Energie Management mit SIMATIC PCS 7

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SIMATIC PCS 7 – Performance you trust
Energie-Effizienz mit SIMATIC PCS 7
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Energiepreise
Reduzierung der Energiekosten
Energie-Beschaffung optimieren
• Kurzzeitverträge (Jahresverträge)
• Änderung der Tarifsysteme z.B.: Zeitvariable Tarifsysteme;
Time-of-use Tarif (TOU)
• Steigenden Energie-Beschaffungskosten entgegenwirken
EnergieGesamtkosten
EUR
Energieverbrauch reduzieren
• Verluste aufdecken
• Ruhende Reserven erkennen
• Schaffung von Anreizsystemen
z.B. Energiesparen
• Auslastungs-Optimierung
Energieverbrauch
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Oktober 2014
Industry Sector
Maßgeschneiderte Produkte
Messen
Messen und Erfassen mit
• SIMATIC PCS 7
PCS 7
Controller
SENTRON 3WL
Leistungsschalter
SENTRON PAC3200
MultifunktionsMessgerät
SINAMICS
Motor-Management
SIMOCODE pro
MotorManagement
PROFIBUS
PA
ET200S
Motorstarter
Elektrische Energien über :
Leistungsschalter, Multifunktionsmessgeräte,
Motor-Management-Systeme, Motorstarter, ...
Nicht-elektrische Energien über: Feldgeräte (0/4...20mA, HART, Profibus PA, FF)
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Oktober 2014
Industry Sector
Maßgeschneiderte Produkte
Darstellen
Basis-Funktionalitäten in SIMATIC PCS 7
• Flexible und übersichtliche Kurven-Darstellungen
• Umfangreiche Archiv-Funktionen
• Verdichtungs-Funktionen (z.B. Mittelwert-Bildung)
(z.B. Strom 15 min./Gas 1 Std.)
• Meldesystem mit unterschiedlichen Sichten und Meldeklassen,
Meldungsprio's, Meldungs-Hitliste, ...
• Standard-Darstellungen
(z.B. Faceplates für PACs, ...)
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Oktober 2014
Industry Sector
§ Einbindung eines lokalen Lastmanagements in das Prozessleitsystem
SIMATIC PCS 7 zur Spitzenlastüberwachung und -abschaltung
§ Energieerfassung und Lastmanagement integriert in die PCS 7 Industry
Library (IL) im APL Design
§ Verwendung von PCS 7 Standard Komponenten
§ Aufbauend und integriert in Standard SIMATIC PCS 7 Hardware
Kundennutzen:
Operation
Level
Positionierung
Management
Level
SIMATIC PCS 7 Industry Library
Lastmanagement für PCS 7
B DATA
Ethernet
Industrial
Ethernet
§ Unterstützung bei der Einhaltung der vertraglich vereinbarten
Leistungsgrenzen und Vermeidung der damit verbundenen höheren
Energiebezug- bzw. Strafzahlungen.
§ Gemeinsames Archivieren und Reporting mit Prozessdaten
PROFINET
Field
Level
§ Erhöhte Transparenz im Energieverbrauch und erkennen von
Verbrauchsspitzen.
Control
Level
§ Einheitliche Bedienphilosophie und Look & Feel auf der Operator Station
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Oktober 2014
Industry Sector
Fokus auf …
Der Fokus liegt auf der Überwachung und der Einhaltung eines vertraglich vereinbarten maximalen
Leistungslimits
§ Relevant ist der Mittelwert über ein Intervall (z.B. 15 Minuten)
§ Spitzenwerte werden toleriert, solange der Mittelwert das Leistungslimit nicht überschreitet.
Funktionsschwerpunkt:
Last (kW)
Das PCS 7 IL Lastmanagement bietet:
§ Überwachen des Leistungsverbrauches
der Produktionsanlage
§ Hochrechnung für den zu erwartenden
Mittelwert im aktuellen Zeitintervall
§ Prozesseingriffe, wenn die Hochrechnung
des zu erwartenden Mittelwertes das
Leistungslimit überschreitet.
Zeit
15 Min.
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Oktober 2014
= Spitzenwert
= Mittelwert
= Vertragsgrenze
Industry Sector
Beschreibung Bausteine und Verbindungen
EVU Grenze
Contract
mit
EVU
Intervall Zeit
oder externer
Taktgeber
Verbraucher
oder Generator
Priorität
Strategie
Zeiten
Sentron PAC
Lastmonitoring
FB PeakMon
ET 200 SP
AI Energy Meter
Aktuell
gemessene
Wirkleistung
Lastmanagement
FB LdMgmt8
Sperren /
Freigeben
Status &
Verfügbarkeit
Technologische
Bausteine
z.B. MotSpCL,
MotL oder
MotRevL
Aktuelle Leistung
PCS 7 AS
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Oktober 2014
Industry Sector
Beschreibung PeakMon
§ Berechnet die verfügbare Leistung.
§ Überwacht die Leistungsgrenze.
§ Hochrechnung für den zu erwartenden
Leistungsverbrauch.
§ Berechnet die Leistungsdifferenz und die
Leistungsreserve anhand des bisherigen
Leistungsverbrauchs.
§ Zeitintervall über externen Trigger gesteuert oder
fest vorgegeben.
§ Trenddarstellung des aktuellen und der letzten 5
Intervalle über eine Histogramm-Sicht.
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20 PO pro Bedienbaustein
Industry Sector
Beschreibung LdMgmt8
§ Koordiniert bis zu 8 Verbraucher und Generatoren
auf Einhaltung des Grenzwertes
§ Möglichst schnell oder so spät wie möglich Lasten
schalten
§ Ein- und Abschaltzeiten pro Last einstellbar
§ Schaltreihenfolge der Lasten
§ Prioritätsbasiert
§ In der projektierten Reihenfolge
Lastmanagement „Passiv“
Es werden keine Schalthandlungen ausgeführt
§ Leistungsorientiert
§ Reservezeiten für Anfang und Ende des Intervalls
einstellbar
Lastmanagement „Aktiv“
Es sind keine Schalthandlungen ausgeführt.
Es werden Schalthandlungen vorgenommen.
Alle Schalthandlungen sind ausgeführt und die
Grenze wird überschritten.
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100 PO pro Bedienbaustein
Industry Sector
Beschreibung LdMgmt8
V8.1.1
2
3
4
5
1
1. Sprungtaste zum Verbraucher/Generator
1
2 Priorität
2.
3 Aktuelle Nennleitung, benötigt zur Berechnung
3.
des Abschaltzeitpunktes
4.
4 Maximale Nennleistung, benötigt für Berechnung
des Zuschaltzeitpunktes
5 Verbleibende Wartezeit, bis die Schalthandlung
5.
nach Ausführung aktiv wird.
Beschreibung der Symbole
Verbraucher
Generator
Hinweis auf nächste Schalthandlung
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Industry Sector
SIMATIC PCS 7 Advanced Process Control (APC)
Regelgüte ist entscheidend für Ihre Prozessanlage
… nur 50% aller Regelkreise sind korrekt
1)
eingestellt
Optimierte Regelreise sparen Geld ohne
Neuinvestitionen
Control Loop Monitoring aller Regelkreise
bietet Mehrwert für Ihre Produktion
1) Quelle: Control Engineering
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Industry Sector
Erzielbare Benefits
§ Erhöhung der Ausbeute
à im Bereich von 2 bis 10%
§ Steigerung des Durchsatzes bei konstanter Produktqualität
à typisch 1 bis 5%
§ Deutlich weniger Energieverbrauch ebenso der Rohstoffeinsatz
à typischerweise um 3 bis 10%
§ Schnellere Arbeitspunkt-Wechsel und geringe Produktions-Fehlzeit
à typisch 20...50%
§ Reduzierung der Operator-Belastung durch weniger manuelle Eingriffe
à verbesserte Operator-Effizienz
§ Besseres Prozess-Verständnis dank Modellierung
§ Überprüfung und Ertüchtigung der Basisautomatisierung
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Industry Sector
MPC: Model Predictive Control
Model
„Internal Model Control“, d.h. Regler enthält ein
vollständiges dynamisches Prozessmodell
Predictive
„Vorausschauende“ Fahrweise basierend auf
modellbasierten Prädiktionen
Control
Regelungsproblem wird als Optimierungsproblem
formuliert und gelöst
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Industry Sector
Beispiele für Nutzen von APC: Einsatz des MPC am Sprühturm
Trocknungsprozess Milchpulver-Herstellung
Nutzen durch Steigerung des
Durchsatzes und
durch Verringerung des
spezifischen
Energieverbrauchs
Beispiel: Anlage mit 16.000 t/a
> 500.000 €/a
Amortisationsdauer 4...6 Monate
MPC-Regler mit
3...4MV x 1...3DV x 3...6 CV
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Industry Sector
SIMATIC PCS 7 Condition Monitoring Library
Integration wichtiger mechanischer Assets
§ Erprobte Funktionen zum Überwachen
mechanischer Assets
§ Preiswerter Ansatz è Niedrige Investitionskosten
§ Erkennen von zunehmender Abnutzung
§ Erkennen von Fehlfunktionen, “ungesundem”
Betrieb und Energieverschwendung
Pumpen
Überwachung
Ventil
Überwachung
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Steady State
Partial Stroke Test
Druckverlust
Überwachung
Industry Sector
Warum Condition Monitoring?
§
Die PCS 7 Condition Monitoring Library (CML) bietet einen Ansatz, die mechanischen Assets gezielt zu
überwachen und in ein PCS 7 System zu integrieren.
§
Mit CML lassen sich vorhandene Daten und Messwerte in „Echtzeit“ analysieren und den Zustand der Assets
„diagnostizieren“.
§
Damit lassen sich sowohl Rückschlüsse auf die Performance (prozessrelevant) als auch auf den Zustand
(geräterelevant) erzielen.
§
Ermöglicht wird zusätzlich eine Standard Einbindung in die PCS 7 Operator Station und/oder in das PCS 7 Asset
Management zur Darstellung und Auswertung der CML Informationen.
Was kann die PCS 7 Condition Monitoring Library leisten ?
§ Erhöhung der Anlagen- oder Geräteeffizienz
§ Zustandsorientierte und planbare Instandhaltung nach Bedarf
§ Erkennen von „schleichenden“ Veränderungen und damit Vermeidung von Ausfällen oder ungeplanten
Stillständen
Was kann die PCS 7 Condition Monitoring Library nicht ?
§ Erkennen und Vermeiden von spontanen Ausfällen
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Industry Sector
Überwachen von Pumpen mit „PumpMon“
Berechnung und Anzeige durch Auswertung von Daten / Betriebszuständen
§ Aktuell vom Pumpenmotor aufgenommene Leistungsdaten
§
Mechanische Leistung
§
Elektrische Leistung
§
Hydraulische Leistung
§
Förderkennlinie und aktuelle Förderhöhe
§
Leistungskennlinie und Wirkungsgradkennlinie mit aktuellen Arbeitspunkten
§
NPSH-Kennlinie mit aktuellem Arbeitspunkt (für kavitationsfreien Betrieb)
§
Statistische Auswertung der Betriebspunkte und des Kavitationswertes in einem „Histogramm“
Parametrierung der Soll-Pumpenkennlinien
§ Manuelle Eingabe der Kennwerte und Stützpunkte
§
Alternativ: Einlernen der Kennwerte und Stützpunkte auf die aktuelle Situation per Teach Funktion
Applikation Note „Überwachung von Kreiselpumpen mit dem "PumpMon„
http://support.automation.siemens.com/WW/view/de/42460161
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Oktober 2014
Industry Sector
Diagnose Funktionen
§ Grenzwertverletzung der Leistungswerte (mechanisch, hydraulisch & elektrisch)
§ Teillastbetrieb, Gefahr der Pumpenüberhitzung
§ Überschreiten des Nenndurchflusses è Überlast
§ Erkennung von Gasmitförderung oder Kavitation
§ Blockadeerkennung und Trockenlauferkennung
§ Abweichung Arbeitspunkt von Leistungs-/Wirkungsgradkennlinie
§ Falschlauferkennung
Relevante Messwerte:
§ Durchfluss des Fördermediums (4)
§ Eingangsdruck, Saugdruck (2)
§ Ausgangsdruck, Förderdruck (3)
§ elektrische Wirkleistung (1)
§ Binärer Zustand des Motors (1)
§ Temperatur Fördermedium (5)
§ Drehzahl des Motors (bei drehzahlgeregelten Motoren) (1)
§ Mechanische Leistung vom Umrichter (1)
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Industry Sector
Berechnung und Darstellung von mechanischer Leistung und Pumpeneffizienz
§ Der aktuelle Wirkungsgrad Eta (1), der die Effizienz der Pumpe darstellt,
berechnet sich aus dem Verhältnis der hydraulischen zur mechanischen Leistung.
§
Der aktuelle Wirkungsgrad wird über der Kennlinie (2) dargestellt. Wenn der
aktuelle Wirkungsgrad von der Kennlinie abweicht, erfolgt ein Farbumschlag des
Punktes und die entsprechende Meldung wird ausgelöst.
1
3
§
Die aktuelle mechanische Leistung (3) wird ebenfalls über der dazugehörigen
Kennlinie dargestellt.
§
Im unteren Bereich der Sicht werden die aktuell berechnete mechanische Leistung
, die aktuelle Pumpeneffizienz und die relative Abweichung beider Werte als
numerische Werte dargestellt.
2
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