SIMATIC WinCC / PCS 7 Powerrate

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1 SIMATIC WinCC / PCS 7 Powerrate

2 Il contesto: Clima, energia, eco-sostenibilità Cambiamenti climatici Costo delle materie prime Regolamentazioni e leggi 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 (luglio 2011) Aspetti economici Ottimizzazione dei costi di produzione Allocazione dei costi dell energia Trasparenza nel costo dell energia per singola produzione. SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 2 Industry Sector

3 ISO Sistemi di gestione dell'energia - Requisiti e linee guida per l'uso ISO Energy Management Management Review Internal Audit Energy policy Energy Planning Implementation and Operation Checking Nonconformities, Correction and Prevention Monitoring Measuring and Analysis La EN specifica i requisiti per creare, avviare, manutenere e migliorare un sistema di gestione dell'energia all interno di un organizzazione. 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 SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 3 Industry Sector

4 Definizione di Energy Management 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. Efficienza Energetica Efficienza Energetica significa ridurre i consumi di energia senza ridurre l uso delle attrezzature che richiedono energia. Energy Management System 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. Servizi per l Energia Servizi di ottimizzazione lungo tutta la catena del valore, dalla produzione di energia alla sua utilizzazione finale. SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 4 Industry Sector

5 Energy Management System SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 5 Industry Sector

6 Energy Management System Siemens ha un portafoglio prodotti che copre tutti i requisiti di un EMS Energy Management System Acquisto Pianificazione Archiviazione Reporting ( WinCC / PCS 7 ) Visualizzazione Compressione Load Management Comunicazione Acquisizione Dati Molti dispositivi Viele Geräte già forniscono liefern bereits dati relativi heute ai schon consumi Energiedaten di energia elettrica SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 6 Industry Sector

7 Energy Management System Soluzione integrata basata sulla Totally Integrated Automation Automazione discreta (FA) Controllo di Processo (PA) Manutenzione/Diagnostica Gestione dell Energia Integrazione TIA Discreto Processo Logistica, etc. SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 7 Industry Sector

8 SIMATIC WinCC / PCS 7 Powerrate Soluzione integrata nel sistema di automazione Soluzioni personalizzate stand-alone Soluzione integrata SCADA + Energy Management Software specifici, custom Strumenti di misura I sistemi integrati, basati su componenti standard, sfruttano funzionalità già esistenti ed offrono una interfaccia comune. SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 8 Industry Sector

9 SIMATIC WinCC / PCS 7 Powerrate Adatto a qualsiasi ambito industriale Power Refinery Water Chemicals Oil & Gas Pulp & Paper Metal & Mining Pharmaceuticals Glass Food & Beverage Automotive Electronics Process Industries Hybrid Industries Factory Industries 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. Energia elettrica Acqua Gas Calore SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 9 Industry Sector

10 SIMATIC WinCC / PCS 7 Powerrate Architettura web PCS 7 o WinCC con SIMATIC Powerrate SIMATIC PLC S7 PROFIBUS SENTRON PAC3200 Multifunction- Meter SENTRON 3WL Circuit breakers SENTRON 3VL Circuit breakers SINAMICS Motor Management SIMOCODE pro Motor Management ET200S Motor Starter ET200pro Motor Starter & ECOFAST SIRIUS 3RW44 Soft Starter Dispositivi Siemens che comunicano valori di energia a SIMATIC Powerrate SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 10 Industry Sector

11 SIMATIC WinCC / PCS 7 Powerrate Architettura con Profinet come fieldbus web PCS 7 o WinCC con SIMATIC Powerrate SIMATIC PLC S7 profinet SIMATIC IE/PB Link profibus SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 11 Industry Sector

12 SIMATIC WinCC / PCS 7 Powerrate Componenti della libreria Powerrate Faceplates Powerrate FB per PLC S7 Powerrate Reports SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 12 Industry Sector

13 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 slide 13 Industry Sector

14 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 powerrate slide 14 Industry Sector

15 SIMATIC WinCC / PCS 7 Powerrate Funzionalità distribuite su vari livelli, dagli strumenti all utente Curve dei carichi Messaggi Attivazione Reports Configurazione Reports (per centri di costo) Visualizzazione valori attuali Gestione dei carichi Livello Monitoraggio e Controllo Archiviazione dati Database PCS 7 / WinCC Esportazione Visualizzazione PAC 3200/4200 Gestione interruttori di sicurezza Buffer dei valori di energia e potenza Stacco/Riattacco dei carichi basato sulle priorità Integrazione di PAC3200; PAC4200; Circuit breakers Livello Elaborazione Calcolo dei valori di energia per periodo Calcolo dei valori di potenza richiesta per periodo Monitoraggio delle soglie di potenza Calcolo dei consumi per prodotto (Batch) Normalizzazione delle misure (es. peso di un impulso) Calcolo dei Trend Comunicazione PLC-PLC Impulsi di potenza istantanea / valori di energia / valori di potenza media Legenda Blocchi S7 powerrate Faceplates powerrate Reports powerrate Componente PCS 7 / WinCC Livello acquisizione SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 15 Industry Sector

16 SIMATIC WinCC / PCS 7 Powerrate Flusso dei dati: lettura, elaborazione, archiviazione Impulsi pesati di energia Contatori (digitali / analogici) Algoritmo di calcolo Impulso di sincronizzazione Stato degli interruttori di sicurezza via DI 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 funzione del limite impostato Calcolo dei consumi per Batch Monitoraggio PAC3200/PAC4200 Gestione degli interruttori Visualizzazione Reports Stacco / Riattacco carichi basato sulle priorità PLC S7 buffer Comando degli interruttori di sicurezza via DO Archiviazione Database SQL WinCC SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 16 Industry Sector

17 1 Identificare Blocchi funzione per l acquisizione dei dati energetici SIMATIC powerrate Library objects of powerrate 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. SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 17 Industry Sector

18 1 Identificare Visualizzazione dati tramite faceplate di libreria Powerrate Faceplate unico per ogni tipo di misura di energia con 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 SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 18 Industry Sector

19 1 Identificare Multimetro 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,...) 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 SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 19 Industry Sector

20 1 Identificare Funzioni e faceplate dedicati per dispositivi SENTRON 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) SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 20 Industry Sector

21 1 Identificare Indipendenza dalla modalità di misura e dal tipo di energia Sensor air Sensor gas Sensor water counter counter counter counter SENTRON PAC 4200 Quantity air (m³) Quantity gas (m³) Quantity water (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 ). SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 21 Industry Sector

22 2 Analizzare Integrazione alarmi in WinCC e PCS 7 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 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 SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 22 Industry Sector

23 2 Analizzare Storicizzazione consumi integrata in WinCC e PCS 7 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. SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 23 Industry Sector

24 2 Analizzare Powerrate report 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 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 CONSUMI SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 24 Industry Sector

25 2 Analizzare Reports dei consumi per Batch (ord. tempo/nome) 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. SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 25 Industry Sector

26 2 Analizzare Configurazione flessibile di diverse fasce tariffarie Tariff sets Definizione di set di tariffe per ogni tipo di energia Definizione dei costi dell energia per ogni fascia oraria fino a 12 tariffe differenti Assegnazione delle tariffe ad un calendario con possibilità di inserire le festività annuali. SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 26 Industry Sector

27 2 Analizzare Reports dei consumi per centri di costo 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. SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 27 Industry Sector

28 2 Analizzare Report 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 P i e da una durata in ore t i, tali per cui per una durata annuale di t i ore la potenza richiesta è >= P i. La potenza minima P min è richiesta per tutto l anno mentre la potenza massima P max è richiesta solo per poche ore.il prodotto tra t i e P i è una misura dell energia in KWh. Individuazione veloce dei picchi di energia e delle possibili ottimizzazioni Frequency of occurrence Ampio range di potenza. Carico non bilanciato (picchi) Frequency of occurrence Carico bilanciato ma potenza minima alta. SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 28 Industry Sector

29 3 Intervenire Overview ottimizzazione carichi Utilizzo di Inverter Uso di motori più efficienti Load Management 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) SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 29 Industry Sector

30 3 Intervenire Principio di funzionamento del Load Shedding Curva di carico kw 3000 L obiettivo è ridurre Leistungsdiagramm i picchi di consumo minuti 00:00 00:45 01:30 02:15 03:00 03:45 04:30 05:15 06:00 06:45 07:30 08:15 09:00 09:45 10:30 11:15 12:00 12:45 13:30 14:15 15:00 15:45 16:30 17:15 18:00 18:45 19:30 20:15 21:00 21:45 23:15t 22:30 23:15 Controllo del limite 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 stimata e il limite di potenza impegnata Se potenza media finale stimata > potenza impegnata stacco carichi Nel nuovo intervallo di riferimento: riattacco carichi 5 SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 30 Industry Sector

31 3 Intervenire Load Management con Powerrate Faceplate Load Management Carico attuale Previsione al termine del periodo di riferimento Limite contrattuale Limite di carico disponibile senza effettuare stacchi Carico già staccato nel periodo di riferimento 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 al carico totale e gli allarmi in caso di superamento di soglie preimpostate. Il blocco esegue il Load Shedding in automatico in base alle caratteristiche dei carichi disponibili Tempo residuo al termine del periodo di riferimento Definizione di tariffe dipendenti dal tempo (on-peak, offpeak, holiday) Isteresi per prevenire stacchi carichi non necessari SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 31 Industry Sector

32 3 Intervenire Load Management con Powerrate 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 Faceplate Load Management Lo stacco/riattacco avviene tenendo conto delle priorità e degli assorbimenti dei carichi della lista SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 32 Industry Sector

33 SIMATIC powerrate WinCC / PCS 7 Powerrate Bedienbild Esempio di pagina grafica WinCC con Load Management Configurazione dei carichi staccabili carichi Stacco di un carico Rotazione dei carichi con la stessa priorità Total load Load Mgt. Tendenza stimata Limite contrattuale Carico totale SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 33 Industry Sector

34 SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate V4 Licenze Licenza unica di ingegneria e runtime per 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 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 slide 34 Industry Sector

35 SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate V4 Requisiti 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 S7-41x - SIMATIC WinAC RTX Novità di V4: Basso consumo di tag di WinCC Wizard per la configurazione dei dati di archivio SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 35 Industry Sector

36 BIRRA PERONI SpA (gruppo SABMiller) Energy Management System Cliente/Progetto/Settore Cliente finale: BIRRA PERONI SpA Settore: F&B Progetto: monitoraggio consumi di energia elettrica, vapore, acqua e aria compressa negli stabilimenti italiani del gruppo (Roma, Bari e Padova). Requisiti richiesti dal cliente Utilizzo dell hardware esistente (PLC, multimetri digitali, scada WinCC, rete VPN che collega i 3 stabilimenti). Migliorare l efficienza energetica negli stabilimenti produttivi. Vantaggi per il cliente Massima trasparenza di tutti i consumi energetici. Flessibilità e scalabilità offerte dai prodotti modularisiemens. Configurazione Siemens Vari PLC S PN/DP nei tre stabilimenti collegati da rete VPN. Server WinCC V7.0 SP3 nel CED Peroni di Roma con opzioni 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. SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 36 Industry Sector

37 Energy Management at Siemens Gerätewerk Amberg Customer: Siemens Amberg Total 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 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 and introduction of a Load Management after 1 year: - 10% less peak load Peak load: 10% reduction - 3% less base load Additional poss. Base load: 3% reduction savings with the Base load next project befor total e after phase expected SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 37 Industry Sector

38 Energy Management at a well known Manufacturer 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 m 2 ) Energy transparency of the consumption values ( state-of-the art in a modern, future-oriented plant) Solution: 43 panels SIVACON 8PT Powercenter 7000A Installation of PAC3200 for electrical key values SIMATIC S7 Controller Power-Management with WinCC and powerrate Results: Overview about actual status of the plant Recognize energy peaks Identification of energy guzzlers Precise accounting of energy consumptions SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 38 Industry Sector

39 Chemical Park Marl Energy Management System at Infracor GmbH Customer: Chem. park Marl, Infracor GmbH m 2 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 t/h steam 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 with ca 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 slide 39 Industry Sector

40 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 SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 40 Industry Sector

41 Grazie! Domenico Leonetti SIEMENS SpA I IA AS HMI domenico.leonetti@siemens.com