PROCESS FOR COMPUTERIZED SUPERVISION OF THE TOTAL CONSUMPTION OF A GROUP OF ELECTRICITY CONSUMERS

Abstract: 1. Process for computerised supervision of the total consumption, restricted to an adjustable maximum power limit, of a group of individual electricity consumers which are connected to a mains supply and of which at least some are capable of being switched off temporarily or changed-over to reduced power input, where for limiting the total power input of the consumer group to a value below the power limit the then obtaining power input of the individual consumers is periodically measured and the sum of the measured power inputs is compared with the power limit, and a total consumption going beyond or substantially below the limit value is brought as close as possible to the power limit by the cutting-out or connecting-in of, or the power-reducing or power-increasing changing over of, one or more selected consumers, characterised in that a) the consumers are connected to the computer by way of information lines for transmitting their particular control and operating states at the time, b) in each measuring period the consumers are interrogated with regard to their instantaneous control and operating states and their instantaneous power inputs, c) for each consumer cyclically regulated internally with a regulation or control system or controllable in its power input an instantaneously valid connecting-in or cutting-out priority number respectively is as certained, d) an instantaneously expected exceeding of the power limit is obviated by a priority-orientated interruption or changing-over of at least one interruptable or level-changeable consumer for a fixed period of time, and that e) the power difference between the power limit and an instantaneously expected substantial undershooting of the power limit is eliminated by priority-orientated connecting-in to at least one consumer which has been interrupted or which is capable of being changed-over.

Description: Leistungsbegrenzende Prozesssteuerung Die Erfindung betrifft eine leistungsbegrenzende Prozesssteuerung einer Stromverbrauchergruppe aus einer bestimmte ten Anzahl von elektrischen Stromverbrauchereinheiten. In vielen Bereichen der privaten und öffentlichen Wirtschaft bilden z.B. Stromverbrauchereinheiten im Dauerbetrieb sowie nur sporadisch in Betrieb genommene und zyklisch geregelte oder auf andere Weise gesteuerte Einheiten eine Verbrauchergruppe für die nach einem gemeinsamen Stromtarif abgerechnet wird. Unter Stromverbrauchereinheiten werden hier jegliche Art von stromverbrauchenden Geräten, Apparaten, Maschinen, elekt2s:hen Einrichtungen etc. verstanden. Bei einer Verbrauchergruppe handelt es sich z.B. um Ge@@te Apparate und/oder Maschinen einer technischen Einrichfu(g oder Anlage, beispielsweise eine Grossküche. Dabei können zu e' r solchen Verbrauchergruppe auch Stromverbrauchereinheiter 7 hören oder besonders hinzugenommen werden, die nicht zu: Bs trieb der Anlage gehören. Zyklisch regelbare Stromverbrauchereinheiten können z.B thermo- statisiert sein. Hierbei kann es sich ohne jede Beschränkung um Elektroherde, Elektroöfen, elektrisch betriebene Konvektoren, Heiz- oder Kühlaggregate und dergleichen Geräte oder Apparate handeln. Es gibt auch auf die verschiedenste Weise gesteuerte Stromver- brauchereinheiten, beispielsweise Motoren, deren Leistung aufnahme steuerbar ist. So können z.B. Antriebsmotoren füt Förderbänder von einer höheren auf eine niedrigere Bandgeschwindigkeit und umgekehrt umschaltbar sein. Auch können z.B. Heizund Kühlgeräte auf verschiedene Leistungsstufen umsteuerbar sein. Zyklisch geregelte Stromverbrauchereinheiten können zyklisch unterbrochen oder zyklisch auf eine Stufe mit veränderter Leistungsaufnahme umgesteuert werden. Während der Unterbrechungszeit wird von der betreffenden Stromverbrauchereinheit kein Strom verbraucht. Die unterbrechbaren und/oder auf veränderte Leistungsaufnahme umsteuerbaren Stromverbrauchereinheiten lassen sich in einer solchen Weise regeln bzw. steuern, dass durch die gewählte Unterbrechungs- bzw. Umsteuerzeitspanne mit veränderter Leistungsaufnahme die Funktionen der betreffenden Stromverbrauchereinheiten sich nicht wesentlich ändern. Der effektive Strompreis für eine Stromverbrauchergruppe setzt sich grundsätzlich aus dem sogenannten Arbeitspreis für jede abgenommene KWh und dem Leistungspreis zusammen, der die Energiebereitstellungskosten für das Energieversorgungsunternehmen (EW) beinhaltet. Bei mittleren und grösseren Abnehmern elektrischer Energie rechnen die EVUs entweder nach dem Maximumtarif oder einem vertraglich festgelegten Sondertarif ab. Beim Maximumtarif richtet sich der Leistungspreis nach der Höhe des Maximums. Dies ist die höchste, über eine kurze Zeitspanne, z.B. 15 Minuten gemittelte Leistung1 die im Abrechnungszeitraum erreicht wurde. Beim Abschluss eines Sondertarifvertrages wird nach bestimmten Regeln eine untere und obere Grenzleistung festgelegt, die der Abnehmer voraussichtlich nicht unter- bzw. überschreitet. Auch bei Unterschreitung der unteren Grenzleistung wird diese Grenzleistung in Rechnung gestellt, während bei ÜBerschreitung der oberen Grenze für die Uberschreitungsleistung eine zusätzliche Gebühr berechnet wird. Eine möglichst niedrige Festlegung der oberen Grenzleistung wirkt sich daher günstig auf den Leistungspreis aus. Jeder Stromabnehmer der privaten und öffentlichen Wirtschaft ist daher bestrebt, die abgenommene Energie für eine Stromverbrauchergruppe zu einem möglichst günstigen Tarif zu beziehen. Hierzu ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine leistungsbegrenzende Prozesssteuerung für eine tariflich festgelegte Stromverbrauchergruppe aus einer bestimmten Anzahl von elektrischen Stromverbrauchereinheiten anzugeben, mit Hilfe derer die tariflich vereinbarte Grenzleistung auf ein weitgehend niedriges Niveau eingestellt werden kann, das auch nicht kurzzeitig von einzelnen Stromverbrauchereinheiten mit erhöhter Leistungsaufnahme überschritten wird. Zur Lösung dieser Aufgabe liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, dass in vielen Fällen zur Glättung von flukturierenden Stromverbrauchsspitzen mit einer Prozesssteuerung vorzugsweise in den Regelungs- bzw. Steuerkreis von unterbrechbaren und/ oder auf veränderte Leistungsaufnahmen umsteuerbaren Stromverbrauchereinheiten vorübergehend eingegriffen werden kann, ohne dabei die Funktion der unterbrochenen bzw. umgesteuerten Stromverbraucher wesentlich zu beeinflussen. Besonders günstig verhalten sich dabei z.B. thermostatisierte Heiz- oder Kühlaggregate aufgrund des thermischen Nachlaufeffektes. Die obere Grenzleistung lässt sich mit der erfindungsgemässen Prozesssteuerung um so niedriger einstellen, je grösser der Anteil der unterbrechbaren und/oder leis tungsumschal tbaren Stromverbrauchereinheiten und je kleiner das Verhältnis Ein-Ausschaltzeit ist. Vorteilhafterweise wird die obere Grenzleistung möglichst nahe an die während eines Stromverbrauchszeitraumes gemittelte Gesamtlastaufnahme herangelegt. Die vorstehend gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine obere von der jeweiligen Leistungsaufnahme der Stromverbrauchereinheiten nicht überschreitbare Grenzleistung auf ein möglichst niedriges Niveau einstellbar ist, und dass zur Glättung der momentan auftretenden Spitzenwerte bei der Leistungsentnahme der Stromverbrauchereinheiten unter die gewählte obere Grenzleistung die Betriebskenndaten der Stromverbrauchereinheiten in kurzen Zeitintervallen abgefragt und nach vorgegebenen Auswahlkriterien besondere Stromverbrauchereinheiten in gleichmässiger Reihenfolge ohne wesentliche Ande- rungen ihrer Funktionsweisen kurzzeitig unterbrochen oder wenigstens kurzzeitig auf eine verringerte Leistungsaufnahme umgesteuert werden. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche und/oder der nachfolgenden Figurenbeschreibung für eine Stromverbrauchergruppe, die hier nur beispielsweise au & 16 thermostatisierten Heizgeräten Desteht. Es kann sich z.B. um 16 Konvektoren einer Grossküche handeln, ohne dass die Erfindunq hieran beschränkt aufzufassen ist. Auch kann die tariflick ;.n der Stromverbrauchergruppe zusammengefasste Anzahl der Konvektoren grösser oder kleiner sein. Weiterhin können ohne wesentliche Änderungen der beispielsweisen erfindungsgemässen Prozesssteuerung für 16 Konvektoren nur im Dauerbetrieb arbeitende oder nur sporadisch einschaltbare elektrische Stromverbraucher angegliedert sein, Es ist klar, dass die Funktionsfähigkeit der erfindungsgemässen Prozesssteuerung nicht durch solche zusätzlichen, zwar zur Gesamtleistungsaufnahme beitragenden, jedoch nicht der Prozesssteuerung unterworfenen Stromverbrauchereinheiten beeinträchtigt werden darf. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 ein Steuerpult für die beispielsweise erfin dungsgemässe Prozesssteuerung mit 16 Stramverbraucher Fig. 2 ein Blockschaltbild für eine erfindungsgemässe Prozesssteuerung, Fig. 3 eine Computersimulation für 16 Stratwerbraucher mit einer herkömmlichen Steuerung Fig. 4 eine Computersimulation für 16 Stromverbraucher mit einer erfindungsgemässen Prozesssteuerung Fig. 5 ein Protokoll von Schaltzuständen der Prozesssteuerung nach Fig. 4. Nach Fig. 1 sind die Bedienungs- und Signalisierungselemente für die 16 Verbraucher für jedenVerbraucher gleich ausgebildet und auf dem Steuerpult in 16 Spalten angeordnet, die durch die Ziffern 1 bis 16 gekennzeichnet-sind. Die jeweils gleichen Bedienungs- und Signalisierungselemente sind der Einfachheit halber nur für den Verbraucher 1 dargestellt. Entsprechende Bedienungs- und Signalisierungselemente sind in der gleichen übersichtlichen Anordnung untereinander auch für die anderen Verbraucher 2 bis 16 vorhanden. Zu jedem Verbraucher gehört damit eine Start/Stop-Taste a", eine rote Lampe b zur Signalisierung einer Stromunterbrechung des VerbraucherS eine grüne Lampe "c" zur Signalisierung einer Einschaltung des Verbrauchers ein erstes Potentiometer d in der Gestalt eines Drehknopfes zur Einstellung der Heizdauer für zwei Zeitvorgabeeinheiten von 0 bis 120 Minuten und 0 bis 12 Minuten. Der Wählschalter zur Einschaltung einer der beiden Zeitvorgabeeinheiten ist mit zea bezeichnet. Ein zweites Potentiometer "f" in der Gestalt eines weiteren Drehknopfes dient zur Einstellung der Heiztemperatur bis zu der der Apparat ohne Unterbrechung aufgeheizt werden soll und die während der Heizdauer im wesentlichen unverändert aufrechterhalten werden soll. Es ist klar, dass statt des Potentiometers für die Temperaturwahl auch ein Programmschalter oder dergleichen Einstellvorrichtung vorhanden sein kann, mit dem ein bestimmter Temperaturverlauf während der eingestellten Heizdauer gewählt werden kann. Schliesslich ist mit "g" eine Zeitanzeige gekennzeichnet, die jederzeit angibt, wie lange der betreffende Verbraucher noch in Betrieb ist. Ist die Betriebszeit abgelaufen, so wird ein nicht dargestellter akustischer Signalgeber eingeschaltet. Ausserdem gibt die betreffende rote Lampe "a" Blinksignale ab. Allen Verbraucher r übergeordnet ist ein Anzeigeninstrument "h", das die noch zur Verfügung stehende Restenergie anzeigt, die noch entnommen werden kann, ohne eine gewählte obere Grenze für die.maximal entnehmbare Gesamtenergie pro Zeiteinheit zu übersteigen. Eine Warnlampe "i" in Verbindung mit einem akustischen Signalgeber zeigt eine Betriebsstörung an. Mit "k" ist ein Hauptschalter gezeigt, der im Störungsfalle betätigt wird, um die erfindungsgemässe Steuerung im Störungsfalle abschalten zu können, so dass dann die einzelnen Verbraucher jeweils für sich ohne eine Betriebsunterbrechung im Handbetrieb weitergefahren werden können. Das Steuerpult ist an die erfindungsgemässe Steuerung angeschlossen, die als eine elektronische Steuereinheit in einem verschliessbaren Wandgehäuse untergebracht sein kann und die in Fig. 2 in einem Blockschaltbild dargestellt ist. Die elektronische Steuereinheit ist auf eine bestimmte maximale Leistungsentnahme Emax einstellbar, die durch den Zeiger "h1" des Anzeigeninstruments "h" angezeigt ist. Der weitere Zeiger "h2" zeigt die momentan durch die eingeschalteten Verbraucher entnommene Gesamtenergie an. Der von den beiden Zeigern gebildete Winkel ist ein analoges Mass für die momentan noch zur Verfügung stehende Restenergie. Es ist klar, dass die Restenergie auch digital in Ziffern angegeben werden kann. Dem Steuerungsfachmann ist weiterhin ohne weiteres klar, dass die hier angedeuteten Bedienungs- und Signalisierungselemente auch in einer anderen Weise angeordnet sein können und dass die Anzeigenelemente "g" und "h" für die noch vorhandene Heizdauer und für die momentan noch zur Verfügung stehende elektrische Energie analoge oder digitale Anzeigen aufweisen können. Die der Steuertafel zugeordnete Steuereinheit "St" besitzt, wie Fig. 2 in einem Blockschaltbild zeigt, im Beispielsfalle 16 erste Analogeingänge zur Übernahme der an den Potentiometern d eingestellten einzelnen Heizdauern sowie 16 zweite Analogeingänge zur Übernahme der an den Potentiometern "f" eingestellten Heiztemperaturen. Weiterhin besitzt die Steuereinheit einen Analogeingang e zur Übernahme der momentan abgenommenen Gesamtleistung. Statt diesem Analogeingang für die Gesamtleistungsabnahme können auch 16 Analogeingänge für die jeweiligen Einzelleistungsabnahmen der eingeschalteten Verbraucher vorhanden sein. Die Steuereinheit besitzt weiterhin 16 Binäreingänge zur Übernahme der Start/Stop-Signale, die von den Start/Stop Tasten "a" abgegeben werden, und 16 Binäreingänge zur Über- nahme der geräteinternen Schaltzustände "s" der 16 Verbraucher die mittels Thermoelementen oder Thermostaten beim Uber- schreiten einer oberen Temperaturgrenze abgeschaltet und beim Überschreiten einer unteren Temperaturgrenze wieder eingeschaltet werden. Schliesslich besitzt die Steuereinheit einen Binäreingang "z" zur Übernahme von Zeitimpulsen aus einer Zentrale. Statt einer Zeitimpulsvorgabe kann auch eine interne Uhr in der Steuereinheit vorgesehen sein. Ausser den vorstehend aufgezählten Eingängen besitzt die Steuereinheit 16 Analogausgänge für die Zeitanzeigen g", 16 Ausgänge zur Ansteuerung der roten Lampen b, 16 Analogausgänge zur Ansteuerung der grünen Lampen "c, 16 Ausgänge zur Ansteuerung der Schaltschütze bzw. der Tyristoren "T", über die die einzelnen Verbraucher s ans Netz anschliessbar bzw. vom Netz abschaltbar sind, einen Analogausgang zur Anzeige der noch zur Verfügung stehenden Restenergie "g" als die Differenz aus der maximal entnehmbaren Energie und der durch die eingeschalteten Verbraucher ¯ entnommenen Energie, einen Ausgang "b1" II zur akustischen und/oder optischen Anzeige, dass ein Verbraucher seinen Betriebszustand beendet hat und einen Ausgang "i" zur akustischen und/oder optischen Signalisierung, dass die Anlage gestört ist. Die erfindungsgemässe Steuerung am Beispiel der 16 Verbraui cher für eine Grossküche läuft wie folgt ab: Die einzelnen Verbraucher können über die Starttasten "a" gestartet, dass heisst an den Stromkreis angeschlossen werden. Beim Drücken einer Starttaste für einenVerbraucher darf dieser nur gestartet werden, wenn dadurch die vorgegebene obere Leistungsentnahmegrenze nicht überschritten wird. Hierzu vergleicht die Steuerung die erforderliche Leistungsentnahme für den betreffenden Verbraucher mit der bereits vorhandenen Leistungsentnahme der schon eingeschalteten Verbraucher und entscheidet, ob die noch erforderliche Leistungsentnahme durch kurzzeitige Stromunterbrechungen eingeschalteter Verbraucher abgezweigt werden kann, wenn ohne eine solche Abzweigung der erforderlichen Enrgie die gesetzte obere Grenze der Leistungsentnahme überschritten werden würde. Kann der Start eines Verbrauchers nicht sofort erfolgen, weil die von den eingeschalteten Verbraucher gerade abzweigbare Energie nicht ausreichen würde, um den gestarteten Verbraucherausreichend mit Strom zu versorgen, so nimmt die Steuereinheit den Verbraucher in Warteposition und zeigt dieses durch eine Ansteuerung der betreffenden roten Lampe "b" an. Kann dagegen der Start sofort erfolgen, weil die erforderliche Leistung direkt aus dem Netz oder durch Abzweigungen von den eingeschalteten Verbraucher entnommen werden kann, so löst die Steuereinheit den Start automatisch aus und steuert die betreffende grüne Lampe 1,c'1 an, während ein Signal an der roten Lampe "b" verschwindet. Vor dem Start eines Vervrauchen sind durch die Potentiometer "d" und "f" seine Heizdauer und seine Heiztemperatur eingestellt. Die jeweils noch erforderliche Heizdauer wird durch die Zeitanzeige "g" angezeigt. Die erfindungsgemässe Steuerung signalisiert automatisch nach Ablauf der Heizdauer zuzüglich eventueller Unterbrechungen die Beendigung der Arbeit eines Verbrauchers' ohne ihn abzuschalten. Die Zeitanzeige "g" steht dann auf Null. Die rote Lampe b und ein akustisches Warnsignal "b1" gehen zusätzlich zu der grünen Lampe "c" an, um eine Bedienungsperson darauf aufmerksam zu machen, dass der Kochbzw. Backvorgang in dem betreffenden Verbraucher abgeschlos sen ist und dieser abgeschaltet werden kann. Zur Abzweigung von Strom darf der Apparat jetzt nicht mehr unterbrochen werden. Durch Betätigung der Start/Stop-Taste a wird der Apparat ausser Betrieb genommen. Dabei gehen beide Lampen "b" und "c" aus und der Hupton "b1" verschwindet. Anschliessend ist die Start/Stop-Taste a für eine festzulegende kurze Zeit verriegelt, damit ein fehlerhafter Start für den gerade abgeschalteten Apparat sicher vermieden wird. Die Steuerung ist so ausgebildet, dass das Zuschalten eines unterbrochenen Apparates Vorrang hat vor dem Start eines neuen zuzuschaltenden Apparates. Eine Unterbrechung erfolgt durch die Steuerung automatisch, wenn ohne diese die gesetzte obere Grenze der Leistungsentnahme überschritten werden würde. Diese Bedingung gilt nur für thermostatisierte Apparate. Das heisst, es werden nur thermostatgesteuerte oder thermoelementgesteuerte Apparate zur kurzzeitigen Unterbrechung herangezogen, jedoch nicht auch solche elektrischen Küchengeräte, die nicht temperaturgesteuert sind, also z.B. Rührwerke oder dergleichen Geräte, die elektrisch angetriebene Teile enthalten, deren Bewegung nicht kurzzeitig unterbrochen werden darf. Vorteilhafterweise erfolgt die Unterbrechung von eingeschalteten Apparaten zur Abzweigung von Strom für wenigstens einen in den Stromkreis zugeschalteten Apparat zyklisch in 4 Stufen. Dabei werden erfindungsgemäss nur so viele Apparate kurzzeitig unterbrochen, bis die Forderung erfüllt ist, dass die Gesamtleistungsentnahme kleiner ist als die gewählte obere Grenze für eine nicht zu überschreitende Gesamtleistungsentnahme. Zur Auswahl der eingeschalteten Apparate, die jeweils kurzzeitig unterbrochen werden können, werden diese von der erfindungsgemässen Steuerung in rascher Aufeinanderfolge zyklisch abgetastet. Dabei werden die jeweiligen Situationsdaten der einzelnen Apparate abgefragt. In der ersten Stufe werden diejenigen Apparate zyklisch abgefragt, die (a) keine interne Unterbrechungsverriegelung haben, (b) sich ausserhalb der Anlaufzeit befinden, (c) noch nicht länger als eine gewählte maximale Gesamt zeit von Tmax = n zeit Netz unterbrochen worden sind, wobei dt t die gewählte Zeitspanne ist, die ein Apparat während einer Unterbrechung maximal unterbrochen ist, z.B. 30 sec oder 1 min. Mit n ist eine positive ganze Zahl, z.B. 4, bezeichnet und (d) sich aufgrund einer internen Temperatursteuerung nicht gerade in einem Ausbetrieb befinden. Reicht die erste Stufe nicht aus, um durch Stromabzweigungen von kurzzeitig unterbrochenen Apparaten die benötigte Energie für wenigstens einen zugeschalteten Apparat zu Erhalten, dann werden die eingeschalteten Apparate in einer zweiten Stufe unter den gleichen Kriterien wie in Stufe 1 erneut abgefragt, allerdings mit dem Unterschied, dass auch diejenigen Apparate unterbrochen werden,die noch nicht länger als eine gewählte maximale Gesamtzeit von Tmax = n At plus wahlweise ein oder mehrere zusätzliche Zeitspannen m A t unterbrochen worden sind. At kann z.B. auf 60 sec eingestellt sein. Ist n = 4 gewählt, dann beträgt T in max der 1. Stufe maximal 4 Minuten und in der zweiten Stufe maximal g Minuten, wenn m = 2 gewählt ist. Sind z.B. 14 Apparate eingeschaltet und kann ein 15. Apparat nur zugeschaltet werden, wenn genügend Strom für den 15. Apparat abgezweigt werden kann und lassen sich von diesen 14 Apparaten in der 2. Stufe 10 Apparate jeweils eine Gesamtzeitspanne von etwa 6 min unterbrechen, dann kann der für den 15. Apparat benötigte Strom zusammen 60 min lang von 10 Apparaten abgezweigt werden, wobei sich die Heizdauer dieser 10 Apparate jeweils nur um etwa 6 Minuten verlängert , was in vielen Fällen nicht ins Gewicht fällt. Reicht auch die 2. Stufe nicht aus, um die benötigte Energie von den eingeschalteten Apparaten abzuzweigen, so werden die eingeschalteten Apparate in einer 3. Stufe unter veränderten Kriterien erneut abgefragt und zwar werden alle diejenigen Apparate vom Stromanschluss kurzzeitig unterbrochen, die (a) keine interne Unterbrechungsverriegelung haben und (b) sich aufgrund einer internen Temperatursteuerung nicht gerade in einem Ausbetrieb befinden. Das heisst, dass auch diejenigen Apparate unterbrochen werden, die sich noch in der Anlaufzeit befinden und die schon eine Gesamtzeit von Tmax = (n + m) t (Stufe 2) unterbrochen worden sind. Es kann zweckmässig sein, für die 3. Stufe eine neue obere Grenze für Tmax festzulegen, die z.B. 2 Minuten länger ist als in der 2. Stufe, so dass am Ende der 3. Stufe alle kurzzeitig unterbrechbaren Apparate etwa 8 Minuten lang vom Strom abgeschaltet worden sind. Sollte auch dann noch nicht die abzweigbare Energie ausreichen, um ein- oder mehrere zugeschaltete Apparate ausreichend mit Strom zu versorgen, ohne eine gewählte obere Stromentnahmegrenze zu überschreiten, dann werden in der 4. Stufe alle Geräte unterbrochen, aber mit Ausnahme derjenigen, die sich gerade im internen Ausbetrieb befinden, also aufgrund ihrer internen Temperatursteuerung gerade vom Strom abgeschaltet sind, weil sie eine obere Heiztemperaturüberschritten haben. Nach Beendigung eines 4-stufen Unterbrechungszyklus muss die Zeitspanne Tmax = n t gemäss Stufe 1 wieder hergestellt sein. Ausserdem müssen für einen neuen Zyklus die Unterbrechungsverriegelungen nach (a) und (b) in Stufe 1 wieder wirksam sein. Durch die erfindungsgemässe Steuerung soll sichergestellt sein, dass alle Apparate etwa gleich lang unterbrochen werden. Das heisst, Tmax wird von Stufe zu Stufe erst dann erhöht, wenn alle Apparate die keiner Unterbrechungsverriegelung unterliegen, ungefähr gleich lang unterbrochen worden sind. Um einen Apparat 5 Minuten lang zu unterbrechen, sind bei At = 1 min nur im Extremfall fünf Unterbrechungen von je 1 min erforderlich. In der Regel erfolgt aber eine Unterbrechung nicht eine Minute lang, sondern nur einen Bruchteil hiervon, weil zwischenzeitig der auf eine bestimmte Temperatur angeheizte Apparat sich selbst abschaltet. Bei einer Gesamtunterbrechungszeit von 5 Minuten kann die Anzahl der hierzu vorgenommenen Unterbrechungen wessentlich höher als 5 sein. Die Signalisierung einer Unterbrechung kann z.B. dadurch erfolgen, dass jeweils die betreffende grüne Lampe "c" ausgeht und die zugehörige rote Lampe b" angeht. Die Anzeige der Zeit bleibt bei der Unterbrechung stehen. Die Unterbrechung wird also nicht mitgerechnet. Die erfindungsgemässe Steuerung kann z.B. jede Sekunde einmal einen vollen Abfragezyklus durchlaufen, um feststellen zu können, welche der eingeschalteten Apparate kurzzeitig unterbrochen werden können. Je Abfragezyklus kann eine unterschiedliche Anzahl von Apparaten unterbrochen worden sein, je nachdem, wie vieE der Apparate sich gerade im internen Ausbetrieb befanden. So kann es vorkommen dass der benötigte Strom während eines Zyklus allein von den intern abgeschalteten Apparaten zur Verfügung gestellt wird, so dass zusätzliche Unterbrechungen nicht erforderlich sind. Nach dem Start eines Apparates wird dieser solange nicht unter brochen, bis die Anlaufzeit beendet ist. Es sei denn, die Stufe 3 und/oder 4 des vorstehend erwähnten mehrstufigen Unterbrechungszyklus kommt zur Anwendung, was aber nur in Ausnahmefällen der Fall ist. Nach Beendigung der Anheizzeit eines Apparates erfolgt eine Signalisierung. Die betreffenden roten und grünen Lampen "b" und "c" gehen an und gleichzeitig erscheint ein Hupton. Die Zeitanzeige "g" zeigt die eingestellte Heizdauer. Der be betreffende Apparat kann jetzt beschickt werden. Nach der Beschickung wird die Start/Stop-Taste erneut gedrückt. Dann verschwindet der Hupton und die rote Lampe b geht aus. Die eingestellte Heizdauer kann jetzt beginnen und die rote Lampe leuchtet erst wieder auf, wenn der Apparat durch die erfindungsgemässe Steuerung kurzzeitig unterbrochen wird oder die Heizdauer beendet ist. Bei einer kurzzeitigen Unterbrechung erscheint kein Hupsignal. Dieses erscheint, wie gesagt, nur bei Beendigung der Anlaufzeit und der gesamten Heizdauer. Dabei wird die Anlaufzeit nicht auf die Heizdauer angerechnet. Bei einer von der erfindungsgemässen Steuerung erkannten Störung leuchtet auf dem Bedienungspult die rote Warnlampe "i" auf und es ertönt ein Dauerhupton. Lässt sich die Störung nicht sogleich beheben, wird der Handschalter "k" betätigt, wodurch die Unterbrechungsschaltungen unwirksam sind, während alle Apparate mit ihrer eigenen Zeitschaltuhr betriebsbereit bleiben. Um einen unberechtigten Handbetrieb am Steuerpult zu vermeiden, ertönt beim Drücken des Handschalters "k" ohne Störmeldung durch die erfindungsgemässe Steuerung ein Dauerhupton. Dieser Dauerhupton kann nur durch Abschalten der Steuerung oder durch Wiedereinschalten des Handschalters "k" am Steuerpult abgeschaltet werden. Dem hier betreffenden elektronischen Steuerfachmann ist ohne weiteres klar, dass der erfindungsgemässen Steuerung ein Programmspeicher zugeordnet ist, dem die Anschlusswerte eines jeden anschliessbaren Apparates und seine Anlaufzeit fest eingegeben sind. Ausserdem sind dem Programmspeicher Kennzeichen eingegeben, welcher Apparat nicht unterbrochen werden darf. Es ist klar, dass zweckmässigerweise Möglichkeiten vorgesehen sind, die es erlauben, die Daten des Programmspeichers kurzfristig zu ändern. Fig. 3 zeigt die Computersimulation einer herkömmlichen Steuerung für 16 Konvektoren mit unregelmässiger Leistungsaufnahme. Es ist erkennbar, dass sich ohne einen Eingriff der erfindungsgemässen Prozesssteuerung nach Beendigung der REaufphase ein statistisch flukturierender Verlauf ergibt, der durch das unkontrollierte Ein- und Ausschalten der 16 Gerätethermostaten bedingt ist. In Fig. 1 sind die maximale Leistung Qmax = 445 KW bei gleichzeitigem Betrieb aller Geräte in der Anlaufphase Ta = 15 Minuten und die in der Zeit von der 15. bis 60. Minute gemittelte Gesamtleistung Qm = 247 KW ersichtlich. Wie Fig. 4 zeigt, ergibt sich bei Vorhandensein der erfindungsgemässen Prozesssteuerung, die auf die gemittelte Gesamtleistung Qm = 247 KW als obere Grenzleistung eingestellt ist, ein wesentlich ruhigerer Verlauf der Leistungskurve über der Zeit. Die erfindungsgemässe Steuerung lässt sich in einem üblichen Steuerschrank unterbringen. Die eigentliche Steuereinheit gemäss Fig. 2 (sogenannte "intelligente" Steuereinheit) der erfindungsgemässen Prozesssteuerung für die dem gewählten Beispiel zugrundegelegten 16 Konvektoren kann ein 16-BIT-Microcomputer sein, der auf einer Steuerkarte, z.B. einer sogenannten Europakarte (TI-Europakartenrechner) mit CMOS-Speicher, Echtzeituhr, A/D-Wandler und je 16 Ein- und Ausgabeports aufgebaut sein kann. Speicher und Echtzeituhrsind zur Sicherung gegen Netzausfall zweckmässigerweise über eine Batterie gepuffert. Das Steuerprogramm und die spezifischen Daten der einzelnen Stromverbrauchereinheiten, hier die 16 Heizgeräte, können in einem nicht flüchtigen Festwertspeicher EPROM abgelegt werden. Zwei weitere Steuerkarten können für die Interfaceschaltungen zur Einstellung der oberen Grenzleistung, zum Stellen und Anzeigen der Echtzeituhr (Option) sowie zur Anzeige der jeweils verfügbaren Restenergie und zum Setzen eines Alarmsignals bei Ausfall der Steuerung bzw. bei Überschreitung der oberen Grenzleistung benötigt werden. Die jeweils verbrauchte Gesamtleistung wird von einem Stromwandler mit nachgeschaltetem Messumformer in ein Analogsignal umgewandelt. Sämtliche Steuerkarten (z.B. sogenannte Europakarten) sind zusammen mit den Spannungsversorgungen in einem Kartenmagazin montiert. Die Schaltzustände der zu steuernden Heizgeräte werden z.B. über beliebig kaskadierbare 220 VAC-Eingabemodule zwischengespeichert und bitseriell vom Microcomputer abgefragt. Die Steuerkreise für die Geräteschütze der Heizgeräte werden z.B. über kaskadierbare 24 VDC-Ausgabemodule und 220 VAC-Entkopplungsrelais geschaltet. Der jeweilige logische Schaltzustand wird z.B. über LED's angezeigt. Jedes Gerät kann mit einem Handschalter aus der Steuerung genommen werden. Die Ein- und Ausgabemodule lassen sich auf Grundplatten steckbar montieren. Eine Grundplatte kann z.B. maximal 8 Module für 32 Kanäle (Ein- und Ausgabe mischbar) aufnehmen. Jedes Heizgerät belegt zwei EingabekanÅa und 1 Ausgabekanal. Für die Übertragung der Steuerfunktionen des Microcomputers auf die einzelnen Heizgeräte sind pro Gerät wenigstens drei Steuerleitungen vorhanden. Ausserdem ist für alle Geräte eine gemeinsame Masseleitung vorhanden. Zwei Steuerleitungen sind pro Gerät zum Abfragrneines Ein-Ausschalters und des Thermostaten notwendig, die dritte Steuerleitung wird zur Einschleifung der Entkopplungsrelais in den Schütz-Steuerkreis benötigt. Während des Betriebes kann die maximal zulässige Grenzleistung über einen Vorwahlschalter variiert werden. Die momentan verfügbare Restleistung wird auf einem zentral zu montierenden Anzeigeinstrument abgelesen. Der Benutzer hat damit die Möglichkeit, sich an die für seine Gerätekonfiguration optimale Grenzleistung heranzutasten. Es kann noch ein Zusatzmodul zur Einstellung der Grenzleistung in Abhängigkeit von der Tageszeit zur Verfügung stehen. Diese Option ist besonders- interessant, wenn Spitzenbedarf in anderen Bereichen, die nicht der Steuerung unterliegen, ausgeglichen werden soll. Das erfindungsgemässe Steuerprogramm für den Microcomputer ist so auslegbar, dass die Einhaltung der gewählten Grenzleistung oberste Priorität hat. Die aktuell verbrauchte Leistung und die jeweiligen Schaltzustände aller Geräte werden z.B. im Sekundentakt gemessen. Alle Abschaltvorgänge (von Hand oder Thermostat-Aus) werden durch zusätzliche Unterbrechung des Geräteschfftz-Steuerkreises beantwortet. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass sich ein Gerät grundsätzlich nur unter Kontrolle der Steuerung schaltet. Das erfindungsgemässe Steuerprogramm überprüft im Sekundentakt den Status sämtlicher Geräte. Dabei können erfindungsgemäss z.B. auch folgende logisch unterscheidbare Zustände auftreten: (1) Gerät aus dem Steuerkreis ausgeschaltet; (2) Gerät in den Steuerkreis eingeschaltet, aber vom eigenen Thermostat-Regelkreis intern unterbrochen, also innerhalb des Steuerkreises im internen Ausbetrieb; (3) Gerät in den Steuerkreis eingeschaltet und weder vom eigenen Regelkreis noch vom Steuerkreis unterbrochen, also im regulären Einschaltbetrieb und (4) Gerät in den Steuerkreis eingeschaltet aber vom Steuer kreis für die festgelegte Unterbrechungszeitspanne unter brochen, also im prozessgesteuerten Ausschaltbetrieb. Geräte im Zustand (4) sind zu einem früheren Zeitpunkt von der Steuerung unterbrochen und in Wartezustand versetzt worden. Nach Ablauf einer bestimmten Unterbrechungszeit (z.B. 60 Sekunden) werden diese intern zunächst wieder wie zugeschaltete Geräte behandelt (Übergang von Zustand (4) nach Zustand (3)). Ist die Grenzleistung noch nicht erreicht, werden die Zuschaltanforderungen der Geräte mit Übergängen von (4) nach (3) und von (2) nach (3) bis zum Erreichen der Grenzleistung befriedigt. Ist dann noch Leistung frei, werden auch die übrigen, noch unterbrochenen Geräte wieder zugeschaltet. Neuzuschaltungen Zustand (1) nach Zustand (3) werden nur dann zugelassen, wenn kein Gerät mehr im Zustand (4) ist und die Grenzleistung nicht überschritten wird. Die bis zur Erreichung der Grenzleistung verfügbare Leistung kann z.B. nicht ausreichen, wenn Stromverbrauchereinheiten zugeschaltet werden, deren Leistung in den von der Prozesssteuerung gemessenen Gesamtwert eingeht, die jedoch nicht der Prozesssteuerung unterliegen. Hierbei kann es sich z.B. um Dauerverbraucher pder um Geräte mit Handbetrieb handeln oder es werden Geräte im Zustand (4) nach (3) übernommen. Die Prozesssteuerung muss dann entscheiden, welche der im Zustand (3) befindlichen Geräte unterbrochen werden müssen, um die Leistung für die zugeschalteten Geräte zur Verfügung zu haben, ohne die Grenzleitung zu überschreiten und ohne die Funktion der unterbrochenen Geräte wesentlich zu beeinträchtigen. Zu diesem Zweck wird für jedes Gerät das der Prozesssteuerung unterliegt, eine Prioritätenziffer berechnet, die über die Reihenfolge der Unterbrechung entscheidet. In die Prioritätenziffer können erfindungsgemäss folgende, laufend auf dem neues en Stand gehaltene Parameter eingehen: (1) Gerät in der Anheizphase; (2) gesamte Zeitspanne seit dem Übergang eines Gerätes vom Schaltzustand (2) nach Schaltzustand (3); (3) gesamte Zeitspanne, in der sich ein Gerät im Schaltzustand (4) befindet; (4) Verhältnis der gesamten Zeitspanne eines Gerätes im Schaltzustand (4) zur Gesamtzeit des Letzten Zyklus (Duty Cycle). Durch entsprechende'Gewichtung dieser Parameter wird erfindungsgemäss erreicht, dass alle Geräte gleichmässig unterbrochen werden, dass sie ausserdem erst nach einer gewissen Thermostatanlaufzeit unterbrechbar sind und dass Geräte in der Anheizphase nur unterbrochen werden, wenn alle anderen Möglichkeiten erschöpft sind. Fig. 5 zeigt das Protokoll der Schaltzustände für die Simulation der 16 Konvektoren mit den Nr. 1 bis 16 und den betreffenden Leistungen (KW), die dem vorstehenden Beispielsfalle zugrunde liegen. Die Schaltzustände sind im Abstand von 10 Sekunden gemessen. Die hier verwendeten Symbole haben folgende Bedeutung: '+ ' = Gerät aus (Schaltzustand (1) oder (2)) = +' = Gerät ein (Schaltzustand (3)) '++' = Gerät unterbrochen (Schaltzustand (4)). Die leistungsbegrenzende Prozesssteuerung nach der ERfindung nimmt damit die Aufgabe einer Echtzeitprozesssteuerung wahr, die im einzelnen also folgende Funktionen erfüllt: Eine bestimmte wählbare Grenzleistung wird von der zu überwachenden Gerätekonfiguration nicht überschritten. Wird die Grenzleistung erreicht, erfolgt keine Neuzuschaltung weiterer Geräte. Droht daegen z.B. eine Überschreitung der Grenzleistung durch selbsttätiges Zuschalten von thermostatisierten Geräten, die sich im internen Ausbetrieb befanden (Schaltzustand (4)), muss der zusätzliche Leistungsbedarf durch Unterbrechung anderer Geräte ausgeglichen werden. Die Funktionsfähigkeit der Prozesssteuerung wird dabei durch zusätzliche, zur Gesamtleistung beitragende, jedoch nicht der Prozesssteuerung unterworfene Stromverbrauchereinheiten (z.B. Geräte im Dauerbetrieb) nicht beeinträchtigt. Die Funktionsfähigkeit der einzelnen Geräte, die der Prozesssteuerung unterliegen, wird ausserdem durch den Eingriff der Prozesssteuerung nicht wesentlich gestört. Die Unterbrechung der Stromverbrauchereinheiten, um Leistung für zugeschaltete Stromverbrauchereinheiten zur Verfügung zu haben, kann erfindungsgemäss auch in nachstehender Reihenfolge erfolgen, wobei die Unterbrechung in der Regel z.B. 1 Minute beträgt: (1) Thermostatisierte Verbraucher mit der kürzesten Gesamt unterbrechungszeit, frühestens nach Ablauf von 1 Minute nach dem selbsttätigen Einschalten mittels des Thermo staten. (2) Nicht-thermostatisierte Verbraucher (3) Verbraucher in der anlaufphase t (4) Thermostatisierte Verbraucher, die erst weniger als 1 Minute vom Thermostat selbsttätig eingeschaltet waren. Wie gesagt, ist die Erfindung auf das vorstehende Ausführungsbeispiel für 16 Konvektoren einer Grossküche nicht beschränkt. Es ist klar, dass die Erfindung überall dort mit Vorteil anwendbar ist, wo eine grössere Anzahl von stromverbrauchenden elektrischen Geräten gleichzeitig eingeschaltet sein müssen, von denen wiederum mehrere sich ohne wesentlichen Nachteil kurzzeitig vom Stromanschluss unterbrechen oder auf verringerte Leistungsabnahme umsteuern lassen und wobei durch die kurzzeitigen Unterbrechungen ohne Erhöhung der Gesamtstromentnahme eine solche Strommenge abgezweigt werden kann, dass mit dieser wenigstens ein zusätzliches Gerät betrieben werden kann. Für kurzzeitige Stromunterbrechungen eignen sich besonders thermostatisierte Stromverbrauchereinheiten, wie z.B. Herde, Öfen, Konvektoren, Heiz- und Kühlaggregate. Sofern die technischen Daten der an einem Stromkreis anschliessbaren Stromverbrauchereinheiten, insbesondere ihre Leistungsaufnahmen und ihre Anlaufzeiten , bekannt sind und auch die Frage geklärt ist, welche dieser Einheiten grundsätzlich auch nicht kurzzeitig vom Strom abgeschaltet werden dürfen, dann ist es für den elektronischen Steuerungsfachmann kein Problem, eine erfindungsgemässe Prozesssteuerung vorzugsweise in Micropresstechnik aufzubauen. Beispielsweise werden die eingeschal-* teten Einheiten auf ihre Möglichkeit hin, ob von ihnen kurzzeitig Strom abgezweigt werden kann, wie gesagt, jede Sekunde in zyklischer Aufeinanderfolge abgefragt. Die Strom unterbrechung.pro Gerät oder Apparat und pro Unterbrechung kann, wie gesagt, z.B. maximal 60 sec betragen. Die Erfindung ist natürlich nicht auf eine solche Abtastgeschwindigkeit und eine solche Unterbrechungszeitspanne beschränkt. So kann es durchaus vorteilhaft sein, die maximale Unterbrechungszeitspanne kürzer als eine Minute zu wählen. Durch die erfindungsgemässe Steuereinheit ist es erstmals möglich, ohne Spitzenstromentnahmen zu besonders teuren Tarifzeiten, wie die Mittagszeit, eine grössere Anzahl von elektrischen Einheiten gleichzeitig in Betrieb zu setzen und damit z.B. eine Grossküche mit Ihren Geräten und Apparaten auch während teurer Tarifzeiten voll auszunutzen.

Claims: 1. Process for computerised supervision of the total consumption, restricted to an adjustable maximum power limit, of a group of individual electricity consumers which are connected to a mains supply and of which at least some are capable of being switched off temporarily or changed-over to reduced power input, where for limiting the total power input of the consumer group to a value below the power limit the then obtaining power input of the individual consumers is periodically measured and the sum of the measured power inputs is compared with the power limit, and a total consumption going beyond or substantially below the limit value is brought as close as possible to the power limit by the cutting-out or connecting-in of, or the power-reducing or power-increasing changing over of, one or more selected consumers, and the consumers being respectively connected with the mains supply by means of an on and off switch, characterized in that a) for transmitting the respective control and operating states of the consumers their on and off switches are respectively connected via a first information wire and their internal regulating and control circuits are respectively connected via a second information line with the computer for cyclical regulation or for control of the power uptake of the circuit consumers. b) in each measuring period the consumers are interrogated with regard to their instantaneous control and operating states and their instantaneous power inputs, c) for each internal consumer a momentarily valid connecting or disconnecting priority number is ascertained, d) an instantaneously expected exceeding of the power limit is obviated by a priority-orientated interruption or changing-over of at least one interruptable or level-changeable consumer for a fixed period of time, and that e) the power difference between the power limit and an instantaneously expected substantial undershooting of the power limit is eliminated by priority-orientated connecting-in to at least one consumer which has been interrupted or which is capable of being changed-over. 2. Process according to claim 1, characterized in that the internally cyclically controlled or changeable consumers are thermostatically controlled.

Inventors: SCHMIDT, GERDA
Applicants: SCHMIDT, GERDA
Application year: 1981
Main classification: H02J3
IPC codes: G05D23, H02J3