17日
发明者约亨·布雷特施奈德, 迈克尔·克韦尔, 迈克尔·柯尼希 申请人:西门子公司