Inhaltszusammenfassung für Siemens SIMATIC S7-1200
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Deckblatt Measuring & Control: Lasten schalten mit S7-1200 und SENTRON PAC3200 über MODBUS TCP S7-1200 Set 24 SIMATIC S7-1200, SENTRON PAC3200 Applikationsbeschreibung Juli 2013 Applikationen & Tools Answers for industry.
Wir behalten uns das Recht vor, Änderungen an diesen Applikationsbeispielen jederzeit ohne Ankündigung durchzuführen. Bei Abweichungen zwischen den Vorschlägen in diesem Applikationsbeispiel und anderen Siemens Publikationen, wie z.B. Katalogen, hat der Inhalt der anderen Dokumentation Vorrang. Für die in diesem Dokument enthaltenen Informationen übernehmen wir keine Gewähr.
Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Gewährleistung und Haftung ................... 2 Inhaltsverzeichnis ....................3 Automatisierungsaufgabe ................5 Automatisierungslösung................6 Erforderliche Grundkenntnisse ............6 Komponenten ..................6 2.2.1 SENTRON PAC3200 ................. 6 Prinzip der Laststeuerung ..............7 Datenerfassung und Schaltbefehle ............ 7 Messdaten der SENTRON PAC3200 Geräte ........8 Basisgröße für die Laststeuerung............
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Inhaltsverzeichnis 3.4.2 PG/PC-Schnittstelle einstellen ............36 Parametrierungen im TIA-Portal und Projekt-Download ....37 Öffnen des Projekts ................. 37 Einstellen der länderspezifischen Lokalzeit ........38 Lastvorgaben für die Live-Demo ............38 Laden des Steuerungsprogramms in die CPU ........39 CPU-Uhr stellen ................39 HMI-Projektteil ins KTP600 laden.............
1 Automatisierungsaufgabe Automatisierungsaufgabe Energieversorgungsunternehmen (EVU) stellen industriellen Abnehmern elektrischer Energie nicht nur die angefallene Wirkarbeit (in kWh) in Rechnung („Arbeitspreis“), sondern verlangen ein weiteres Entgelt, das von einer Leistungsgrenze (in kW) abhängt („Leistungspreis“). Wird dieser vom EVU spezifizierte Leistungsgrenzwert überschritten, ist für die gesamte Abrechnungsperiode (je nach Vertragsgestaltung z.
Für Montage und Anschluss wird die Kenntnis der einschlägigen Sicherheitsbestimmungen und Normen vorausgesetzt. Sie sollten im Umgang mit speicherprogrammierbaren Steuerungen, insbesondere SIMATIC S7-1200 und dem TIA-Portal als Programmier- und Inbetriebnahmeplattform vertraut sein. Kenntnisse bezüglich Lastmanagement und Energiebezugsoptimierung sind von Vorteil.
2 Automatisierungslösung 2.3 Prinzip der Laststeuerung Lage, ein-, zwei- oder dreiphasig zu messen und kann in Zwei-, Drei- oder Vierleiter-Netzen verwendet werden. Durch seine kompakte Bauform im 96 x 96 mm Format ist es ein idealer Ersatz für alle herkömmlichen analogen Anzeigeinstrumente. Aufgrund seines großen Messspannungsbereichs ist das SENTRON PAC3200 mit Mehrbereichsnetzteil in jedem Niederspannungsnetz bis zu einer Netznennspannung von 690 V direkt anschließbar.
2 Automatisierungslösung 2.3 Prinzip der Laststeuerung Die Überwachung des Leistungslimits liegt allein in der Hand des EVU-Kunden. Hinweis Der Energieversorger liefert dem Kunden keinerlei verwertbare Daten (EVU- Messwerte, Warnungen), die zur rechtzeitigen Abschaltung von Verbrauchern herangezogen werden könnten. Der EVU-Kunde muss also darauf vertrauen, dass seine eigenen Messungen und Berechnungen –...
2 Automatisierungslösung 2.3 Prinzip der Laststeuerung Hochtarif HT (z. B. tagsüber) und Niedertarif NT (z. B. nachts) bezeichnet. Betriebsstundenzähler (s) Er zählt, solange das Messgerät mit Spannung versorgt wird. Aus dem Zählwert und der Wirkarbeit werden für jeden Verbraucher ständig die Leistungsmittelwerte innerhalb der Messperiode berechnet.
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2 Automatisierungslösung 2.3 Prinzip der Laststeuerung Abbildung 2-3: Prognose des Gesamtleistungs-Mittelwerts (Abschaltung) av_fc scan Hierbei ist E jene, bis zum aktuellen Zeitpunkt t ab Beginn der Messperiode konsumierte Energie aller Verbraucher, die die bis zu diesem Zeitpunkt maximal erlaubte Arbeit E ) überschreitet.
2 Automatisierungslösung 2.3 Prinzip der Laststeuerung Hierbei ist P der Leistungswert des Verbrauchers, der seinen Abschaltzeitpunkt bestimmt. Je kleiner er gegenüber der Nennleistung ist, desto eher wird der Verbraucher abgeschaltet. Die Bedingung E dieses Spiegelpunktes hat zwei Aufgaben: – Die Genauigkeit der Prognose P ist, insbesondere zu Beginn der Messperiode, begrenzt.
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2 Automatisierungslösung 2.3 Prinzip der Laststeuerung < P av_fc Abbildung 2-5: Prognose des Gesamtleistungs-Mittelwerts (Zuschaltung) scan av_fc Abbildung 2-6: Energieresource des nächsten zuzuschaltenden Verbrauchers Im Gegensatz zu Abbildung 2-4 liegt hier die blaue E -darstellende Fläche unterhalb und die grüne E -darstellende Fläche oberhalb der P -Linie.
2 Automatisierungslösung 2.3 Prinzip der Laststeuerung vorgesehenen Verbraucher sukzessiv mehrere Lasten eingeschaltet, geschieht das mit Mindestabstand t . Erfordern die vorliegenden Prozesse und scan Gegebenheiten einen größeren Mindestabstand, so kann dies in Vielfachen von t parametriert werden. scan Mindestauszeit wurde eingehalten Für jeden Verbraucher ist eine Mindestauszeit parametrierbar, um der erlaubten Dynamik des Verbrauchers gerecht zu werden.
CSV-Format (Comma Separated Value). Wenn die Steuerung über die PROFINET-Schnittstelle mit einem PC verbunden ist, können Sie mit einem Webbrowser über den Webserver der SIMATIC S7-1200 auf die Data Logs zugreifen und diese z. B. in einer Excel-Tabelle aufbereiten und darstellen. Der Zugriff ist sowohl im RUN- als auch im STOP-Zustand der CPU möglich.
120/230 V AUSGANG: DC 24 V/2,5 A COMPACT SWITCH MODULE CSM 1277 ANSCHLUSS 6GK7277-1AA10-0AA0 SIMATIC S7-1200 UND BIS ZU 3 WEITERER TEILNEHMER AN IND. ETHERNET MIT 10/100 MBIT/S UNMANAGED SWITCH, 4 RJ45 PORTS, EXT. DC 24V SPANNUNGSVERSORGUNG LED DIAGNOSE, S7-1200 BAUGRUPPE INKL.
Kommunikationsprinzip Client-Server-Beziehung Die Geräte SENTRON PAC3200 stellen als Server eine ‚MODBUS on TCP’- Kommunikation zur Verfügung. Die SIMATIC S7-1200 CPU kann mittels der Anweisung MB_CLIENT als Modbus-TCP-Client über ihre PROFINET-Schnittstelle kommunizieren. Es ist keine zusätzliche Kommunikationshardware – z. B. ein Kommunikationsprozessor –...
2 Automatisierungslösung 2.8 Kommunikationsprinzip Die Anweisung MB_CLIENT Die Anweisung MB_CLIENT finden Sie auf der Task Card „Anweisungen“ unter „Kommunikation > Kommunikationsprozessor > MODBUS TCP“. Zieht man sie mit der Maus ins Programm, so wird ein entsprechender System-FB angelegt, dessen Daten in einem System-DB bzw. als Multiinstanz im Instanz-DB des aufrufenden FBs abgelegt werden.
2 Automatisierungslösung 2.8 Kommunikationsprinzip Zugriff auf das Modbus-Datenregister Das Register ist ein Puffer für die vom Modbus-Server empfangenen oder zum Modbus-Server zu sendenden Daten. Der Zugriff erfolgt über den InOut-Parameter MB_DATA_PTR der Anweisung MB_CLIENT. MB_DATA_PTR ist ein Zeiger vom Typ VARIANT. Das bedeutet, dass lediglich die Adressinformation des an MB_DATA_PTR anliegenden Aktualparameters übergeben wird, während der Datentyp des Aktualparameters irrelevant ist.
2 Automatisierungslösung 2.9 Programmbeschreibung Abbildung 2-11: Serielle Kommunikation Start n := 1 Verbindung zu SENTRON PAC n aufbauen empfangen von / senden an SENTRON PAC n n := n+1 Verbindung zu SENTRON PAC n abbauen alle SENTRON PACs abgearbeitet? Nein Abtastzeit abwarten Für die Abarbeitung eines SENTRON PAC3200 Geräts benötigt die Applikation 200-300ms.
2 Automatisierungslösung 2.9 Programmbeschreibung 2.9.1 Bausteinstruktur zeigt die Aufrufhierarchie der Programmbausteine sowie den Zugriff Abbildung 2-12 auf die Datenbausteine. Abbildung 2-12: Bausteinstruktur DB501 „PowerMan_DB FB1084 OB100 “MB_CLIENT” “Startup” FC502 FB501 “CALC_P_active_av” “PowerMan” FC161 “Event” “MAIN” FC501 “Load_shedding” DB503 “PAC_data” OB100 – „Startup“ Hier werden Konstanten berechnet, die von Eingabeparametern abgeleitet sind und sich während der Laufzeit nicht ändern.
2 Automatisierungslösung 2.9 Programmbeschreibung gekennzeichneten Variablen stellen verbraucherunabhängige, allgemeine Daten dar, die vom Anwender zu parametrieren sind (siehe Tabelle 2-9). FB1084 – „MB_CLIENT“ Dieser System-FB wird beim Einfügen der gleichnamigen Anweisung ins Anwenderprogramm unter „Systembausteine > Programmressourcen“ in der Projektnavigation angelegt. Die zugehörigen statischen Daten wurden als Multiinstanz erstellt und liegen unter dem Namen „MB_CLIENT_Instance“...
2 Automatisierungslösung 2.9 Programmbeschreibung Parameter Datent IN/OUT Erläuterung Alarm_Word Word INOUT Fehlerwort, auf das das HMI zugreift Global_fault Bool = TRUE, wenn mindestens 1 Bit im Fehlerwort gesetzt ist FC501 – „Load_shedding“ Entsprechend den Erläuterungen in Kap. 2.3 entscheidet der Baustein, ob eine Last ab- oder zugeschaltet werden soll.
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2 Automatisierungslösung 2.9 Programmbeschreibung Name Daten Dim. Erläuterung P_base_load Real Grundlast P Als konstant angenommene Grundlast, die nicht messtechnisch erfasst wird. P_active_sample_max USInt Wirkleistungsmesswert - Stichprobenzahl Die Wirkleistung kann aus mehreren Messwerten gemittelt werden. Die Messungen erfolgen zeitlich direkt hintereinander. ext_trigger Bool Trigger für Messperiode...
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2 Automatisierungslösung 2.9 Programmbeschreibung Name Daten Dim. Erläuterung P_OnOff. Struct OFFfactor Real Faktor für Abschaltleistung Als Abschaltleistung (siehe Kap. 2.3) wird die um einen Faktor verringerte gemessene Wirkleistung des Verbrauchers verwendet (P_OFFfactor < 1,0) ONfactor Real Faktor für Zuschaltleistung Als Zuschaltleistung (siehe Kap. 2.3) wird die um einen Faktor vergrößerte gemessene Wirkleistung des Verbrauchers verwendet (P_ONfactor >...
2 Automatisierungslösung 2.9 Programmbeschreibung Name Daten Dim. Erläuterung t_remain_on Time Zeit Einzeit Zeit, die ein Verbraucher nach einer Zuschaltung durch das System eingeschaltet bleiben muss. Erst nach Ablauf der Zeit steht er wieder zum Abschalten zur Verfügung. prio_list Array[1..n] Prioritätenliste of UInt Das erste Listenelement hat die höchste, das letzte die niedrigste Priorität bezüglich Verbraucherabschaltung.
2 Automatisierungslösung 2.9 Programmbeschreibung Schrittkette Der durch die Schrittkette realisierte Programmablauf ist im Folgenden durch ein Zustandsdiagramm (Abbildung 2-13) dargestellt. In den im Diagramm gelb hinterlegten Ellipsen (Zuständen) wird jeweils auf das Ereignis, das durch den blauen Text charakterisiert ist, gewartet. Mit dem Eintreffen des Ereignisses wird der Zustand verlassen und –...
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Copyright Siemens AG 2013 All rights reserved 58856464_Set24_LoadSwitching_V1d1_de.doc 2 Automatisierungslösung 2.9 Programmbeschreibung Abbildung 2-13: Zustandsdiagramm Schritt 1010 (NW11) nein Schritt 1000 (NW3) Abtastzeit abgelaufen Start Abtastzeit Lastmanagement (FB Load_shedding bearbeiten) Messperiode abgelaufen? Verbindungsaufbau zu PAC 1 initiieren Schritt 10 (NW4) Neustart CONNECTED &...
2 Automatisierungslösung 2.10 Visualisierung 2.10 Visualisierung Das KTP600 stellt für das Beobachten drei Bilder zur Verfügung. Hauptbild (Startbild) Abbildung 2-14: Hauptbild Energiereserve, die der nächste ab- oder zuzuschaltende Verbraucher im Augenblick bereitstellt. Ist Auf das Ende der sie aufgebraucht, erfolgt die Messperiode prognostizierte Ab- bzw.
2 Automatisierungslösung 2.10 Visualisierung Bild „Consumer load list“ Abbildung 2-15: Bild „Consumer load list“ Namen der Verbraucher Frühester nächster Schaltzustand Ausschaltzeitpunkt, falls für den betreffenden Verbraucher eine Mindest-Einzeit spezifiziert ist. Frühester nächster Einschaltzeitpunkt, falls für den betreffenden Verbraucher eine Mindest-Auszeit spezifiziert ist. Zurück zum Hauptbild Bild „Error messages“...
3 Konfiguration 3.1 SIMATIC Softwareinstallation Konfiguration Nachdem Sie alle Komponenten gemäß Abbildung 2-8 ordnungsgemäß montiert, verdrahtet und an die Versorgungsspannung gelegt haben, sind die folgenden Konfigurierungen und Parametrierungen durchzuführen. SIMATIC Softwareinstallation Das Projekt wurde mit TIA-Portal Version V11 SP2 Update 5 und Version 12 erstellt.
3 Konfiguration 3.3 HMI konfigurieren Anweisung zusätzlicher Hinweis Gruppe „Kommunikation“ siehe Kap. 9.2.7 in Stellen Sie die folgenden Parameter ein. Parameter Gerät 1 Gerät 2 IP-ADR 192.168.0.200 192.168.0.201 SUBNET 255.255.255.0 GATEWAY 0.0.0.0 PROTOKOLL MODBUS TCP Im Anschluss an obige Parametrierung sind die Messspannung und der Messstrom an die SENTRON PAC3200 Geräte anzulegen und die angezeigten Messwerte zu kontrollieren.
3 Konfiguration 3.4 Einstellungen am Erstellsystem (Windows) Bedienhandlung Bild / Resultat / zusätzlicher Hinweis Öffnen Sie mit der Schaltfläche "Profinet" den Dialog "Profinet Settings". Wählen Sie „Specify an IP address“ aus. Machen Sie folgende Eingaben: – IP-Adresse = 192.168.0.254 – Subnetzmaske = 255.255.255.0 Schließen Sie den Dialog mit "OK", um die Eingaben zu übernehmen.
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3 Konfiguration 3.4 Einstellungen am Erstellsystem (Windows) Bedienhandlung Bild / Resultat / zusätzlicher Hinweis Markieren Sie die zu verwendende Netzwerkkarte und öffnen Sie über Rechtsklick die Eigenschaften. Markieren Sie das Element „Internet Protocol (TCP/IP)“ und öffnen Sie dessen Eigenschaften. Wählen Sie „Folgende IP-Adresse verwenden“...
3 Konfiguration 3.4 Einstellungen am Erstellsystem (Windows) 3.4.2 PG/PC-Schnittstelle einstellen Zur Simulation des KTP600 am Erstellsystem muss die PG/PC-Schnittstelle entsprechend eingestellt werden. Tabelle 3-4: PG/PC-Schnittstelle einstellen Bedienhandlung Bild / Resultat / zusätzlicher Hinweis Öffnen Sie in der Windows-Systemsteuerung die PG/PC-Schnittstellen-Einstellungen. Wählen Sie als „Zugangspunkt der Applikation“...
3 Konfiguration 3.5 Parametrierungen im TIA-Portal und Projekt-Download Parametrierungen im TIA-Portal und Projekt-Download Öffnen des Projekts Tabelle 3-5: Öffnen des Projekts Bedienhandlung Bild / Resultat / zusätzlicher Hinweis Entpacken Sie das Beispielprojekt in ein beliebiges Verzeichnis auf Ihrer Festplatte und Doppelklicken Sie auf die Datei mit der Erweiterung „.ap11“.
3 Konfiguration 3.5 Parametrierungen im TIA-Portal und Projekt-Download Einstellen der länderspezifischen Lokalzeit Sorgen Sie für die korrekte Datums- und Uhrzeiteinstellung in der CPU. Dies ist aus folgenden Gründen nötig: Die Messperiode für die Mittelwertbildung der Leistung ist mit der Lokalzeit synchronisiert.
3 Konfiguration 3.5 Parametrierungen im TIA-Portal und Projekt-Download Laden des Steuerungsprogramms in die CPU Tabelle 3-7: Laden des Steuerungsprogramms in die CPU Anweisung Bild / Resultat / zusätzlicher Hinweis Verbinden Sie Ihr Erstellsystem direkt oder über den Switch CSM1277 mit der CPU. Markieren Sie den Steuerungsordner „PLC_1 [CPU 1214C DC/DC/DC]“.
3 Konfiguration 3.5 Parametrierungen im TIA-Portal und Projekt-Download Tabelle 3-8: CPU-Uhr stellen Anweisung Markieren Sie in der Projektnavigation die Steuerung „PLC_1“. Betätigen Sie die Schaltfläche „Online verbinden“. Wählen Sie den Punkt „Online & Diagnose“. Öffnen Sie die Funktion „Uhrzeit einstellen“. Stellen Sie Datum und Uhrzeit ein bzw.
3 Konfiguration 3.5 Parametrierungen im TIA-Portal und Projekt-Download Anweisung Bild / Resultat / zusätzlicher Hinweis Aktivieren Sie, falls erforderlich, die Option „Alles überschreiben“. Betätigen Sie die „Laden“-Schaltfläche. Je nach Bediengeräteeinstellung müssen Sie im Loadermenü des KTP600 noch die Übertragung über die Schaltfläche „Transfer“...
3 Konfiguration 3.6 Anzahl der SENTRON PAC3200 Geräte erweitern Anzahl der SENTRON PAC3200 Geräte erweitern Um das Programmbeispiel mit mehr als zwei SENTRON PAC3200 Geräten zu betreiben, müssen Sie mehr Ethernetports zur Verfügung stellen. Verwenden Sie mehrere Switches bzw. Switches mit mehr Anschlüssen. Geben Sie jedem SENTRON PAC3200 Gerät eine eindeutige IP-Adresse 192.168.0.2…252 (siehe Kap.
3 Konfiguration 3.6 Anzahl der SENTRON PAC3200 Geräte erweitern 3.6.2 Erweiterungen im HMI-Bild „Consumer load list“ Tabelle 3-13: Erweiterungen im HMI-Bild „Consumer load list“ Anweisung Bild / Resultat / zusätzlicher Hinweis Gehen Sie im Projektbaum zum Bild „Consumer_load_list“ und öffnen Sie den Editor per Doppelklick.
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3 Konfiguration 3.6 Anzahl der SENTRON PAC3200 Geräte erweitern Anweisung Bild / Resultat / zusätzlicher Hinweis Öffnen Sie den DB „PAC_data“. Öffnen Sie die Eigenschaften der neuen Zeilenelemente im HMI-Bild. Ziehen Sie die im DB „PAC_data“ bereits angelegten neuen Variablen auf die entsprechenden Prozessvariablen in den Eigenschaftsfeldern der neuen HMI- Bildelemente.
3 Konfiguration 3.6 Anzahl der SENTRON PAC3200 Geräte erweitern Anweisung Bild / Resultat / zusätzlicher Hinweis Gehen Sie im Projektbaum in die Textliste und tragen Sie die Namen der neuen Verbraucher in die Liste „consumer load name“ ein. Der einzutragende Wert entspricht dem der Variable „PAC_data“.load_spec[ ].index Liste mit neuen Verbrauchern erweitern...
4 Live-Demo 4.1 Schaltverhalten Live-Demo Schaltverhalten Es wird von anfänglichen Lastverhältnissen gemäß ausgegangen. Abbildung 3-1 Tabelle 4-1: Live-Demo - Schaltverhalten Anweisung Bild / Resultat / zusätzlicher Hinweis Veranlassen Sie einen Neustart der Steuerung und gehen Sie anschließend online. Warten Sie auf den Beginn der Messperiode. Bei Messperiodenstart nach einem Wenn diese über die CPU-Uhr getriggert wird, Steuerungsneustart werden die Ausgänge...
4 Live-Demo 4.2 Fehlermeldungen Fehlermeldungen Tabelle 4-2: Live-Demo - Fehlermeldungen Anweisung Bild / Resultat / zusätzlicher Hinweis Es steht kein Verbraucher zum Abschalten Zu jenem Zeitpunkt, in dem das System einen zur Verfügung: (nicht vorhandenen) dritten Verbraucher abschalten möchte, wird die als „kommend“ Erhöhen Sie in der Beobachtungstabelle gekennzeichnete Fehlermeldung „No (siehe Tabelle 4-1, Punkt 5) die Basislast...
4 Live-Demo 4.3 Data Log Data Log Am Ende jeder Messperiode wird die mittlere Gesamtleistung (bezogen auf die Messperiode) als Data Log in eine csv-Datei im Ladespeicher geschrieben. Warten Sie einige Messperioden ab, bis Sie die Datei downloaden. Tabelle 4-3: Live-Demo – Data Log Anweisung zusätzlicher Hinweis / Bild Öffnen Sie den Browser auf Ihrem...
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4 Live-Demo 4.3 Data Log Anweisung zusätzlicher Hinweis / Bild Geben Sie als Benutzernamen „admin“ ein. Die Eingabe eines Passworts ist nicht notwendig. Navigieren Sie anschließend zu „Data Logs“ und laden Sie die Datei SUM_P_active_av.csv herunter (Der Dateiname ist in der Struktur „DataLog_1“...
Data Log Datenbereich im Ladespeicher oder auf der Memory Card, in den Prozesswerte geschrieben werden können. Über den Webserver der SIMATIC S7-1200 können die Daten in eine ExcelTabelle geschrieben werden. Dauer der Messperiode, über die das EVU den Gesamtleistungs- mittelwert berechnet, um ihn mit einem Referenzwert (Leistungslimit) zu vergleichen.
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Zeitpunkt maximal erlaubte Arbeit E ) überschreitet. (Variable im STEP 7 Programm: „LoadSwitching_DB“.E_overload) Speicherprogrammierbare Steuerung - in diesem Kontext ist die Steuerung SIMATIC S7-1200 gemeint. Momentaner Gesamtleistungs-Mittelwert aller Verbraucher, der jeweils ab Beginn jeder EVU-Messperiode fortwährend gebildet wird. (Variable im STEP 7 Programm: SUM_P_active_av* [*Temp-Variable im FC „Load_shedding“])
8 Historie Historie Tabelle 8-1: Historie Version Datum Änderung V1.0 03/2012 Erste Veröffentlichung V1.1 01/2013 Parametrierbar, ob Last-Wiederzuschaltung manuell oder automatisch erfolgen soll. Redaktionelle Überarbeitung V1.1 05/2013 Projekt in TIA V12 ergänzt. V1.1 07/2013 geringfügige Textanpassung in Kap.1 Lasten schalten mit S7-1200 und SENTRON PAC3200 V1.1, Beitrags-ID: 58856464...