用于工業(yè)生產(chǎn)或制造設施的優(yōu)化操作的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)（1）和用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)（4）設置成通過與相應另一系統(tǒng)交互且相互交換調(diào)度信息并且通過在規(guī)劃相應調(diào)度期間考慮接收的調(diào)度信息而分別確定生產(chǎn)調(diào)度和能量供應調(diào)度。交互在相應調(diào)度的規(guī)劃期間的一種握手中執(zhí)行，其中兩個系統(tǒng)中的每個等待下一個迭代步驟直到另一系統(tǒng)交付它更新的調(diào)度。
【專利說明】用于工業(yè)生產(chǎn)或制造設施的優(yōu)化操作的系統(tǒng)和方法
[0001]說明
本發(fā)明涉及用于工業(yè)生產(chǎn)或制造設施的優(yōu)化操作的生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)，其包括生產(chǎn)調(diào)度單元，該生產(chǎn)調(diào)度單元設置成確定對于工業(yè)生產(chǎn)或制造設施的初始生產(chǎn)調(diào)度，并且涉及用于能量供應設施的能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)，其包括能量供應調(diào)度單元。本發(fā)明進一步涉及由生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)執(zhí)行的對應方法和用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)。
[0002]在現(xiàn)今的工業(yè)制造或生產(chǎn)設施中，通過應用所謂的生產(chǎn)管理系統(tǒng)而確保生產(chǎn)的優(yōu)化操作。術語“工業(yè)制造設施”因此指通過分立制造來生產(chǎn)其產(chǎn)品的那些企業(yè)，其中這些產(chǎn)品例如是玩具、汽車、工具、醫(yī)療設備、計算機或移動電話。術語“工業(yè)生產(chǎn)設施”用于這樣的企業(yè)，其屬于應用連續(xù)生產(chǎn)過程來生產(chǎn)例如金屬、紙張、塑料、化學品、醫(yī)藥品、食物和飲料的過程工業(yè)。在下面，術語制造和生產(chǎn)用作同義詞。
[0003]生產(chǎn)管理系統(tǒng)(也稱為制造智能系統(tǒng))通常對生產(chǎn)廠的操作方提供關于不同優(yōu)化目標(例如資源效率、反應時間和產(chǎn)品質量)來優(yōu)化工廠操作的可能性。具有優(yōu)化功能性的已知生產(chǎn)管理系統(tǒng)是例如ABB的協(xié)作生產(chǎn)管理(CPM)方案。
[0004]未來，資源效率的特定優(yōu)化目標將變得越來越重要，特別是關于能量效率方面。因此，關于最小化能量需求或可用能源的最佳使用而優(yōu)化制造過程的方面越來越成為焦點。
[0005]在WO 03/056480 A2中，公開用于生產(chǎn)過程的動態(tài)、基于模型的規(guī)劃和優(yōu)化的系統(tǒng)。其中，在第一步驟，第一生產(chǎn)規(guī)劃基于關于可用資源(其包括原材料和能源)的信息而自動產(chǎn)生。該第一生產(chǎn)規(guī)劃在第二步驟關于生產(chǎn)目標而優(yōu)化。在可用資源的未預期變化的情況下，優(yōu)化生產(chǎn)規(guī)劃然后可適應于這些變化。
[0006]也就是說，WO 03/056480 A2的生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)在產(chǎn)生第一生產(chǎn)規(guī)劃(其是非優(yōu)化長期生產(chǎn)規(guī)劃)時使用關于預期可用能源的信息。在在該長期規(guī)劃隨后關于生產(chǎn)目標而優(yōu)化后，生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)僅對狀態(tài)信息作出反應并且在出現(xiàn)未預期的變化的情況下相應適應性地修改短期生產(chǎn)規(guī)劃。這樣的短期重新規(guī)劃因為可用于對未預期改變作出反應的極少時間不容許對于最佳響應所必需的所有適應性修改而通常是次優(yōu)的。因此，生產(chǎn)率減小。
[0007]使生產(chǎn)規(guī)劃適應于能源(energy resource)可用性的問題也在PCT/EP2011/004954中處理。其中，提出增加利用可再生能源的觀點，這導致與可用能量的量的日益增加的時間依賴性的變化所關聯(lián)的所謂的智能網(wǎng)的當前可觀察的擴展。在P C T /EP2011/004954中，生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)關于兩個目標來優(yōu)化生產(chǎn)規(guī)劃:能量的可用性和能量消耗。這采用協(xié)調(diào)的方式進行。之后關于總優(yōu)化目標來評價兩個優(yōu)化結果。
[0008]在能量供應方的一方，可用能量的量的變化的問題采用不同的方式來處理。對于在觀察到能量短缺時的那些時期的一個方案是例如通知客戶關于電消耗閾值并且通過如果在給定時期期間未遵循閾值則中斷對客戶的供電來實施該閾值，如在WO 2009/063397 A2中描述的。在關于客戶方的生產(chǎn)或制造設施的情況下，該方法導致在能量短缺時間期間不希望的生產(chǎn)下降或甚至停止，從而導致產(chǎn)量和設施的生產(chǎn)率下降。
[0009]另一個方案是使用由能量消費方交付的消耗預測使得能量供應方可在生產(chǎn)要求的能量之前規(guī)劃以適應于這些預測，其中通過開啟或切斷適合數(shù)量的電廠而改變能量生產(chǎn)。這例如在 ABB Review 3/2005 由 Jaakko Junttila 和 Marja-Liisa Parkkinen 的“Networking”中描述。在文章中，提出的能量供應方同時是生產(chǎn)現(xiàn)場打印紙張的操作方。能量消耗預測從如由生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)規(guī)劃的生產(chǎn)級別和速率得到。在下一個步驟，能源選擇成與隨時間變化的能量消耗匹配，并且在可用內(nèi)部能量的量不充足的情況下，從外部供應方購買能量。另一方面，向外部合作方銷售任何過剩能量。
[0010]本發(fā)明的目的是改進用于關于能源可用性來管理和優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)或制造設施的操作的已知系統(tǒng)和方法。
[0011]該目的由根據(jù)獨立權利要求的用于工業(yè)生產(chǎn)或制造設施的優(yōu)化操作的生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)和用于能量供應設施的能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)以及對應方法來實現(xiàn)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)和用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)的主要特征是兩者都設置成通過與相應的另一系統(tǒng)交互且相互交換調(diào)度信息并且通過在規(guī)劃相應調(diào)度期間考慮接收的調(diào)度信息而分別確定生產(chǎn)調(diào)度和能量供應調(diào)度。
[0013]本發(fā)明還涵蓋由生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)和用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)執(zhí)行的對應方法。
[0014]術語“生產(chǎn)調(diào)度”在這里用于時間依賴性的規(guī)劃或時間表，其至少限定何時、什么種類和多少量的資源、人員和設備要在工業(yè)生產(chǎn)或制造設施的操作中使用。另外，它可以進一步例如關于資源、人員和設備要采用什么方式被使用來進行規(guī)定。
[0015]術語“能量供應調(diào)度”用于時間依賴性的規(guī)劃或時間表，其至少限定何時、什么種類和多少量的能量可用于工業(yè)生產(chǎn)或制造設施。它可進一步限定能量類型或能量所來自的源的類型以及在哪些條件下能量的量例如對于什么價格可用。
[0016]兩個類型的調(diào)度都涵蓋未來的一段時期，其處于提前幾天多至幾周(最大6周)之間的中期范圍中或一至幾個月(最大6個月)之間的長期范圍中。
[0017]術語“能量”主要用于電力，但也涵蓋經(jīng)由供應線路交付給生產(chǎn)現(xiàn)場并且準備直接使用而沒有到另一個能量形式(例如蒸汽或加熱的水)的任何變換的額外類型的能量。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)包括外部通信接口單元，其設置成連接到用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)。該外部通信接口單元設置成將初始生產(chǎn)調(diào)度和/或從初始生產(chǎn)調(diào)度得到的初始能量需求數(shù)據(jù)傳送到用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)并且從用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)接收初始能量供應調(diào)度，其包含反映經(jīng)由至少一個能量供應線路可用于工業(yè)生產(chǎn)或制造設施的能量的時間依賴性的充足和/或短缺的信息。生產(chǎn)調(diào)度單元(其屬于生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng))設置成至少基于初始生產(chǎn)調(diào)度和初始能量供應調(diào)度通過重新調(diào)度至少一個生產(chǎn)過程使得至少一個生產(chǎn)過程的能量需求至少在可用能量不足或處于平均供應的時期期間被減少來確定適應的生產(chǎn)調(diào)度。此外，外部通信接口單元設置成將適應的生產(chǎn)調(diào)度和/或從適應的生產(chǎn)調(diào)度得到的適應的能量需求數(shù)據(jù)傳送到用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)；并且內(nèi)部接口單元設置成將適應的生產(chǎn)調(diào)度傳送到控制系統(tǒng)用于根據(jù)適應的生產(chǎn)調(diào)度來控制工業(yè)生產(chǎn)或制造設施的操作。
[0019]在調(diào)度交互的另一方，用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)包括外部通信接口單元，其設置成連接到生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)。該外部通信接口單元設置成從生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)接收初始生產(chǎn)調(diào)度和/或初始能量需求數(shù)據(jù)。屬于用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)的能量供應調(diào)度單元設置成至少基于初始生產(chǎn)調(diào)度和/或初始能量需求數(shù)據(jù)來確定初始能量供應調(diào)度，其反映對至少一個能量供應線路的能量的預期時間依賴性的進給，其中工業(yè)生產(chǎn)或制造設施連接到該至少一個能量供應線路。外部通信接口單元設置成將初始能量供應調(diào)度傳送到生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)并且從生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)接收適應的生產(chǎn)調(diào)度和/或適應的能量需求數(shù)據(jù)。能量供應調(diào)度單元進一步設置成至少基于初始能量供應調(diào)度和適應的生產(chǎn)調(diào)度和/或適應的能量需求數(shù)據(jù)來確定適應的能量供應調(diào)度；并且內(nèi)部通信接口單元設置成將適應的能量供應調(diào)度傳送到控制系統(tǒng)用于根據(jù)適應的能量供應調(diào)度來控制能量供應設施的操作。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)通過與彼此的交互而產(chǎn)生它們相應的中期或長期調(diào)度，S卩，生產(chǎn)調(diào)度在它未調(diào)整到能量供應調(diào)度之前不認為是做好準備的，該生產(chǎn)調(diào)度本身在它未調(diào)整到至少初始生產(chǎn)調(diào)度之前未被發(fā)出并且在它未調(diào)整到調(diào)整的生產(chǎn)調(diào)度之前不認為是做好準備的。也就是說，生產(chǎn)廠未簡單地告知能量供應方工廠將因為生產(chǎn)規(guī)劃而需要多少能量，能量供應方也沒有簡單地告知生產(chǎn)廠它將得到多少能量，而相反，兩個參與方進行交互來以由能量供應方提供的最佳能量混合地產(chǎn)生最佳生產(chǎn)規(guī)劃。
[0021]這樣，能量需求和能量供應的時間表采用優(yōu)化的方式匹配，由此確保工業(yè)生產(chǎn)或制造設施在優(yōu)化生產(chǎn)水平的操作同時使對安裝額外能量備用或能量存儲裝置的必要性最小化。此外，能量分布網(wǎng)由于最佳調(diào)整的能量需求而穩(wěn)定并且能量供應設施的操作因為關于開啟或切斷備用電廠的干預數(shù)量減少而簡化。
[0022]在生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)的實施例中，生產(chǎn)調(diào)度單元設置成重新調(diào)度至少一個生產(chǎn)過程使得至少一個生產(chǎn)過程的能量需求僅在可用能量未處于不足供應的時期期間增加。優(yōu)選地，能量需求增加的該時期是可用能量處于充足供應的時期。
[0023]術語重新調(diào)度用于描述在至少一個生產(chǎn)過程的規(guī)劃期間創(chuàng)建的時間表被改變使得生產(chǎn)過程的能量需求盡可能緊密地適應于能量的可用性。采用它最簡單的形式，重新調(diào)度可以通過使整個生產(chǎn)過程從具有低能量可用性的時期移到具有高能量可用性的時期或也就是說通過只重新設置總生產(chǎn)過程的一個時間表而實現(xiàn)。但優(yōu)選地，重新調(diào)度是先進得多的功能，其重新規(guī)劃屬于生產(chǎn)設備的部分和子過程的使用、操作模式和互操作的個體和多個時間表。重新調(diào)度的第一目標是使很少或平均量的能量可用的時期期間的能量需求減小。在最佳情況下，該目標在不必增加其他時期期間的能量需求的情況下實現(xiàn)。如果這是不可能的，重新調(diào)度的第二目標是僅使可用能量未處于不足供應的時期期間的能量需求增加，即一個低能量或平均能量時期期間的減小不應由另一個低能量時間期間的增加來補償。相反，增加僅在能量可用性至少處于平均水平的時間期間被允許。
[0024]從能量供應設施的角度來看，對高能量時間(也叫作可用能量處于充足供應的時期)規(guī)劃能量需求的增加，這將是優(yōu)選的。然而，在某些情形中，例如在這些時期相隔相當大的時期時或在必須滿足最后期限時，使至少一個生產(chǎn)過程的能量需求僅移到具有正?；蚱骄芰靠捎眯缘臅r期，這對于生產(chǎn)或制造設施可是有利的。這也是可接受的，因為能量供應設施然后將在下一個迭代步驟中獲得了相應地適應性修改它的能量供應調(diào)度的機會。
[0025]有利地，能量密集型生產(chǎn)過程因為它們對能量需要改變的影響是最高的而首先被重新調(diào)度。
[0026]在生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)的另外的實施例中，外部通信接口適應于從用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)接收適應的能量供應調(diào)度，生產(chǎn)調(diào)度單元設置成至少基于適應的能量供應調(diào)度和適應的生產(chǎn)調(diào)度來確定另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度，外部通信接口單元設置成將另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度和/或從另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度得到的另外的適應的能量需求數(shù)據(jù)傳送到用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)，并且內(nèi)部接口單元設置成將另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度傳送到控制系統(tǒng)用于根據(jù)另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度來控制工業(yè)生產(chǎn)或制造設施的操作。
[0027]這意指，生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)與用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)之間的交互如果被認為是必要或在達到最佳之前則在雙方上不限于僅一個迭代而可以達到多個迭代。例如，可以限定繼續(xù)迭代直到下一個迭代步驟在雙方上未在所得的調(diào)度中產(chǎn)生進一步的改進或直到天氣預測認為是足夠可靠的。
[0028]另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度可在不僅考慮之前的迭代的結果而且還考慮更之前的迭代的結果(例如初始生產(chǎn)調(diào)度和初始能量供應調(diào)度)的情況下確定。
[0029]關于用于能量規(guī)劃的系統(tǒng)，對于進一步的迭代的實施例包括這些特征:外部通信接口設置成將適應的能量供應調(diào)度傳送到生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)并且從生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)接收另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度和/或另外的適應的能量需求數(shù)據(jù)，能量供應調(diào)度單元設置成至少基于適應的能量供應調(diào)度和另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度和/或能量需求數(shù)據(jù)來確定另外的適應的能量供應調(diào)度，并且內(nèi)部通信接口單元設置成將另外的適應的能量供應調(diào)度傳送到控制系統(tǒng)用于根據(jù)另外的適應的能量供應調(diào)度來控制能量供應設施的操作。
[0030]在生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)的甚至另外的實施例中，生產(chǎn)調(diào)度單元設置成至少基于生產(chǎn)的所需輸出的調(diào)度來確定初始生產(chǎn)調(diào)度，其中術語“所需輸出”意指需要在未來規(guī)定時間點完成的某一產(chǎn)品或某些產(chǎn)品的量。
[0031]在交互循環(huán)的另一方上，能量供應調(diào)度單元優(yōu)選地設置成通過進一步考慮對能源可用性的預測(特別地，天氣預測)而確定初始能量供應調(diào)度。天氣預測是有用的，以便預測例如風、太陽或水等可再生能源的可用性。對于能源可用性的其他可能預測可以例如是對于要交付給屬于能量供應設施的電廠的化石能量載體(像煤、石油和天然氣)的交付規(guī)劃。
[0032]在生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)的一個實施例中，外部通信接口設置成接收關于能量供應設施的狀態(tài)和/或初始或適應的能量供應調(diào)度中的非預期改變的信息，生產(chǎn)調(diào)度單元設置成至少基于適應或另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度并且通過考慮狀態(tài)和/或非預期改變而確定特設生產(chǎn)調(diào)度，并且內(nèi)部接口單元設置成將該特設生產(chǎn)調(diào)度傳送到控制系統(tǒng)用于根據(jù)特設生產(chǎn)調(diào)度來控制工業(yè)生產(chǎn)或制造設施的操作。
[0033]該實施例考慮能量供應中的計劃外的變化(例如由于斷電或故障而引起的)并且相應地適應性修改生產(chǎn)調(diào)度。特設生產(chǎn)調(diào)度是在未來僅幾小時多至幾天的時間范圍的短期生產(chǎn)調(diào)度，即關于時間，它與規(guī)則的中期或長期生產(chǎn)調(diào)度形成對比。
[0034]在生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)的再另外的實施例中，生產(chǎn)調(diào)度單元設置成通過進一步考慮工業(yè)生產(chǎn)或制造設施的預定義容量利用、能量效率、輸出質量和產(chǎn)量時間中的至少一個而確定初始、適應的和/或另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度。
[0035]能量供應設施的一個實施例包含這樣的控制系統(tǒng)，其適用于控制能量供應設施的操作使得至少一個發(fā)電單元被開啟或切斷和/或特定能量的量朝至少一個能量供應線路或遠離它而弓I導。該至少一個發(fā)電單元優(yōu)選地是所謂的備用電廠，其通常是具有適度的傾斜上升(ramp-up)和/或關閉時間的工廠，例如火電廠。在更廣泛的意義上，它還可以是使來自能量存儲裝置的能量耦合于能量供應網(wǎng)的單元。
[0036]在生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)僅將生產(chǎn)調(diào)度傳送到能量供應設施的情況下，能量供應調(diào)度單元設置成分別從初始、適應的和/或另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度得到初始、適應的和/或另外的適應的能量需求數(shù)據(jù)。在該情況下，能量供應調(diào)度單元被提供有涉及生產(chǎn)或制造設施的另外的預定義信息(例如關于生產(chǎn)設備的能量使用或能量效率)。
[0037]在能量供應設施的另外的實施例中，能量供應調(diào)度單元設置成通過進一步考慮不同能源的預定義混合物、存儲的能量的量、可用能量存儲容量、至少一個發(fā)電單元的傾斜上升和關閉時間中的至少一個而確定初始、適應的和/或另外的適應的能量供應調(diào)度。
[0038]一般，本發(fā)明對于屬于能量密集型工業(yè)部門(特別地屬于金屬加工)的工業(yè)生產(chǎn)或制造設施特別有利。在金屬加工中，能量需求可以通過改變?nèi)蹱t(例如電弧爐或氧氣頂吹轉爐)的操作時間和/或模式而明顯變化。對于這樣的熔爐，最能量密集的操作模式是傾斜上升和傾斜下降。這是通常應用約束的原因，即采用時移的方式操作在一個金屬生產(chǎn)設施中使用的多個熔爐，其中熔爐中的僅一些同時被操作。由于本發(fā)明，解除該約束并且使同時操作的熔爐的數(shù)量與可用能量的量直接聯(lián)系起來變得可能。
[0039]除此外，能量供應設施屬于與工業(yè)生產(chǎn)或制造設施相同的企業(yè)或屬于獨立能量供應公司，這是可能的。尤其是，來自能量密集型工業(yè)部門的生產(chǎn)廠通常具有它們自己的發(fā)電廠以便覆蓋相當大且不均勻出現(xiàn)的相當大的能量需求。這些工廠在地理上可處于接近彼此并且通常由相同的公司運營使得根據(jù)本發(fā)明的交互的實現(xiàn)將尤其可行。
[0040]在電廠屬于生產(chǎn)廠的情況下，至少一個能量供應線路可以是能量供應設施與工業(yè)生產(chǎn)或制造設施之間的直通線路。否則，它還可屬于能量分布網(wǎng)。
[0041]本發(fā)明和它的實施例將從示例和在下文描述的它的實施例連同附圖而變得明顯，這些附圖圖示:
圖1是彼此交互的生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)和用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)的框圖，
圖2是由生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)執(zhí)行的方法的流程圖，
圖3是由用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)執(zhí)行的方法的流程圖。
[0042]圖1示出工業(yè)生產(chǎn)設施2，其包括生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)1、控制系統(tǒng)CONTRl和生產(chǎn)設備PR0D，其的操作由控制系統(tǒng)CONTRl控制。工業(yè)生產(chǎn)設施2特別地是金屬加工廠，并且生產(chǎn)設備PROD除其他外還包括三個能量密集型電弧爐。生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)I包含生產(chǎn)調(diào)度單元SCHEDl、內(nèi)部通信接口 C0M1、外部通信接口 COM2和數(shù)據(jù)存儲單元DBl。在生產(chǎn)調(diào)度單元SCHEDl中包含的所有元件經(jīng)由塊箭頭指示的內(nèi)部通信線路而交換數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以由內(nèi)部通信接口 COMl經(jīng)由數(shù)據(jù)通信線路7而傳送到控制系統(tǒng)CONTRl。控制系統(tǒng)CONTRl經(jīng)由通信線路8向生產(chǎn)設備PROD發(fā)送致動信息并且從生產(chǎn)設備PROD接收測量和/或狀態(tài)信息。
[0043]在圖1中，進一步看到，能量供應設施3包括用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)4、控制系統(tǒng)C0NTR2以及能量產(chǎn)生和供應設備ENG (其操作由控制系統(tǒng)C0NTR2控制)。該用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)4包含能量供應調(diào)度單元SCHED2、內(nèi)部通信接口 COM3、外部通信接口 COM4以及數(shù)據(jù)存儲單元DB2。在能量供應調(diào)度單元SCHED2中包含的所有元件經(jīng)由塊箭頭指示的內(nèi)部通信線路來交換數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以經(jīng)由數(shù)據(jù)通信線路9由內(nèi)部通信接口 COM3傳送到控制系統(tǒng)C0NTR2?？刂葡到y(tǒng)C0NTR2經(jīng)由通信線路10發(fā)送致動信息給能量產(chǎn)生和供應設備ENG以及從其中接收測量和/或狀態(tài)信息。能量產(chǎn)生和供應設備ENG經(jīng)由能量供應線路6向生產(chǎn)設備PROD傳遞能量，該能量供應線路6可以屬于能量分布網(wǎng)絡。
[0044]根據(jù)本發(fā)明，通信鏈路5處于生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)I和用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)4之間以分別用于交換生產(chǎn)和能量供應調(diào)度。該通信鏈路5例如可以是無線或導線束數(shù)據(jù)通信線路或網(wǎng)絡，或它可以經(jīng)由公共能訪問的數(shù)據(jù)庫而建立。
[0045]對于生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)I與用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)4之間的交互的示例現(xiàn)在關于在圖2和3中示出的方法而解釋。
[0046]在圖2中，示出這樣的方法，其由生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)I執(zhí)行，并且在圖3中示出這樣的方法，其由用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)4與圖2的方法并發(fā)地執(zhí)行。
[0047]首先，初始生產(chǎn)調(diào)度Sched_P_ini由生產(chǎn)調(diào)度單元SCHEDl作為函數(shù)f而確定，該函數(shù)f至少取決于請求的生產(chǎn)的時間依賴性輸出，其中對提前兩周的時期規(guī)劃生產(chǎn)。然后，外部通信接口單元COM2經(jīng)由通信鏈路5將初始生產(chǎn)調(diào)度Sched_P_ini傳送到用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)4，并且在那里特別地通向接收該初始生產(chǎn)調(diào)度Sched_P_ini的外部通信接口單元COM4 (圖3的第一步驟)。能量供應調(diào)度單元SCHED2然后從初始生產(chǎn)調(diào)度Sched_P_ini和另外的關于生產(chǎn)設備PROD的能量使用的信息data_Prod得到初始能量需求數(shù)據(jù)Dmd_ini作為函數(shù)g的時間依賴性的結果。
[0048]在下一個步驟中，能量供應調(diào)度單元SCHED2經(jīng)由優(yōu)化函數(shù)h從關于未來天氣將像什么的時間依賴性的信息(即，天氣預測信息)并且從初始能量需求數(shù)據(jù)Dmd_ini確定初始能量供應調(diào)度Sched_E_ini，其中該優(yōu)化函數(shù)h考慮能量存儲裝置的可能使用以便使高能量需求的時期與可以供應足夠能量的時期匹配，即使在不同時期天氣預測預示可再生能源(例如風或太陽)的可用性也如此。該初始能量供應調(diào)度Sched_E_ini然后由外部通信接口單元COM4經(jīng)由通信鏈路5發(fā)送到接收該初始能量調(diào)度Sched_E_ini的生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)的外部通信接口單元COM2。
[0049]之后，生產(chǎn)調(diào)度單元SCHEDl通過使用優(yōu)化函數(shù)k而使初始生產(chǎn)Sched_P_ini適應于在能量供應調(diào)度Sched_E_ini中包含的時間依賴性的能量可用性信息，其中該優(yōu)化函數(shù)k重新調(diào)度能量密集型生產(chǎn)過程，在該示例中重新調(diào)度電弧爐的使用使得能量需求在能量處于不足供應的時期期間減小并且在能量處于充足供應的時期期間增加，只要金屬加工廠的生產(chǎn)率未受到負面影響即可。否則，推移(shifting)僅在能量處于平均供應的時期之后執(zhí)行。優(yōu)化函數(shù)k的輸出是適應的生產(chǎn)調(diào)度Sched_P_adl，其發(fā)送到外部通信接口 COM4。
[0050]能量供應調(diào)度單元SCHED2使用上文描述的函數(shù)g而從適應的生產(chǎn)調(diào)度Sched_P_adl再次得到對應的能量需求數(shù)據(jù)。結果(其是適應的能量需求數(shù)據(jù))然后連同初始能量供應調(diào)度Sched_E_ini —起被輸入優(yōu)化函數(shù)m，其通過試圖使能量供應設施的生產(chǎn)率保持最高可能水平而再次試圖使能量需求與能量供應匹配。優(yōu)化函數(shù)m的輸出是適應的能量供應調(diào)度Sched_E_adl，其經(jīng)由外部通信接口 COM4和COM2發(fā)送回到生產(chǎn)調(diào)度單元SCHED1。
[0051]生產(chǎn)調(diào)度單元SCHEDl再次進行生產(chǎn)調(diào)度和能量供應調(diào)度，這次是在它們的適應版本Sched_P_adl和Sched_E_adl中，并且應用優(yōu)化函數(shù)k以便進一步優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度。結果是另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度Sched_P_ad2。
[0052]迭代數(shù)量在該示例中局限于兩個。因此，另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度Sched_P_ad2被認為是最后的一個，使得它不僅被發(fā)出到能量供應調(diào)度單元SCHED2而且還由內(nèi)部通信接口 COMl經(jīng)由數(shù)據(jù)通信線路7發(fā)送到控制系統(tǒng)C0NT1，其使用該另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度Sched_P_ad2來相應地控制生產(chǎn)設備PROD的操作并且特別地控制電弧爐的操作。
[0053]在能量供應調(diào)度單元SCHED2中，利用另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度Sched_P_ad2執(zhí)行與在之前利用適應的生產(chǎn)調(diào)度Sched_P_adl相同的步驟，即另外的適應的能量需求數(shù)據(jù)Dmd_ad2使用函數(shù)g得到并且另外的適應的能量供應調(diào)度Sched_E_ad2通過應用優(yōu)化函數(shù)h而確定。另外的適應的能量供應調(diào)度Sched_E_ad2然后由內(nèi)部通信接口 COM2經(jīng)由數(shù)據(jù)通信線路9而傳送到控制系統(tǒng)9，在控制系統(tǒng)9中，它用作用于控制能量產(chǎn)生和供應設備ENG的操作的基礎以便經(jīng)由能量供應線路6將如在預示時間點規(guī)劃的能量的量供應給生產(chǎn)設備PROD。
[0054]如可以從圖2和3理解的，生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)I和用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)4通過在規(guī)劃它們相應的調(diào)度期間執(zhí)行一種握手而交互，其中兩個系統(tǒng)中的每個等待下一個迭代步驟直到另一系統(tǒng)交付它更新的調(diào)度。
【權利要求】
1.用于工業(yè)生產(chǎn)或制造設施(2)的優(yōu)化操作的生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)(1)，其包括: ?生產(chǎn)調(diào)度單元(SCHED1)，其設置成確定對于所述工業(yè)生產(chǎn)或制造設施(2)的初始生產(chǎn)調(diào)度(Sched_P_ini)， ?內(nèi)部通信接口單元(C0M1)，其設置成連接到所述工業(yè)生產(chǎn)或制造設施的控制系統(tǒng)(CONTRl)， 其特征在于 ?所述生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)(I)包括外部通信接口單元(COM2)，其設置成連接到用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)(4)， ?所述外部通信接口單元(COM2)設置成將所述初始生產(chǎn)調(diào)度(Sched_P_ini)和/或從所述初始生產(chǎn)調(diào)度得到的初始能量需求數(shù)據(jù)傳送到用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)(4)， ?所述外部通信接口單元(COM2)設置成從所述用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)接收初始能量供應調(diào)度(Sched_E_ini)，其包含反映經(jīng)由至少一個能量供應線路(6)對所述工業(yè)生產(chǎn)或制造設施(2)可用的能量的時間依賴性的充足和/或短缺的信息， ?所述生產(chǎn)調(diào)度單元(SCHEDl)設置成至少基于所述初始生產(chǎn)調(diào)度和所述初始能量供應調(diào)度通過重新調(diào)度至少一個生產(chǎn)過程使得所述至少一個生產(chǎn)過程的能量需求在可用能量處于不足或平均供應的時期期間減少而確定適應的生產(chǎn)調(diào)度(Sched_P_adl)， ?所述外部通信接口單元(COM2)設置成將適應的生產(chǎn)調(diào)度(Sched_P_adl)和/或從所述適應的生產(chǎn)調(diào)度得到的 適應的能量需求數(shù)據(jù)傳送到所述用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)(4)，以及 ?所述內(nèi)部通信接口單元(COMl)設置成將所述適應的生產(chǎn)調(diào)度傳送到所述控制系統(tǒng)(CONTRl)用于根據(jù)所述適應的生產(chǎn)調(diào)度(Sched_P_adl)來控制所述工業(yè)生產(chǎn)或制造設施(2)的操作。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述生產(chǎn)調(diào)度單元設置成重新調(diào)度所述至少一個生產(chǎn)過程使得所述至少一個生產(chǎn)過程的能量需求在可用能量未處于不足供應的時期期間增加。
3.如權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中 ?所述外部通信接口(COM2)適用于從用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)(2)接收適應的能量供應調(diào)度(Sched_E_adl)， ?所述生產(chǎn)調(diào)度單元(SCHEDl)設置成至少基于所述適應的能量供應調(diào)度(Sched_E_adl)和所述適應的生產(chǎn)調(diào)度(Sched_P_adl)來確定另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度(Sched_P_ad2), ?所述外部通信接口單元(COM2)設置成將所述另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度(Sched_P_ad2)和/或從所述另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度得到的另外的適應的能量需求數(shù)據(jù)傳送到所述用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)(4)，以及 ?所述內(nèi)部通信接口單元(COMl)設置成將所述另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度傳送到所述控制系統(tǒng)(CONTRl)用于根據(jù)所述另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度(Sched_P_ad2)來控制所述工業(yè)生產(chǎn)或制造設施(2)的操作。
4.如權利要求1-3中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述生產(chǎn)調(diào)度單元設置成至少基于生產(chǎn)的所需輸出的調(diào)度而確定所述初始生產(chǎn)調(diào)度(Sched_P_ini )。
5.如權利要求1-4中的任一項所述的系統(tǒng)，其中 ?所述外部通信接口(COM2)設置成接收關于所述能量供應設施的狀態(tài)和/或初始或適應的能量供應調(diào)度中的未預期改變的信息， ?所述生產(chǎn)調(diào)度單元(SCHEDl)設置成至少基于適應的或另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度并且通過考慮所述狀態(tài)和/或未預期改變而確定特設生產(chǎn)調(diào)度，以及 ?所述內(nèi)部通信接口單元(COMl)設置成將所述特設生產(chǎn)調(diào)度傳送到所述控制系統(tǒng)用于根據(jù)所述特設生產(chǎn)調(diào)度來控制所述工業(yè)生產(chǎn)或制造設施的操作。
6.如權利要求1-5中的任一項所述的系統(tǒng)，其中所述生產(chǎn)調(diào)度單元(SCHEDl)設置成通過進一步考慮所述工業(yè)生產(chǎn)或制造設施的預定義容量利用、能量效率、輸出質量和產(chǎn)量時間中的至少一個而確定初始、適應的和/或另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度。
7.用于能量供應設施(3)的能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)(4)，其包括: ?能量供應調(diào)度單元(SCHED2)， ?內(nèi)部通信接口單元(COM3)，其設置成連接到所述能量供應設施的控制系統(tǒng)(C0NTR2), 其特征在于 ?所述系統(tǒng)包括外部通信接口單元(COM4)，其設置成連接到生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)(I)用于工業(yè)生產(chǎn)或制造設施(2)的優(yōu)化操作， ?所述外部通信接口單元(COM4)設置成從所述生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)接收初始生產(chǎn)調(diào)度(Sched_P_ini)和/或初始能量需求數(shù)據(jù)， ?所述能量供應調(diào)度單元(SCHED2)設置成至少基于所述初始生產(chǎn)調(diào)度和/或所述初始能量需求數(shù)據(jù)(Dmd_ini)來確定初始能量供應調(diào)度(Sched_E_ini ),其反映能量到至少一個能量供應線路(6)的預期時間依賴性的進給，其中所述工業(yè)生產(chǎn)或制造設施(2)連接到所述至少一個能量供應線路(6 )， ?所述外部通信接口單元(COM4)設置成將所述初始能量供應調(diào)度(Sched_E_ini)傳送到所述生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)(I)并且從所述生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)接收適應的生產(chǎn)調(diào)度(Sched_P_adl)和/或適應的能量需求數(shù)據(jù)， ?所述能量供應調(diào)度單元(SCHED2 )設置成至少基于所述初始能量供應調(diào)度和所述適應的生產(chǎn)調(diào)度和/或所述適應的能量需求數(shù)據(jù)而確定適應的能量供應調(diào)度(Sched_E_adl)，以及 ?所述內(nèi)部通信接口單元(COM3 )設置成將所述適應的能量供應調(diào)度傳送到所述控制系統(tǒng)(C0NTR2)用于根據(jù)所述適應的能量供應調(diào)度(Sched_E_adl)來控制所述能量供應設施的操作。
8.如權利要求7所述的系統(tǒng)，其中 ?所述外部通信接口(COM4)設置成將所述適應的能量供應調(diào)度(Sched_E_adl)傳送到所述生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)(I)并且從所述生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)(I)接收另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度(Sched_P_ad2)和/或另外的適應的能量需求數(shù)據(jù)， ?所述能量供應調(diào)度單元(SCHED2)設置成至少基于所述適應的能量供應調(diào)度和所述另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度和/或能量需求數(shù)據(jù)而確定另外的適應的能量供應調(diào)度(Sched_E_ad2)，以及?所述內(nèi)部通信接口單元(COM3 )設置成將所述另外的適應的能量供應調(diào)度傳送到所述控制系統(tǒng)(C0NTR2)用于根據(jù)所述另外的適應的能量供應調(diào)度(Sched_E_ad2)來控制所述能量供應設施(3)的操作。
9.如權利要求7或8所述的系統(tǒng)，其中所述能量供應調(diào)度單元(SCHED2)設置成通過進一步考慮對能源可用性的預測、特別地天氣預測而確定所述初始能量供應調(diào)度(Sched_E_ini)。
10.如權利要求7-9中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)(CONTR2)適用于控制所述能量供應設施(3)的操作使得至少一個發(fā)電單元被啟用或切斷和/或特定能量的量朝所述至少一個能量供應線路(6)或遠離所述至少一個能量供應線路(6)而引導。
11.如權利要求7-10中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述能量供應調(diào)度單元(SCHED2)設置成分別從所述初始、適應的和/或另外的適應的生產(chǎn)調(diào)度得到初始、適應的和/或另外的適應的能量需求數(shù)據(jù)(Dmd_in1、Dmd_adl、Dmd_ad2)。
12.如權利要求7-11中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述能量供應調(diào)度單元(SCHED2)設置成通過進一步考慮不同能源的預定義混合物、存儲能量的量、可用能量存儲容量、至少一個發(fā)電單元的傾斜上升和關閉時間中 的至少一個而確定所述初始、適應的和/或另外的適應的能量供應調(diào)度。
13.如權利要求1-13中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述生產(chǎn)調(diào)度和所述能量供應調(diào)度或多個能量供應調(diào)度涵蓋在未來提前幾天多至幾個月的時期。
14.如權利要求1-14中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述工業(yè)生產(chǎn)或制造設施(2)屬于能量密集型工業(yè)部門，特別地屬于金屬加工。
15.如權利要求1-15中的任一項所述的系統(tǒng)，其中所述能量供應設施(3)屬于與所述工業(yè)生產(chǎn)或制造設施(2 )相同的企業(yè)或屬于獨立能量供應公司。
16.如權利要求1-16中的任一項所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個能量供應線路(6)是所述能量供應設施(3)與所述工業(yè)生產(chǎn)或制造設施(2)之間的直通線路或屬于能量分布網(wǎng)絡。
17.用于工業(yè)生產(chǎn)或制造設施的優(yōu)化操作的方法，其中確定對于所述工業(yè)生產(chǎn)或制造設施的初始生產(chǎn)調(diào)度，其特征在于以下步驟: ?建立通向用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)的通信連接， ?將所述初始生產(chǎn)調(diào)度和/或從所述初始生產(chǎn)調(diào)度得到的初始能量需求數(shù)據(jù)傳送到所述用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)， ?從所述用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)接收初始能量供應調(diào)度，其包含反映經(jīng)由至少一個能量供應線路對所述工業(yè)生產(chǎn)或制造設施可用的能量的時間依賴性的充足和/或短缺的信息， ?至少基于所述初始生產(chǎn)調(diào)度和所述初始能量供應調(diào)度通過重新調(diào)度至少一個生產(chǎn)過程使得所述至少一個生產(chǎn)過程的能量需求在可用能量處于不足供應的時期期間減少并且在可用能量未處于不足供應的時期期間增加而確定適應的生產(chǎn)調(diào)度， ?將適應的生產(chǎn)調(diào)度和/或從所述適應的生產(chǎn)調(diào)度得到的適應的能量需求數(shù)據(jù)傳送到所述用于能量供應規(guī)劃的系統(tǒng)，以及 ?將所述適應的生產(chǎn)調(diào)度傳送到所述控制系統(tǒng)用于根據(jù)所述適應的生產(chǎn)調(diào)度來控制所述工業(yè)生產(chǎn)或制造設施的操作。
18.用于能量供應設施的能量供應規(guī)劃的方法，其特征在于以下步驟: ?從生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)接收初始生產(chǎn)調(diào)度和/或初始能量需求數(shù)據(jù)用于工業(yè)生產(chǎn)或制造設施的優(yōu)化操作， ?至少基于所述初始生產(chǎn)調(diào)度和/或所述初始能量需求數(shù)據(jù)來確定初始能量供應調(diào)度，其反映能量到至少一個能量供應線路的預期時間依賴性的進給，其中所述工業(yè)生產(chǎn)或制造設施連接到所述至少一個能量供應線路， ?將所述初始能量供應調(diào)度傳送到所述生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)并且從所述生產(chǎn)規(guī)劃系統(tǒng)接收適應的生產(chǎn)調(diào)度和/或適應的能量需求數(shù)據(jù)， ?至少基于所述初始能量供應調(diào)度和所述適應的生產(chǎn)調(diào)度和/或所述適應的能量需求數(shù)據(jù)來確定適應的能量供應調(diào)度， ?將所述適應的能量供應調(diào)度傳送到所述控制系統(tǒng)用于根據(jù)所述適應的能量供應調(diào)度來控制所述能量供應設施的操作。
【文檔編號】G06Q10/00GK103999099SQ201180075642
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2011年12月19日 優(yōu)先權日:2011年12月19日
【發(fā)明者】S.薩利巴, I.哈祖恩科斯基, M.羅德, G.桑德, J.C.施拉克 申請人:Abb 技術有限公司