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SIMATIC WinCC / PCS 7

Powerrate

Cambiamenti climatici Costo delle materie prime

Il contesto: Clima, energia, eco-sostenibilità

© Siemens SPA 2010 – All rights reserved

SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 2 Industry Sector

Regolamentazioni e leggi Aspetti economici

Ottimizzazione dei costi di produzione

Allocazione dei costi dell’energia

Trasparenza nel costo dell’energia per singola produzione.

Protocollo di Kyoto -> Copenhagen

Pacchetto Clima ed Energia, obiettivo 20/20/20, emesso dal Parlamento europeo nel dicembre 2008

Regolamento EU Nr. 244/2009

ISO 50001 (luglio 2011)

ISO 50001 “Sistemi di gestione dell'energia - Requisiti e linee guida per l'uso“

Energy Management

La EN 16001 specifica i requisiti per creare, avviare, manutenere e migliorare un sistema di gestione dell'energia all’interno di un’organizzazione. Management

Review

ISO 50001

Energy policy

Energy Planning

Implementation

and Operation



Si estende a tutta l’organizzazione

Sono linne guida che deve essere seguita costantemente al fine di migliorare sempre più l’efficienza energetica.

Include aspetti tecnici, economici e legali.

E’ rivolta a clienti finali ed indirettamente a system integrators e OEMs

Internal Audit

Review

Nonconformities,

Correction and

Prevention

Checking

and Operation

Monitoring

Measuring and

Analysis

Servizi per l’EnergiaEnergy Management SystemEfficienza Energetica

Energy Management è l’insieme di processi che permettono ad un’organizzazione di determinare, analizzare e migliorare sistematicamente e continuamente i propri consumi di energia. Esso deve tener conto di aspetti economici, tecnici e legali.

Definizione di Energy Management



Servizi di ottimizzazione lungo tutta la catena del valore, dalla produzione di energia alla sua utilizzazione finale.

Un sistema tecnologico il cui scopo è la raccolta, l’analisi e la visualizzazione dei dati energetici e l’applicazione di azioni rivolte a controllare i consumi.

Efficienza Energetica significa ridurre i consumi di energia senza ridurre l’uso delle attrezzature che richiedono energia.

Energy Management System



Energy Management SystemSiemens ha un portafoglio prodotti che copre tutti i requisiti di un EMS

Energy Management System

Pianificazione

Acquisto

Archiviazione( WinCC / PCS 7 )



Reporting

Visualizzazione

Load Management

Compressione

Acquisizione Dati

Comunicazione

Viele Geräte liefern bereits heute schon EnergiedatenMolti dispositivi già forniscono dati relativi ai consumi di energia elettrica

( WinCC / PCS 7 )

Energy Management SystemSoluzione integrata basata sulla Totally Integrated Automation

Automazione discreta (FA) Manutenzione/Diagnostica Gestione dell’Energia

Integrazione TIA

Controllo di Processo (PA)



Discreto Processo Logistica, etc.

Soluzioni personalizzate

Software specifici,

SIMATIC WinCC / PCS 7 Powerrate Soluzione integrata nel sistema di automazione

SCADA +Energy Management

Soluzioni stand-alone Soluzione integrata



Strumenti di misura

custom

I sistemi integrati, basati su componenti standard, sfruttano funzionalità già esistenti ed offrono una interfaccia comune.

SIMATIC WinCC / PCS 7 Powerrate Adatto a qualsiasi ambito industriale

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Requisiti di un Energy Management System sono presenti in qualsiasi tipo di industria.

SIMATIC Powerrate si adatta a qualsiasi istallazione industriale, discreta o di processo, e per qualsiasi tipo di energia.

Process Industries Factory IndustriesHybrid Industries

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Gas

Acqua

Energia elettrica

Calore

SIMATIC WinCC / PCS 7 Powerrate Architettura

SIMATICPLC S7

PCS 7 o WinCC con

SIMATIC Powerrate

web



SENTRON 3VL

Circuit breakers

ET200S

Motor Starter

SIRIUS 3RW44

Soft Starter

PROFIBUS

ET200pro

Motor Starter

& ECOFAST

SIMOCODE pro

Motor

Management

SENTRON 3WL

Circuit breakers

SENTRON

PAC3200

Multifunction-

Meter

Dispositivi Siemens che comunicano valori di energia a SIMATIC Powerrate

SINAMICS

Motor Management

SIMATIC WinCC / PCS 7 Powerrate Architettura con Profinet come fieldbus

SIMATICPLC S7

PCS 7 o WinCC con

SIMATIC Powerrate

web



SIMATICIE/PB Link

profinet

profibus

SIMATIC WinCC / PCS 7 PowerrateComponenti della libreria

Powerrate Faceplates



Powerrate Reports

Powerrate FB per PLC S7

SIMATIC WinCC / PCS 7 Powerrate Integrazione nella supervisione di WinCC / PCS 7



Controllo di processo e gestione dell’energia in un unico tool

Collegamenti tra i dati di processo e i dati di energia

Utilizzo delle funzioni base dello SCADA (allarmi, archivi, trend, grafica …)

Faceplates predefiniti per il monitoraggio e la gestione dei carichi

SIMATIC WinCC / PCS 7 Powerrate Integrazione nei controllori SIMATIC S7

Internet



Coesistenza nello stesso controllore SIMATIC S7 delle funzioni di gestione impianto e gestione energia.

Tutte le principali funzioni, compreso lo stacco/riattacco carichi, gestite tramite i blocchi funzione di SIMATIC Powerrate, nei controllori SIMATIC S7-317, S7-319 e S7-4xx. In caso di impianti già esistenti

molti clienti preferiscono aggiungere un PLC ed una

stazione WinCC separati dedicati all’Energy Management.

SIMATIC WinCC / PCS 7 PowerrateFunzionalità distribuite su vari livelli, dagli strumenti all’utente

LivelloMonitoraggio eControllo

Livello

Visualizzazionevalori attuali

Curve deicarichi

Messaggi

Buffer dei valori

Archiviazione dati

Esportazione

AttivazioneReports

Database PCS 7 / WinCC

Stacco/Riattaccodei carichi

Gestionedei carichi

Integrazione diPAC3200;

ConfigurazioneReports

(per centri di costo)

VisualizzazionePAC 3200/4200

Gestioneinterruttoridi sicurezza



LivelloElaborazione

Livello acquisizione

Buffer dei valori di energia e potenza

Normalizzazione delle misure (es. “peso“ di un impulso)

Impulsi di potenza istantanea / valori di energia / valori di potenza media

Calcolo dei valoridi potenza richiesta

per periodo

Calcolo dei Trend

Calcolo dei valori di energia per periodo

Monitoraggio delle soglie di potenza

dei carichibasato sulle priorità

ComunicazionePLC-PLC

PAC3200;PAC4200;

Circuit breakers

Calcolo dei consumi per prodotto (Batch)

Blocchi S7powerrate

ComponentePCS 7 / WinCC

Reportspowerrate

Legenda

Faceplatespowerrate

SIMATIC WinCC / PCS 7 PowerrateFlusso dei dati: lettura, elaborazione, archiviazione

Impulsi pesati di energia

Contatori(digitali / analogici)

Algoritmo di calcolo

Elaborazione nel PLC S7

Archiviazione potenza media richiesta ed energia spesa per un periodo di riferimento

Calcolo valori di potenza ed energia istantanei

Stima lineare della potenza media alla fine del periodo di riferimento

• Gestione dei carichi con stacco/riattacco carichi in

Visualizzazione



Database SQL

WinCC

PLC S7 buffer

Reports

Archiviazione

stacco/riattacco carichi in funzione del limite impostato

• Calcolo dei consumi per Batch

• Monitoraggio PAC3200/PAC4200

• Gestione degli interruttori

Impulso di sincronizzazione

Stacco / Riattacco carichi basato sulle

priorità

Comando degli interruttori di

sicurezza via DO

Stato degli interruttori di

sicurezza via DI

SIMATIC powerrateLibrary objects of powerrate

1 IdentificareBlocchi funzione per l’acquisizione dei dati energetici



Sincronizzazione con l’intervallo di riferimento definito dal fornitore di energia

Acquisizione tramite vari tipi di segnali indipendenti dallo strumento di misura

Funzioni di calcolo del valore di energia in base ad una formula configurabile

Calcolo della potenza media al termine dell’intervallo di riferimento

Buffer FIFO nel PLC dei valori di energia dei periodi di riferimento con time-stamp locale.

IdentificareVisualizzazione dati tramite faceplate di libreria Powerrate1

Faceplate unico per ogni tipo di misura di energiacon indicazione dei valori attuali e di quelli dell’ultimo periodo e la stima della media alla fine del periodo attuale

Possibilità di caricare manualmente i dati

Viste per tabelle, trend e allarmi del carico



IdentificareMultimetro multifunzione Sentron PAC3200

Aree di applicazione:

Montaggio in quadri elettrici e sistemi di distribuzione dell’energia

Monitoraggio continuo dei parametri rilevanti del sistema di distribuzione dell’energia elettrica (U, I, P, f, cos φ, ...)

1



f, cos φ, ...)

Principali caratteristiche del Sentron PAC3200

Misure in bassa tensione fino a 690V (L-L)

Completezza ed accuratezza delle misure

Comunicazione integrata via Modbus TCP/IP, opzionale via PROFIBUS DP

Morsettiera DI / DO integrata multifunzionale configurabile

IP65 di standard

Integrazione in WinCC / PCS 7 Powerrate

IdentificareFunzioni e faceplate dedicati per dispositivi SENTRON1



Blocchi funzione nel PLC e faceplate di supervisione dedicati per i multimetri SENTRON PAC 3200 collegati in profibus DP (libreria PAC3200 per WinCC e PCS7 inclusa nella fornitura)

Blocchi funzione nel PLC e faceplate di supervisione dedicati per gli interruttori SENTRON 3VL/3WL ((libreria SENTRON 3VL/3WL per PCS7 inclusa nella fornitura)

1 IdentificareIndipendenza dalla modalità di misura e dal tipo di energia

10Sensor

“air”Quantity “air” (m³)



Integrazione di dispositivi già esistenti che forniscono valori di energia.

Misure tramite dispositivi SIEMENS o di terze parti.

Misura di ogni tipo di energia, anche tramite SENTRON PAC (IEC 62053-31).

1

2Sensor“gas”

Sensor“water”

“air”… …

Quantity “water” (m³)

Quantity “gas” (m³)

SENTRON PAC 4200

counter

…counter

counter

counter

Utilizzo del database SQL integrato in WinCC/PCS 7 per registrare i messaggi relativi ai consumi energetici

Interfaccia grafica comune per i messaggi dei consumi energetici e del processo.

Allarmi di superamento soglie di consumo configurabili e automaticamente generati dai

AnalizzareIntegrazione alarmi in WinCC e PCS 72



generati dai blocchi funzione della libreria Powerrate.

Possibilità di funzioni statistiche sugli allarmi (hit lists, frequenza…)

Possibilità di esportazione in formato Excel o via OPC A&E

Utilizzo del database SQL integrato in WinCC/PCS 7 per registrare le misure relative ai consumi energetici nel periodo di riferimento.

Accesso via web ai dati generati da Powerrate tramite faceplates ed interfacce standard di WinCC e PCS 7.

Possibilità di esportazione in formato Excel o via OPC HDA.

AnalizzareStoricizzazione consumi integrata in WinCC e PCS 72



Wizard per creare varie tipologie di report basati su Excel con layout personalizzabile:

Report su base temporale con intervallo di tempo configurabile (da..a, ultimo giorno, ultima settimana, ultimo mese..)

Report dei consumi per Batch, differenziando i vari tipi di energia

Report dei consumi per centri di costo con rappresentazione in forma di tabelle

AnalizzarePowerrate report2



Report dei consumi per centri di costo con rappresentazione in forma di tabelle o grafici a barre

Report della curva di carico

Definizione di centri di costo e di un calendario con diverse fasce tariffarie

Generazione manuale e automatica dei report

Possibilità di confronto tra diversi carichi o gruppi di carichi (es. linee di produzione)

TRASPARENZA DEI CONSUMITRASPARENZA DEI CONSUMITRASPARENZA DEI CONSUMITRASPARENZA DEI CONSUMI

AnalizzareReports dei consumi per Batch (ord. tempo/nome)2



Per ogni Batch è possibile calcolare i consumi di diversi tipi di energia (elettricità, acqua, gas…), ciascuno con più carichi

I valori finali calcolati sono archiviati in una tabella di WinCC User Archive e possono essere esportati in Excel.

AnalizzareConfigurazione flessibile di diverse fasce tariffarie2

Definizione di set di tariffe per ogni tipo di energia

Definizione dei costi dell’energia per ogni fascia oraria fino a 12 tariffe differenti

Tariff sets



Assegnazione delle tariffe ad un calendario con possibilità di inserire le festività annuali.

AnalizzareReports dei consumi per centri di costo2



Ogni carico è assegnato ad un centro di costo

Il report calcola per il periodo richiesto i consumi ed i costi dell’energia suddivisi per c.d.c.

AnalizzareReport di diagramma di durata di un carico

E’ un’indicazione della frequenza di occorrenza dei valori medi per un determinato intervallo di tempo.

Il generico punto della curva di durata del carico è caratterizzato da un valore di potenza Pi e da una durata in ore ti, tali per cui per una durata annuale di ti ore la potenza richiesta è >= Pi. La potenza minima Pmin è richiesta per tutto l’anno mentre la potenza massima Pmax è richiesta solo per poche ore.Il prodotto tra ti e Pi è una misura dell’ energia in KWh.

2



misura dell’ energia in KWh.

Individuazione veloce dei picchi di energia e delle possibili ottimizzazioni

Frequency of occurrenceAmpio range di potenza.Carico non bilanciato (picchi) Frequency of occurrence

Carico bilanciato mapotenza minima alta.

Load Management

3Utilizzo di Inverter Uso di motori più efficienti

IntervenireOverview ottimizzazione carichi



Utilizzare inverter per i motori esistenti

Sostituire apparecchiature obsolete con altre a maggiore efficienza energetica

Migliorare i processi produttivi

Intervenire in anticipo staccando uno o più carichi per evitare il superamento del

limite di potenza impegnata stipulata con il fornitore di energia (Load Shedding)

Curva di carico

Leistungsdiagramm 11.04.2007

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kW

L’obiettivo è ridurre i picchi di consumo

15 minuti

3 IntervenirePrincipio di funzionamento del “Load Shedding”



Controllo del limite

1

2

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4

5

Controllo continuo del limite di potenza impegnata nel periodo di riferimento (15 min.)

Calcolo continuo della potenza media finale in base ai carichi collegati (stima lineare)

Confronto continuo tra la potenza media finale stimatae il limite di potenza impegnata

Se potenza media finale stimata > potenza impegnatastacco carichi

Nel nuovo intervallo di riferimento: riattacco carichi

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t

3 IntervenireLoad Management con Powerrate

Carico attuale

Previsione al termine del periodo di riferimento

Limite contrattuale

Limite di carico disponibile

Faceplate Load Management La gestione dei carichi è effettuata nel PLC da uno specifico blocco funzione della libreria Powerrate col suo faceplate corrispondente.

Il blocco fornisce le informazioni necessarie relative



Tempo residuo al termine del periodo di riferimento

Limite di carico disponibile senza effettuare stacchi

Carico già staccato nel periodo di riferimento

Il blocco esegue il “Load Shedding” in automatico in base alle caratteristiche dei carichi disponibili

Definizione di tariffe dipendenti dal tempo (on-peak, off-peak, holiday)

Isteresi per prevenire stacchi carichi non necessari

informazioni necessarie relative al carico totale e gli allarmi in caso di superamento di soglie preimpostate.

L’utente definisce la lista dei carichi staccabili e relative caratteristiche in una tabella di WinCC User Archive:

Priorità

tempi min/max di ON/OFF automatico

rolling dei carichi con la stessa priorità

Lo stacco/riattacco avviene tenendo conto delle

3 IntervenireLoad Management con Powerrate

Faceplate Load Management



Lo stacco/riattacco avviene tenendo conto delle priorità e degli assorbimenti dei carichi della lista

SIMATIC powerrate Bedienbild

Configurazione dei carichi staccabili

Stacco diun carico

Rotazione dei carichicon la stessa priorità

carichi

SIMATIC WinCC / PCS 7 PowerrateEsempio di pagina grafica WinCC con Load Management



Carico totale

Tendenza stimataLimite contrattuale

un carico

Total loadLoad Mgt.

SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate V4Licenze

Licenza unica di ingegneria e runtimeper ogni stazione WinCC o PCS 7 collegata alla rete

di PLC S7 ed indipendente dal numero di PLC S7

Licenza Trial: licenza completa limitata a 30 giorni

Licenza Licenza Licenza



Licenza Powerrate

Licenza Powerrate

Licenza Powerrate

SIMATIC Powerrate per WinCC include la libreria SENTRON PAC.SIMATIC Powerrate per PCS 7 include la libreria SENTRON PAC e SENTRON 3VL/3WL.

SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate V4Requisiti e novità del SP1

Requisiti:

Progetto WinCC integrato in Step 7

MS Excel 2003, MS Excel 2007 per i Powerrate reports

PLC supportati per la libreria Powerrate: - SIMATIC S7-315/317/319 PN/DP



- SIMATIC S7-315/317/319 PN/DP

- SIMATIC S7-41x- SIMATIC WinAC RTX

Novità di V4:

Basso consumo di tag di WinCC

Wizard per la configurazione dei dati di archivio

BIRRA PERONI SpA (gruppo SABMiller)Energy Management System

Cliente/Progetto/Settore

Requisiti richiesti dal cliente

Cliente finale: BIRRA PERONI SpA

Settore: F&B

Progetto: monitoraggio consumidi energia elettrica, vapore, acqua earia compressa negli stabilimenti italianidel gruppo (Roma, Bari e Padova).



Requisiti richiesti dal cliente

Configurazione SiemensUtilizzo dell’hardware esistente (PLC,multimetri digitali, scada WinCC, rete VPN che collega i 3 stabilimenti).

Migliorare l’efficienza energetica neglistabilimenti produttivi.

Vari PLC S7-315 2PN/DP nei tre stabilimenti collegati darete VPN.

Server WinCC V7.0 SP3 nel CED Peroni di Roma conopzioni Powerrate V4, WinCC WebNavigator e DataMonitor

Il progetto Powerrate raccoglie circa 170 misure di consumi energetici dai tre stamilimenti

Sistema di reportistica dei consumi basato su Excel.

Massima trasparenza di tutti i consumi energetici.

Flessibilità e scalabilità offerte dai prodotti modulariSiemens.

Vantaggi per il cliente

Energy Management atSiemens – Gerätewerk Amberg

Customer: Siemens AmbergTotal consumption in FY 06-07:34,863 GWh

Energy peaks: 7,0 MWh

Motivation:Identifying possible-savings

More accurate accounting

No clear allocation dedicated consumer load



No clear allocation dedicated consumer load

Manual collection of energy values

Solution:Installation of >150 PAC3200

Networking of devices

Use of SIMATIC Powerrate

Project results

In operation since end of 2006

Higher transparency in energy consumption andintroduction of a Load Management after 1 year:- 10% less

peak load- 3% less

base load

Additional poss.savings with thenext projectphase expected

Peak load: 10% reduction

Base load: 3% reduction

before after

Base load

total

Energy Management at a well knownManufacturer of Machine Components

Customer: manufacturer of Precision Machine Components

Motivation:Retrofit of the complete low voltage main power distribution as part of plant expansion by 5.500 m2)

Energy transparency of the consumption values(„state-of-the art“ in a modern, future-oriented plant)

Solution:



Solution:43 panels SIVACON 8PT Powercenter 7000A

Installation of PAC3200 for electrical key values

SIMATIC S7 Controller

Power-Managementwith WinCC andpowerrate

Results:

Overview about actual status of the plant

Recognize energy peaks

Identification of “energy guzzlers”

Precise accounting of energy consumptions

Chemical Park MarlEnergy Management System at Infracor GmbH

Customer: Chem. park Marl, Infracor GmbH6.500.000 m2 Industry areal

ca. 30 companies at the location

> 100 production plants (most chemicals)

Request for products with cogeneration of heat & power- ca. 295 MW electricity- 700 ... 1.100 t/h steam

Motivation:



Motivation:Target: site-wide Energy Management System

Consideration of all energies(electricity, steam, gas, utilities, wastewater)

Inclusion of the power supplies:- 3 x on-site power plants (with 5 units)- 3 x 110kV incoming feeder (external networks)

The solution:Implementation of a modern Energy Management System withca. 30.000 data points

Energy Management software b.data

Project characteristics:

Structured energy process for all energy data

Spec. reports (e.g. operation mode of GuD plant)

Schedule management (import of load target profile)

Analysis of energy businesses (set-actual-comp.)

Accounting grid management electricity

Monthly reports for energy accounting electricity

Data acquisition for emission monitoring

Automatic data acquisition for statistics

SIMATIC WinCC / PCS 7 Powerrate Conclusioni



Sistema di gestione energetica opzionale per sistemi WinCC e PCS 7

Totale trasparenza dei dati relativi ai consumi di qualsiasi tipo di energia

Indipendenza dalla modalità di acquisizione dati

Funzione di “Load Shedding” (stacco carichi)

Diversi tipi di reports con calcolo dei costi per Batch e centri di costo

Integrazione multimetri SENTRON PAC3200/4200

Archiviazione dati nel database SQL standard di WinCC/PCS 7

Grazie!

Domenico Leonetti

SIEMENS SpA

I IA AS HMI

+39 02 24362884

[email protected]

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