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Computation of energy efficient driving speeds in conveying systems

Modell-basierte Optimierungsverfahren zur Berechnung energie effizienter Bewegungsprofile in Förderanwendungen
 
: Windmann, Stefan; Niggemann, Oliver; Stichweh, Heiko

:

Automatisierungstechnik : AT 66 (2018), Nr.4, S.308-319
ISSN: 0178-2312
ISSN: 0340-434X
ISSN: 2196-677X
Englisch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer IOSB ()
conveying system; electric drive; optimization; energy efficiency

Abstract
This article addresses the automatic optimization of driving speeds in conveying systems. Electric drives in existing conveying systems are usually accelerated and decelerated according to predetermined movement profiles. Such an approach is inflexible for conveying applications with changing constraints and, in many cases, not optimal with respect to energy efficiency. In the present work, a method for automatic computation of energy efficient movement profiles is proposed. The proposed method is based on accurate models for electric drives and several types of conveying applications such as roll conveyors, belt conveyors and vertical conveyors. Furthermore, joint energy efficiency optimization for two drives, which are attached to an intermediate circuit, is investigated. Thereby, additional constraints on the energy flow between the drives are imposed in order to reduce load peaks and energy feedback into the grid. The resulting optimization problem is a mixed integer quadratic program (MIQP), which can be solved in a few milliseconds. Experimental results show that energy losses of electric drives are cut down by using the obtained non-trivial movement profiles instead of standard trapezoid movement profiles. The additional constraints on the energy flow between two drives lead to further significant improvements with respect to the overall energy losses.

 

Der Beitrag adressiert die energie-effiziente Ansteuerung der elektrischen Antriebe in Förderanwendungen. Elektrische Antriebe in Förderanwendungen werden in der Regel entsprechend vordefinierter Bewegungsprofile beschleunigt und abgebremst. Ein solcher Ansatz ist für Förderanwendungen mit wechselnden Randbedingungen unflexibel und in vielen Fällen nicht energie effizient. In der vorgestellten Arbeit wird daher eine Methode zur automatischen Optimierung der Bewegungsprofile vorgeschlagen. Die vorgeschlagene Methode basiert auf genauen Modellen der elektrischen Antriebe und verschiedener Arten von Förderanwendungen wie Rollenförderern, Bandförderern und Vertikalförderern. Weiterhin wird die gemeinsame Optimierung für zwei Antriebe untersucht, die an einen Zwischenkreis angeschlossen sind. Dabei werden Randbedingungen bzgl. des Energieflusses zwischen den beiden Antrieben berücksichtigt, die es ermöglichen, Lastspitzen und Rückspeisungen in das Netz zu reduzieren. Insgesamt ergibt sich ein gemischt-ganzzahliges Optimierungsproblem, welches in wenigen Millisekunden gelöst werden kann. Experimentelle Untersuchungen zeigen, dass die Verwendung der optimierten, nicht-trivialen Bewegungsprofile anstelle trapezförmiger Bewegungsprofile zu einer signifikanten Reduktion des Energieverbrauchs führt. Insbesondere durch die zusätzlichen Randbedingungen bzgl. des Energieflusses zwischen den beiden Antrieben ergeben sich deutliche Einsparungen.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-491660.html