本发明涉及一种具有改进的供能系统的自动化装置。本发明同样涉及用于这样的自动化装置的运行方法。本发明还涉及相应设计的控制单元和用于模拟这样的自动化装置的运行行为的计算机程序产品。
背景技术：
1、专利文献us 9,627,908 b2公开一种电池电容器布置，其能在机动车辆中采用。电池电容器布置提供充电控制器，通过充电控制器能致动开关，从而能使得电容器与电池连接。特别地，电池能经由电容器充电。
2、用于美国公司saft的电池ls14500，文件号31064-2-0821的数据页公开了锂亚硫酰氯电池的技术规格。特别地，由此得知这样的不能充电的电池的不同的温度相关的运行特性。
技术实现思路
1、在自动化技术中应用越来越多数量的不同类型的自动化装置，以便测量例如设备过程中的各种过程参量。在此还采用电池驱动的自动化装置。因此，对于可靠并且有成本效率的运行来说要求长寿命并且同时低成本的电池。同样存在对这样的自动化装置的兼容性的增长的要求。本发明的目的在于，提供一种可行性方案，以在至少一个所述方面提供改进。
2、该目的通过根据本发明的自动化装置实现。自动化装置能够设计为传感器、执行机构或数据处理单元。特别地，自动化装置能够设计为工业自动化装置。自动化装置包括应用电子装置，例如测量装置，当自动化装置设计成传感器时通过测量装置能接收待检测的测量变量并且能将其转换为测量信号。应用电子装置也能够设计为致动装置，利用致动装置当自动化装置设计为执行机构时能够影响测量变量，或者应用电子装置能够设计为计算单元，利用计算单元当自动化装置设计为数据处理单元时能处理测量信号。同样地，自动化装置包括通信单元，通信单元允许与评估单元的数据交换，评估单元能与自动化装置耦连。自动化装置还包括供能系统，经由供能系统能提供电能并且供能系统设计用于运行应用电子装置和通信单元。供能系统包括电池和电容器，它们共同用于为通信单元和/或应用电子装置供电。电池和电容器能导电地经由开关相互连接。开关能借助于控制单元致动，控制单元也属于自动化装置。例如，通过致动开关，能使得电容器从电池充电和/或能通过电容器支持自动化装置的电池辅助运行。根据本发明，供能系统的电池设计为锂亚硫酰氯电池或者能充电的电池。对于自动化装置的大部分运行来说要求的电流强度是相对较小的。锂亚硫酰氯电池在较小的电流强度、例如低于30ma时具有增加的可用的能量含量。特别地，锂亚硫酰氯电池在根据本发明的自动化装置中具有至少五年的寿命。可通过控制单元致动的开关使锂亚硫酰氯电池的运行能够与变化的环境条件和/或功率要求相匹配。根据本发明的自动化装置能够用更少的简单部件来运行，因此具有成本效益。
3、在所要求的自动化装置的一个实施方式中，控制单元设计为，在自动化装置运行时使得电池处的运行电流通过致动开关最小化。在此，运行电流理解为自动化装置的运行状态中的由电池发出的电流强度，例如在通信单元的脉冲的运行中。电池的工作能力、例如电池能最大提供的能量含量越小，电池的温度就越低。相反，电容器在能提供的运行电流、特别是脉冲电流方面在很大程度上是温度敏感的。然而，电容器的漏电流越高，电容器的温度就越高。通过开关能使得电容器和电池利用它们相应互补的特性组合。因此，由于最小化的运行电流使得开关的致动用于延长电池的寿命。
4、此外，在所要求的自动化装置中能够使得控制单元与温度检测仪连接。温度检测仪能够设计为，检测电池、控制单元和/或环境的温度。温度检测仪能够单独设计并且设计为能与控制单元连接，或者设计集成到控制单元中。此外，控制单元能够设计用于以温度相关的方式致动开关。相应地，电容器通过开关以温度相关的方式与电池连接或与电池分离。温度检测仪能够具有至少+/-5℃的测量公差。此外，本发明的出乎意料的认知在于，已经利用这样减少的测量精度能实现自动化装置的利用电池的特别长寿命的运行。电池的技术潜力由此能很好地用尽。反之能够为了实现要求的使用寿命避免例如由于设置多个电池的过大尺寸。因此，所要求的自动化装置除了延长的能达到的使用寿命之外还有高度紧凑性。
5、此外，电容器能够设计用于借助于开关能接通地运行通信单元。通信单元在活跃模式、例如发送模式中具有提高的能量要求。通过接通电容器能够通过电容器在通信单元的活跃模式期间支持电池。同时在电池上存在的电流强度能由此减小。对电池的寿命有害的强负载的运行因此而减小。替代地或附加地，在所要求的自动化装置中控制单元能够恒定地通过电池供电。控制单元在活跃模式中具有减小的能量需求，即使在低温下也能够由电池轻松满足。由此，将电容器接入电路，专门用于通信单元和/或应用电子装置的运行。由此能以特别的程度实现所要求的自动化装置的上述技术优点。
6、此外，控制单元在所要求的自动化装置中能够设计用于以时间受控的或事件受控的方式致动开关。在时间受控的致动中开关接通或关断预先给定的持续时间。时间受控的致动能以简单的方式执行并且由此能够实现的是，预测电池的功耗、即存在的电流强度和相应的持续时间。因此相应地，电池的放电行为能以简单同时精确的方式模拟。另一方面这能够实现的是，预测更换电池的维护时间点。因此，维护时间点的预测不取决于自动化装置自身，例如能借助于评估单元执行，评估单元与自动化装置的通信单元能通信地耦连。因此，开关的事件受控的致动能够设计为，电容器通过控制单元接通的时长等于通信单元和/或应用电子装置的活跃模式存在的时长。这能使得电容器的放电最小化，从而另一方面减小了电容器在活跃模式之后要求的充电持续时间。由此在供能系统中存储的电能能够得到极其高效的利用。
7、在所要求的自动化装置的另一个实施方式中，电容器在直到20℃的温度处具有直到3μa、特别是直到1μa的漏电流。对此，电容器例如能够设计为所谓的超级电容、混合型超级电容或者超电容。在这样的温度下锂亚硫酰氯电池的能量含量降低，特别是在脉冲模式时。电容器在相应的温度下能通过致动开关与电池连接。同时使得由于漏电流的损失最小化。因此总体上实现改进的存储效果。替代地或附加地，电池能够在55℃的温度处具有最小2ah的容量、即能量含量并且设计用于提供至少100ma的电流强度。在这样的温度下电容器具有提高的漏电流并且能通过开关与电池分离。总体上，这在增加的电池寿命，例如至少五年内为自动化装置的间歇性运行提供了足够的电能。
8、此外，所要求的自动化装置中的开关能够设计为场效应晶体管、特别是所谓的mosfet或者双稳态继电器。场效应晶体管是紧凑的并且在提高的电压时提供可靠的截止作用。此外，所要求的自动化装置中的控制单元能够设计为微控制器。微控制器能够设计为可编程的并且在最小化的能量需求时在能调整的控制功能上提供较宽的时间间隔。替代地或附加地，通信单元能够设计为无线电通信单元、例如wlan、蓝牙、zigbee、lorawan或者移动网单元、特别是5g单元。由此取消用于使自动化装置与评估单元连接的接线花销。因此，该自动化装置能够作为现有工厂改造的一部分快速轻松地实施。同样，该自动化装置能够实现的节能运行意味着能够实现更长的使用寿命。这使得带有无线电通信单元的传感器成为一种实用选择，或者至少在大量应用中更具成本效益。
9、此外，所要求的自动化装置能够仅通过供能系统供电。相应地，不存在到电网的连接、特别是有线连接。因此，自动化装置的运行仅利用经由电池中电磁连接的电能、即其能量含量实现。供能系统能更大程度地微型化，从而使得所要求的自动化装置总体上特别紧凑。因此，所要求的自动化装置也能在具有较小的结构空间的地点、特别是已经存在的设备上安装。此外，供能系统包括简单和可靠的构件，构件允许持久和稳固的运行。此外，供能系统能以简单的方式封装，即能屏蔽气体或气体混合物的入侵。通过封装设计的供能系统，所要求的自动化装置也能在具有可燃或可爆炸的气体或气体混合物的环境中安全地使用。可替换或附加地，自动化装置的供能系统能够与变动的外部的能量源连接，能量源能够设计为光伏电池或风力发电设备。通过变动的外部的能量源能给电容器充电。此外，设计为能充电的电池能通过变动的外部的能量源充电。
10、在所要求的设计为传感器的自动化装置的另一个实施方式中，测量装置作为应用电子装置能够包括雷达发射器、激光雷达发射器、超声波发射器、调谐二极管激光器、烟雾探测器和/或红外线分析仪。这样的测量装置在活跃模式中具有提高的能量需求。这样的测量装置的能量需求能通过电容器支持。在此，避免在电池处的提高的电流强度。这样的能量密集的测量装置在所要求的自动化装置中能脉冲地运行，而不显著妨碍电池的寿命。特别地，电池能够在设计点运行更长时间，以增加使用寿命或能量含量。替代地或附加地，测量装置能够具有接口，接口能以4ma至20ma运行。因此，所要求的自动化装置能够实现大量测量原理并增加使用寿命。因此，所要求的自动化装置能容易匹配多种应用目的。
11、该目的也通过根据本发明的用于运行自动化装置的方法实现。自动化装置包括应用电子装置、通信单元和用于驱动测量装置的供能系统。供能系统具有电池和电容器，它们经由开关相互连接。经由开关的连接能通过致动开关断开和/或闭合。该方法具有第一步骤，在第一步骤中提供在运行状态中的自动化装置，在自动化装置中电容器至少部分充电。同样地，自动化装置的所有构件在该运行状态中是能工作的。进行第二步骤，在第二步骤中进行温度的检测和开关的闭合。该闭合在自动化装置的空闲模式期间进行，即当不存在应用电子装置的活跃模式和/或通信装置的发送模式的时候。此外，当在第二步骤中检测的温度高于阈值温度的时候，闭合开关。可替换地，当在第二步骤中检测的温度低于阈值温度的时候，断开开关。因此，阈值温度限定的是，在那个温度电容器接通以用于支持空闲状态中的电池。由此，在低温下能减少电池的妨碍寿命的运行。反之，在高温下能减少由于电容器处的漏电流而有损耗的运行。在第二步骤中检测的温度能够是电池、控制单元和/或周围环境的温度。
12、作为第二步骤的替换或补充，在根据本发明的方法中执行第三步骤。在第三步骤中进行开关的闭合以用于支持自动化装置的活跃模式，通信单元和/或应用电子装置在自动化装置中运行。特别地，在开关闭合时经由电容器提供电能以用于运行通信单元或应用电子装置。因此，通过由电容器提供的电能减少电池的强负载的运行。
13、在此，自动化装置的通信单元设计为无线电通信单元，例如wlan、蓝牙、zigbee、lorawan或者移动网单元、特别是5g单元。根据本发明的方法最小化了自动化装置运行期间的工作电流，由此实现电池的提高的使用寿命。此外减少活跃模式中电池的负载，这同样导致电池的提高的使用寿命。因此，根据本发明的方法允许的是，能够使用尺寸较小的电池来运行带有无线电通信单元的自动化装置，并且通过更充分地利用该电池，延长了需要更换电池的维护时间。该方法利用最少的简单的部件并且能经济高效地实施。因此，具有无线电通信单元的自动化装置适用于广泛的实际应用，特别是在工厂自动化中。
14、根据所要求的方法的一个实施方式，自动化装置能够根据上述的实施方式中的至少一个设计。因此，所要求的自动化装置的技术特征能类似地传递到方法上并且反之亦然。因此，所要求的自动化装置的技术优点也以相同的方式适用于所要求的方法。
15、此外，所要求的方法的第三步骤能够以时间受控或者事件受控的方式执行。时间受控地执行理解为，开关接通或关断预先给定的持续时间。时间受控的闭合能以简单的方式执行并且能够实现的是，预测电池的功耗、即存在的电流强度和相应的持续时间。因此相应地，电池的放电行为能以简单同时精确的方式模拟。另一方面这能够实现的是，预测更换电池的维护时间点。因此，维护时间点的预测不取决于自动化装置自身，例如能借助于评估单元执行，评估单元与自动化装置的通信单元能通信地耦连。因此，开关的事件受控的闭合能够设计为，电容器通过控制单元接通的时长等于通信单元和/或应用电子装置的活跃模式存在的时长。由此能使得电容器的放电最小化，由此另一方面减小了电容器在活跃模式之后要求的充电持续时间。
16、同样地，开头所描述的目的通过根据本发明的控制单元实现，控制单元设计用于运行自动化装置。控制单元包括存储器和计算单元，其设计用于存储和实施指令。此外，控制单元设计用于接收测量信号，其在活跃模式中能由自动化装置的应用电子装置、例如测量装置生成。同样地，控制单元设计用于发出控制指令，利用控制指令能致动自动化装置中的开关。根据本发明，控制单元适用于执行根据上述实施方式中的至少一个方法。相应地，所要求的方法和所要求的自动化装置的特征能传递到根据本发明的控制单元上。为了执行所要求的方法，控制单元能够具有相应的程序。
17、特别地，控制单元设计为微控制器，其布置在自动化装置中。
18、此外，上述目的通过根据本发明的用于模拟自动化装置的运行行为的计算机程序产品实现。对此，计算机程序产品具有物理模块，物理模块至少设计用于模拟自动化装置的供能系统。同样，物理模块能够设计用于，模拟控制单元的行为、即接收测量信号和发送控制指令。对此，根据本发明的计算机程序产品包括待模拟的自动化装置的至少一个供能系统的数字图像，其例如模拟其建造结构和/或其功能性。可替换或附加地，供能系统也能够设计为物理模块中的计算模型。物理模块设计用于，在能调整的运行条件下模拟自动化装置的运行行为。属于能调整的运行条件的例如包括活跃模式的持续时间和频率，即测量装置的测量模式和/或通信单元的发送模式、环境的温度曲线、供能系统的电池的热特性、特定温度范围内的运行时间的概率分布、控制单元的控制行为、测量装置或通信单元的电负载曲线和/或开关的切换行为。电池、即自动化装置的能达到的使用寿命能由此预测。特别是能准确预测接下来的维护进程、例如电池的更换。计算机程序产品能够具有数据接口，经由数据接口将相应的数据经由用户输入和/或经由其它面向模拟的计算机程序能预先给定。同样地，计算机程序产品能够具有用于输出模拟结果给用户和/或其它面向模拟的计算机程序产品的数据接口。借助于计算机程序产品例如能通过模拟对电池的测量充电状态进行合理性检查。所要求的计算机程序产品也设计用于，保障用于根据本发明的自动化装置的故障诊断。另外，该计算机程序产品能够在所要求保护的自动化设备上的持续运行期间至少部分地执行，以预测维护过程和/或用于故障信号传输。
19、由于底层自动化装置(其运行行为能够由根据本发明的计算机程序产品模拟)由简单组件组成，因此能够以代数方式模拟，即无需借助有限元方法。相应地，根据本发明的计算机程序产品也能利用减少的计算功率足够快地执行。特别地，根据本发明的计算机程序产品能够提供实时性，例如用于实时监视模拟的自动化装置。限定实时能力的进一步要求例如来自能够结合自动化装置的工厂过程。此外，能够借助于根据本发明的计算机程序产品也以实用的方式在设备过程的范畴中监视多个自动化装置。计算机程序产品能够设计为所谓的数字孪生，例如在出版物us2017/286572a1中描述的那样。专利文献us2017/286572 a1通过引用包含在本发明中。计算机程序产品能够整体设计、即能完整地在硬件品台上实施。可替换地，计算机程序产品能够模块化地设计并且包括多个子程序，子程序能在单独的硬件平台上实施并且经由数据通信链接共同作用，例如计算机云和/或管理计算机。这样的数据通信链接能够是网络连接或互联网连接。此外，能够通过根据本发明的计算机程序产品模拟地证实和/或优化自动化装置。
1.一种自动化装置(10)，包括应用电子装置(20)、通信单元(30)和用于运行所述应用电子装置(20)和所述通信单元(30)的供能系统(40)，所述供能系统包括电池(42)和电容器(44)，其中，所述电池(42)和所述电容器(44)能够经由开关(46)相互连接，能够借助于控制单元(50)致动所述开关，其特征在于，所述电池(42)设计为锂亚硫酰氯电池(47)。
2.根据权利要求1所述的自动化装置(10)，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的自动化装置(10)，其特征在于，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的自动化装置(10)，其特征在于，
5.根据权利要求1至4中任一项所述的自动化装置(10)，其特征在于，
6.根据权利要求1至5中任一项所述的自动化装置(10)，其特征在于，
7.根据权利要求1至6中任一项所述的自动化装置(10)，其特征在于，
8.根据权利要求1至7中任一项所述的自动化装置(10)，其特征在于，
9.根据权利要求1至8中任一项所述的自动化装置(10)，其特征在于，
10.一种用于运行自动化装置(10)的方法(100)，所述自动化装置包括应用电子装置(20)、通信单元(30)和用于运行测量装置(20)的供能系统(40)，其中，所述供能系统(40)具有设计为锂亚硫酰氯电池的电池(42)和电容器(44)，其中，所述电池(42)和所述电容器(44)经由开关(46)相互连接，所述方法包括以下步骤：
11.根据权利要求10所述的方法(100)，其特征在于，
12.根据权利要求10或11所述的方法(100)，其特征在于，
13.一种用于运行自动化装置(10)的控制单元(50)，所述控制单元包括存储器和计算单元，所述计算单元设计用于存储和执行指令，并且所述控制单元(50)设计用于接收测量信号(23)和发出控制指令(55)，其特征在于，所述控制单元(50)设计用于实施根据权利要求10至12中任一项所述的方法(100)。
14.一种用于模拟自动化装置(10)的运行行为的计算机程序产品(80)，所述计算机程序产品包括所述自动化装置(10)的供能系统(40)的至少一个数字图像(82)，其特征在于，根据权利要求1至9中任一项设计所述自动化装置(10)。
