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SIMATIC WinCC / PCS 7
Powerrate
Cambiamenti climatici Costo delle materie prime
Il contesto: Clima, energia, eco-sostenibilità
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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
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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
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 4 Industry Sector
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
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 5 Industry Sector
Energy Management SystemSiemens ha un portafoglio prodotti che copre tutti i requisiti di un EMS
Energy Management System
Pianificazione
Acquisto
Archiviazione( WinCC / PCS 7 )
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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)
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 7 Industry Sector
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
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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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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 9 Industry Sector
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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Meta
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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
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 10 Industry Sector
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
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 11 Industry Sector
SIMATICIE/PB Link
profinet
profibus
SIMATIC WinCC / PCS 7 PowerrateComponenti della libreria
Powerrate Faceplates
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 12 Industry Sector
Powerrate Reports
Powerrate FB per PLC S7
SIMATIC WinCC / PCS 7 Powerrate Integrazione nella supervisione di WinCC / PCS 7
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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
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 14 Industry Sector
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
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 15 Industry Sector
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
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 16 Industry Sector
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
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 17 Industry Sector
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
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 18 Industry Sector
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
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 19 Industry Sector
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
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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)
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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
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 22 Industry Sector
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
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 23 Industry Sector
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
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 24 Industry Sector
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
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 25 Industry Sector
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
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Assegnazione delle tariffe ad un calendario con possibilità di inserire le festività annuali.
AnalizzareReports dei consumi per centri di costo2
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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
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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
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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”
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 30 Industry Sector
Controllo del limite
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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
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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
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 32 Industry Sector
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
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 33 Industry Sector
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
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 34 Industry Sector
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
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 35 Industry Sector
- 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).
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 36 Industry Sector
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
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 37 Industry Sector
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:
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 38 Industry Sector
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:
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 39 Industry Sector
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
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SIMATIC WinCC / PCS 7 powerrate slide 40 Industry Sector
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
domenico.leonetti@siemens.com