西门子能源管理

SIMATIC WinCC Powerrate 使用入门使用入门 3 -负荷管理负荷管理 Getting Started SIMATIC WinCC powerrateLoad management Getting started Edition 2010-1 摘摘 要要 SIMATIC PCS7/WINCC powerrate 是西门子公司应用在能源管理方面的软件。可以完 成能源数据的获取，比较，归档，报警，生成报表，成本计算等功能。Powerrate 是实现能 源应用与管理透明化的有效手段并为能源合理利用和进一步分析提供依据。本文主要介绍 SIMATIC WINCC powerrate 软件的负荷管理功能。 关键词关键词 WINCC， STEP7，电能，限值，费率 Key Words WINCC, STEP7, energy, limit, tariff 目录目录 SIMATIC WINCC POWERRATE使用入门使用入门 3 -负荷管理3 -负荷管理. 1 1. POWERRATE基基本介绍本介绍. 4 2. SIMATIC WINCC POWERRATE LOAD MANAGEMENT负荷负荷管理管理. 5 21 创建STEP 7 项目. 5 22 在SIMATIC WINCC中的操作.14 23 面板介绍.24 IA&DT Service & Support Page 3-35 1. Powerrate 基本介绍 随着全球性气候的变暖以及能源的大量消 耗，节约能源和保护环境成为全世界的共识，能 源的合理使用和有效管理已经被提上了日程。西 门子 SIMATIC WINCC powerrate 正是应用在能 源管理方面的软件。SIMATIC WINCC powerrate 是 SIMATIC WINCC 软件的选件，与相应的 STEP7 程序结合处理来自现场设备的能源数据， 并在 OS 面板上显示，能源趋势与限值比较，负 荷管理，归档，报表以及费率设置和费用计算等 功能。全集成的设计使操作简单方便。SIMATIC WINCC Powerrate 的应用使现场的能源消耗透明化，为合理有效利用能源提供基础和依据。 SIMATIC WINCC Powerrate 包含如下信息： 时间同步模块 获取和处理能源数据的模块 显示和处理能源数据的面板 Excel表格生成能源消耗费用图表以及负载周期曲线 实现负荷管理的组件和视图（包括计算趋势，限值监测，比较，报警，费率限值设定等） 图 1 IA&DT Service & Support Page 4-35 2. SIMATIC WinCC Powerrate Load management 负荷管理 通过 Powerrate 的程序块 PRE_SUM / PR3_SUM 将现场各应用环节的能源数据采集上 来，然后针对其中相关的环节进行负荷管理，负荷管理的功能包括各负荷实际耗能趋势计 算，将实际耗能趋势与设定的峰谷时断的耗能限值进行比较，当耗能超过设定的限值时，系 统会自动报警，同时根据负荷的优先级断开相应负荷（例如，在系统中处于非重要位置的负 荷）并在能耗降低后再将这些断开的负荷连接到系统中。这些功能一部分通过 STEP7 的程 序块来完成，另外一部分需要在 WinCC 的图形编辑器中通过对应的面板视图进行配置。 下面以 S7 -400 PLC 为例介绍如何编写 STEP7 程序以及如何在 WinCC 中配置。 21 创建 STEP 7 项目 首先需要注意的是在 STEP 7 中创建新项目之前，一定要将电脑的操作系统的语言和区 域设置选择为英语（或者德语）。目前 SIAMTIC WinCC/PCS7 Powerrate 只支持英语和德 语，如果在中文环境下建立项目会导致语言不兼容，从而 OS 中功能块的面板上内容显示不 完整，丢失相应的文本信息。 图 2. 语言和区域设置 下面介绍创建 STEP 7 项目的操作步骤。 1) 打开 STEP 7，新建项目，命名为 test3，插入 S7-400 站。 IA&DT Service & Support Page 5-35 图 3. 插入 S7-400 站 2) 组态硬件配置并编译下载。 图 4. 硬件配置 3) 完成上述步骤后，打开库项目 Open Project?Libraries?SIMATIC WinCC powerrate（安装完 SIMATIC WinCC powerrate）打开 SIMATIC WinCC powerrate 库，这个库项目包含 S7-300 和 S7-400 两种 PLC 配置所支持的程序块。 IA&DT Service & Support Page 6-35 图 5. SIMATIC WinCC powerrate Libraties 打开库中的 S7-400 项目，将所有程序块拷贝到已经建好的 test 项目中。 图 6. 拷贝程序块 同样，将程序块的源文件拷贝到建好的 test 项目中。 IA&DT Service & Support Page 7-35 图 7. 拷贝源程序 粘贴完程序块以后开始编写程序。程序块 FB1065(PRE_LMGM)是用于负荷管理 的程序块。 该程序块内部调用了： FC1 AD_DT_TM (IEC function from the STEP 7 Standard Library) SFB31 NOTIFY_8P SFB35 ALARM_8P SFC6 RD_SINFO SFC20 BLKMOV SFC21 FILL SFC51 RDSYSST 以上程序块的内容并不需要用户编程和修改。Powerrate的库程序中提供了 FB1065(PRE_LMGM)的源程序。用户可以根据实际应用修改源程序，例如，连接的负荷数 量，能源数据存放的地址和类型（PRE_SUM程序块中获得总能源数据的类型，脉冲，整 形，模拟量，变量求和）。 首先打开FB1065(PRE_LMGM)的源程序，如下例（左侧为初始的源程序，右 侧为修改后的源程序）： IA&DT Service & Support Page 8-35 图8. PRE_LMGM的源程序 修改后编译保存源程序，程序块FB1065(LMGM)在FC1002中调用。FC1002程序块在 OB35和OB100中被调用。 IA&DT Service & Support Page 9-35 图 9.程序结构 FC1001 CALL “PRE_SUM“. “DB_PULSE“ CALL “PRE_SUM“. “DB_INTEGER“ CALL “PRE_SUM“. “DB_ANALOG“ CALL “PRE SUM“. “DB CALC“ FC1002 CALL “PRE_LMGM“. “DB_LMGM“ FC1000 CALL “PRE_SYNC“. “DB_SYNC_15MIN“ (FB1060) CALL “PRE_FIFO_DATA“. “DB_FIFO“ (FB1062) CALL “PRE_AR_DATA“. “DB_ARCHIVE“ (FB1063) OB35/OB100 CALL FC1000 (system block) CALL FC1001 (PRE_SUM) CALL FC1002 (PRE_LMGM) FC1002程序中最多可以连接100个负荷。每个负荷都有相关输入参数和输出参数。输入 参数包括负荷变量地址，负荷的优先级，额定容量，操作模式，最小连接时间，最小断开时 间，最大断开时间等，输出参数包括连接状态，最小连接时间反馈，最大连接时间反馈，最 大断开时间反馈等。在这里不详细介绍管脚参数，这些参数在FC1002中不可以修改。所以 在WinCC的面板中再做详细介绍。 图 10. FC1002 做好上述的 AS 配置和编程后，下面的工作就是如何配置 OS。 4) 在 test3 项目中插入 SIMATIC PC Station。 图 11.插入 PC 站 IA&DT Service & Support Page 10-35 5) 组态配置并编译下载，在配置目录 HMI 选项中根据实际项目选择 WinCC Appl.(WinCC 应用)。在本例中选择 WinCC Application（Master server in a multi-station project）。配置通信网卡。注意将以太网网卡的 IP 地址和 S7-400 CPU416-3PN/DP 的 IP 地址设置在同一网段。 图 12.组态配置 图 13.NET PRO IA&DT Service & Support Page 11-35 6) 编译 OS。 与 HMI 相关的数据必须从 STEP 7 上传到 WinCC 数据库。这就需要编辑 OS 操作。右 键点击 OS 图标，在弹出的菜单中点击“Compile”编辑 OS。 图 14.编译 OS 在编辑过程中完成以下功能： 创建通信驱动 SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE。 创建通信通道单元，例如 Industrial Ethernet,PROFIBUS 等等。 创建与 S7 程序的逻辑连接。 为报警和归档系统创建 raw data 类型变量。 创建结构类型变量。 创建过程变量在变量管理器中。 IA&DT Service & Support Page 12-35 生成报警。 传送报警和用户文本。 OS 编辑操作在新建项目时，在启动 WinCC 运行之前要执行，在以下操作后也要执行 OS 编辑。 添加新的背景数据块 数据块名称改变 数据块的控制和监视属性改变 报警和用户文本改变 控制和单元文本改变 2 3 1 4 图 15.编译 OS 在步骤 2 中可以选择通信驱动连接方式，例如选择通过以太网 TCP/IP 还是 MAC 地址 通信等等。编译完成后会弹出是否成功的对话框，如果出现报错和警告可以打开日志查看相 关内容。 IA&DT Service & Support Page 13-35 图 16.编译成功 以上步骤完成了 SIMATIC WinCC powerrate 在 STEP 7 中的操作。 22 在 SIMATIC WinCC 中的操作 1） 右键点击 OS 图标，在弹出的菜单中选择“Open Object”打开 OS 项目。 图 17.打开 OS 在 WinCC 的界面中双击 OS Project Edit，根据 PC 的显示器的属性选择项目运行时 的画面分辨率，并点击 OK 确认。 IA&DT Service & Support Page 14-35 图 18. OS Project Editor 2） 配置用户归档。 负荷管理（Load management）的组态保存在“user archive ”用户归档中。因 此，需要配置用户归档。也要安装“user archive ”的授权。 第一步：双击 WinCC 配置界面的“user archive”，即打开用户归档。 2 1 图 19. 配置用户归档 IA&DT Service & Support Page 15-35 第二步：导入 Powerrate 已经做好的用户归档：Project-Import。在弹出的对话框 中点击标注“”的按钮来选择到如文件的路径。 1 2 图 20. 选择导入文件 第三步：在路径：C:Program FilesSiemensWinCCPowerrateConfig.。如左侧图。 选择 UserArchiveConfigurationEnglish.uap。打开选择的文件。如右侧图。 图 21.选择归档文件 第四步：点击“Load File”按钮装载文件，然后点击“Import”按钮导入文件。 IA&DT Service & Support Page 16-35 图 22.导入文件 第五步：保存用户归档的配置。 图.23 第六步：选择“PRE_CONFIG_LIST”，然后点击菜单“Runtime Data”-Import,在 弹出的对话框中点击标注“”的按钮选择用户归档的 EXCEL 表格。 IA&DT Service & Support Page 17-35 图 24. 选择 EXCEL 表格路径 路径如图 25 所示：C:Program FilesSiemensWinCCPowerrateConfig，选择 “PRE_PRIO_LIST_English.csv”并打开。 图 25. 选择 EXCEL 表格 在“Archive Selection”对应的下拉菜单中选择“PRE_PRIO_LIST”。点击“Import” 按钮。导入成功。 IA&DT Service & Support Page 18-35 图 26. 导入表格 在用户归档的列表中可以看到针对最多 100 个负荷的归档记录。 图 27. 用户归档 3） 在画面编辑器中新建画面，可以重新命名。 IA&DT Service & Support Page 19-35 图 28.新建画面 4） 在画面编辑器中打开模板画面Template_pre.PDL，拷贝画面中与 S7-400 对应的 BLOCK ICON 并将其粘贴到上一步 2）中新建的画面中。 图 29. 打开 Template_pre 模板画面 IA&DT Service & Support Page 20-35 PRE_LMGM 面板 图 30. 画面模板 图 31.拷贝 LMGM 面板到新建画面 5） 连接变量。 在新建的画面中，先选中 PRE_LMGM 面板（即鼠标左键单击 PRE_LMGM 面板），打 开动态向导并切换到“Standard”界面（View-Toolbars-Dynamic Wizard），在这个界面中 IA&DT Service & Support Page 21-35 可以看到“Connect picture block to tag structure”功能，双击该功能，在弹出的对话框中点击 输入域右侧的“”按钮，在弹出的对话框中的“List of all tags”中选择与 LMGM 相对应的变 量。点击“OK”按钮确认。在弹出的对话框中点击“Finish”按钮完成面板与变量的连接。保存画 面的所有设置。需要注意的是一定要先选中画面中的面板再打开动态向导，否则“Connect picture block to tag structure”功能将不会出现。 1 4 3 2 5 6 图 32. 连接面板与变量 图 33. 选择变量 IA&DT Service & Support Page 22-35 6）编辑完新建的画面后，关闭画面。在 WinCC 组态界面中双击“Picture Tree Manager”，在弹出的对话框中为项目的画面配置层级。鼠标右键点击OS（1）图标，在 弹出的菜单中点击“New Container”?“Insert Into Node”。这时在OS（1）图标下面会出 现Container0 图标，可以重新命名。将“Unassigned Containers and Pictures ”中的新 建画面拖到Container0 图标后面。点击保存按钮，完成画面层级的配置。关闭“Picture Tree Manager”。 图 34.配置画面层级 图 35.配置画面层级 IA&DT Service & Support Page 23-35 7）上面的配置基本完成后，激活WinCC运行系统。在LMGM的面板视图中可以显示能 耗趋势和限值以及进一步的设置。 图36.激活WinCC运行系统 23 面板介绍 运行系统中面板与变量已经连接正常，面板显示当前功率数取和设定功率限值。 当前功率趋势 设定功率限值 当前功率趋势对应的 PLC 参数为 EST_PWR，是每个周期结束时计算的能耗功率趋势。 设定功率限值对应的 PLC 参数为 HYS_LIMP，是当前费率对应下的能耗限值。 LMGM的面板包含以下的视图： IA&DT Service & Support Page 24-35 Standard Energy Parameter Bar para. Tariff List of priorities Edit list of prio Configuration Alarm 图37 1）Standard面板视图，基于功率值的计算，显示当前负荷功率状态。 图38. LMGM energy面板视图 Actual，PLC参数为 CUR_PWR，当前总功率，柱状图中用绿色显示。 Trend ，PLC参数为 EST_PWR，周期结束时计算的功率趋势。柱状图用橙色显 示。 Limit ，PLC参数为HYS_LIMP，当前费率对应下的能耗限值。柱状图中用红色显示。 Difference，PLC参数为 P_DIFF，趋势与限值之间的差值。柱状图中用蓝色显示。 Shed， PLC参数为 P_SHED，根据负荷优先权可 以再次连接到系统的负荷。 Add ， PLC参数为 P_ON，根据负荷优先权的高低可以连接到系统的负荷 。 2)Energy面板视图，基于电能值的计算，显示当前负荷功率状态。 图39. LMGM energy面板视图 IA&DT Service & Support Page 25-35 Actual，PLC参数为 CUR_VAL，当前总电能，柱状图中用绿色显示。 Trend ，PLC参数为 EST_VAL，周期结束时计算的电能趋势。柱状图用橙色显示。 Limit ，PLC参数为HYS_LIMW，当前费率对应下的能耗限值。柱状图用红色显示。 Difference，PLC参数为 W_DIFF，趋势与限值之间的差值。柱状图中用蓝色显示。 Shed， PLC参数为 W_SHED，根据负荷优先权可 以再次连接到系统的负荷。 Add ， PLC参数为 W_ON，根据负荷优先权的高低可以连接到系统的负荷 。 3)Parameter面板视图，用于设定限值源，以及负荷通断的滞后与延迟等相关时间和限值。 2 1 3 图40. LMGM parameter 面板视图 Limit source，PLC参数为 SEL_PW，指定是以功率还是以电能为参考来设定限值。这 个设置会在“Tariff”视图中体现出来。在这里如果指定以功率作为限值源的话，在 “Tariff”视图中可以修改功率限值。相应的电能值会根据功率限值与需量周期计算得出。 IA&DT Service & Support Page 26-35 Release of load shed，PLC参数为 EN_SHED，如果激活这个选项，系统会判断当前 趋势是否超限并根据优先权来连接或断开负荷。如果取消这个选项，当出现超限时，系统仅 仅产生相应的超限报警和警告消息，但不会通断负荷。 Stabilization delay，PLC参数为 SETTLE_T，静止时间，是用来处理负荷被频繁断开 和连接切换操作，在负荷被断开或者连接后必须等待静止时间后才能执行下一个新的断开和 连接命令。 Hysteresis starting value，PLC参数为 HYS-PW，滞后限值，是在每个周期开始时以 当前限值的百分比值设定的滞后开始值。 Hysteresis time window，PLC参数为 HYS_T，滞后时间，是从滞后限值到设定限值 的时间。这个时间要比周期时间短，在设置滞后时间会发现上限值就是设定的周期值，如果 周期时间调整，滞后时间的上限值也会自动被调整为新的周期值。 Suppression time，PLC参数为 SUPP_T，抑制时间，是从周期开始算起的一段时 间，在这个时间段内系统不会启动负荷管理功能，所以这段时间内不会发生超限报警和负荷 断开。抑制时间比滞后时间要短。 Period synchro.，PLC参数为 SYNC_PER，周期时间，这个时间可以在FC1000/ FC100(SYSTEM)中设定，对于电力系统的话，这个值默认为15分钟。 Warning threshold，PLC参数为LIM_WRN ，达到这个限值的百分比值后根据超限状 况发出超限警告。 Alarm threshold，PLC参数为LIM_ALM ，达到这个限值的百分比值后根据超限状况发 出超限报警。 上面提到的静止时间，滞后限值，滞后时间，延迟/抑制时间的作用都是为了避免在每个 周期开始的时候由于趋势值与限值的比较结果导致的很多负荷被断开或被连接到系统，或者 被频繁通断。为了更容易理解这几个时间的关系，可以参考下面公式： IA&DT Service & Support Page 27-35 参数描述： LIM_P：功率限值 HYS_LIMP：当前功率限值（考虑了滞后）。 HYS_PW：在周期时以功率限值的百分比值作为滞后起始值。 HYS_T：在周期开始后的滞后时间，在这个时间过去后功率限值就是设定的限值，不再考 虑滞后。 t ：当前时间。 4)Bar para.面板视图，在这个视图中可以设置Standard视图中柱状图的显示上限。 IA&DT Service & Support Page 28-35 图41. LMGM Bar para.面板视图 Bargraph upper limit ： Power，PLC参数为CUR_PWRHR ，功率的柱状图上限。 Energy，PLC参数为CUR_VALHR ，电能的柱状图上限。 Diff.bargraph upper limit ： Power，PLC参数为P_DIFFHLR ，功率的差值柱状图上限。 Energy，PLC参数为W_DIFFHLR ，电能的差值柱状图上限。 5)Tariff 面板视图，这个视图可以设定费率的时间段以及费率对应的功率和电能的限值。在 parameter视图中激活的Limit source就是决定这个视图中可以更改的是功率还是电能。另 外，这个视图还提供了一个功能就是设定节假日费率和对应限值。用户可以激活节假日费 率，然后设置节假日的连续天数。当时钟到达下一天的00：00时，系统自动启用节假日的费 率限值计算。时间每过去24小时被设定的连续天数会自动减少一天，这样直到设定天数过去 后系统会自动恢复平常工作日的费率限值。 IA&DT Service & Support Page 29-35 图42. LMGM tariff 面板视图 Active tariff: Power，PLC参数为LIM_P ，当前费率下功率限值。 Energy，PLC参数为LIM_W ，当前费率下电能限值。 On-Peak tariff / off-peak tariff，PLC参数为BEG_HT / BEG_LT ，峰谷费率对应的起 始时间。这个时间是采用24小时显示格式，所以要求PC机的时间显示首先要设置为24小时 显示格式。具体设置如下图43所示：Start开始-setting设置-control panel控制面板- Regional and language options区域和语言选择。 On-peak tariff : Power，PLC参数为LIM_P_H ，峰值费率下功率限值。 Energy，PLC参数为LIM_W_H ，峰值费率下电能限值。 Off-peak tariff : Power，PLC参数为LIM_P_L ，波谷费率下功率限值。 Energy，PLC参数为LIM_W_L ，波谷费率下电能限值。 IA&DT Service & Support Page 30-35 Holiday tariff : Power，PLC参数为LIM_P_SH ，节假日费率下功率限值。 Energy，PLC参数为LIM_W_SH ，节假日费率下电能限值。 Tariff active，PLC参数为SH_ACT ，指定是否激活节假日费率，如果激活该选项则在 接下来一天的时钟时间到达00:00是开始按照节假日的费率和限值执行。 Number of days，PLC参数为SH_NUM ，指定节假日的连续天数，每当时间过去24小 时这个指定的天数会自动减去1天，直到指定天数都过去Tariff active激活选项自动取消。 2 3 1 图43. 设置时间显示格式 6) Priority list (PRIOLIST) 面板视图，这个视图显示了每个负荷的状态，用户可以手动修改 使得某些负荷处于手动控制的状态，或者取消某些负荷的负荷管理功能的控制。 图44. IA&DT Service & Support Page 31-35 Load name，PLC参数为NAMEx，显示负荷的名称。 Available / Released，PLC参数为QONx ，指示负荷是否在负荷管理功能控制下处于 连接状态。 In the load management，PLC参数为EN_SHEDx ，负荷是否在负荷管理功能控制 下。 In manual，PLC参数为MANx ，定义负荷是否在手动控制下通断。 Manual add，PLC参数为MAN_ENx ，手动连接负荷，负荷管理功能将不能控制这个 负荷。 Current output，PLC参数为Px ，显示负荷当前的功率值。 Connected/Switch on，PLC参数为ONx ，显示负荷的状态。 Capacity/Rated output，PLC参数为CAPx ，负荷额定功率值。 Priority，PLC参数为PRIOx ，负荷的优先级，取值范围是1255，1是最高优先级，0 意味着负荷不在负荷管理控制之下。当系统出现超限时，优先级高的负荷先从系统中断开。 用户可以根据具体的应用将某些负荷分配相同的优先级，这些负荷就在同一个优先级组中。 Rolling sequence，PLC参数为MANx ，轮循次序。为了实现优先级组中的负荷在每次 超限时断开不同的负荷，可以将这些负荷分配相同的优先权然后再分配不同的轮循次序。 7) Edit list of prio (EDITPRIOLIST) 面板视图，这个视图实际上就是用户归档的图表。在这 个视图中允许用户手动编译和保存参数，例如，定义负荷名称、分配负荷的优先级、定义操 作模式、分配轮循次序、设置额定容量、设置最小连接时间、最小断开时间、最大断开时间 等。为了保持与PLC的数据一致，也可以通过Load from PLC按钮将PLC的中修改好的参数 上传给Powerrate。编辑好的参数一定要点击“