Projektziel
Ziel des Projekts war die Entwicklung und Demonstration eines marktbasierten Multiagentenansatzes zur Regelung von Fluidsystemen. Dieser sollte einen energieeffizienten und zuverlässigen Betrieb ermöglichen, die Inbetriebnahme vereinfachen und die Anpassungsfähigkeit bei Änderungen im System erhöhen. Dabei wurde weitgehend auf eine zentrale Koordination verzichtet: Stattdessen treffen lokale Agenten für Pumpen und Ventile autonome Entscheidungen und stimmen sich über gemeinsame Regeln und marktbasierte Mechanismen miteinander ab.
Hintergrund
Fluidsysteme sind in vielen Bereichen unverzichtbar, etwa für die Trinkwasserversorgung, industrielle Kühlprozesse, die Abwasserentsorgung oder Dosieraufgaben in der Produktion. Ihr Betrieb steht jedoch in einem grundlegenden Spannungsfeld: Die Systeme sollen energieeffizient, zuverlässig und flexibel arbeiten und zugleich mit möglichst geringem Investitions-, Inbetriebnahme- und Wartungsaufwand auskommen.
Klassische Regelungsansätze können diese Anforderungen oft nur teilweise erfüllen. Zentrale Regelungen ermöglichen durch die Nutzung von Systemwissen eine hohe Effizienz, sind jedoch aufwendig in der Auslegung und anfällig gegenüber Änderungen im System. Rein lokale Regelungen sind robuster und einfacher umzusetzen, schöpfen die vorhandenen Effizienzpotenziale aber nicht vollständig aus. Vor diesem Hintergrund untersucht das Projekt Multiagentensysteme als Lösungsansatz, um die Vorteile beider Ansätze zu verbinden und Fluidsysteme effizienter, robuster und flexibler zu betreiben.
In einer Multi-Agenten-Regelung werden aktive Systemkomponenten wie Pumpen und Ventile durch lokale Regler gesteuert, die miteinander kommunizieren. Dadurch lässt sich die Effizienz steigern und zugleich eine hohe Robustheit erreichen. Im Projekt wurde die Wasserversorgung in Hochhäusern als Beispielsystem untersucht. Im Mittelpunkt stand ein volkswirtschaftlich inspirierter Ansatz, bei dem die Agenten auf einem gemeinsamen Markt Volumenstromgarantien handeln.
Vorgehen und Ergebnisse
Im Projekt wurde ein auktionsbasierter Regelungsansatz verfolgt. Pumpen versteigern Volumenstromgarantien an die Verbraucher, die hierfür bedarfsabhängige Gebote abgeben.
Ergänzend wurden ein OPC-UA-basiertes Kommunikationsframework, ein Verfahren zur automatischen Topologieidentifikation sowie kollaborative Ansätze zur effizienteren Bereitstellung der Volumenströme umgesetzt. Die Ergebnisse zeigen vielversprechende Potenziale hinsichtlich Bedarfserfüllung, Energieeffizienz, Flexibilität und Verteilungsgerechtigkeit.
Die Zwischenergebnisse wurden dabei regelmäßig mit Industrievertretern diskutiert, um ihre Praxisnähe und Übertragbarkeit auf reale Anwendungen sicherzustellen.
Im Projekt wurden Zielgrößen der Regelung wie Effizienz und funktionale Qualität betrachtet und obere Schranken mittels optimaler Regelungen abgeleitet.
Fazit
Das Projekt zeigt, dass auktionsbasierte Multiagentensysteme ein vielversprechender Ansatz für die Regelung von Fluidsystemen sind. Die entwickelten Verfahren bieten Potenziale für eine robuste, flexible und vergleichsweise einfach umsetzbare Regelung sowie für Verbesserungen bei Bedarfserfüllung, Energieeffizienz und Verteilungsgerechtigkeit.
Durch das entwickelte Framework wurde zudem eine Grundlage für die herstellerübergreifende Einbindung unterschiedlicher Komponenten geschaffen. Insgesamt leisten die Ergebnisse einen Beitrag zur industriellen Digitalisierung von Fluidsystemen und bilden eine Basis für die weitere Überführung in anwendungsnahe Lösungen
