先進的能源維護

先進的能源管理正在越來越普遍地用于控制工程，用來解決關鍵的加工制造方面的挑戰(zhàn)，例如探索節(jié)能的方式、降低峰值負荷、對機器的行為進行分析和分類，并且對能源大量的消耗進行定位并處置。這個廣泛的應用與對主要能源使用的識別和跟蹤，是通過將這些統(tǒng)計數據錄入到預測維護軟件中，并使用現代的物聯網(IoT)工具來分析數據，以實現成本減少以及設備效率提升。

在過去的兩年中，工業(yè)市場領域已經擴展了緊湊型電源監(jiān)控技術的可用性。很多都不是單一用途的、單機設備。相反，它們被集成到一個標準的輸入/輸出(I/O)平臺上。實現此目的的一種方法是將電力監(jiān)控電子設備集成到分布式I/O的格式中，在DIN軌道安裝的終端上，或是在安裝于機器上的I/O模塊上。這帶來了直接的好處，包括減小設備整體的占地面積、改進的I/O部分、電纜和接線長度更短、調試過程更快等等。在基于PC的控制技術的背景下，這些電源監(jiān)控解決方案可以在用于可編程邏輯控制器(PLC)、運動控制、安全、機器人等的熟悉軟件環(huán)境中進行編程，從而為工程師節(jié)省大量成本。

緊湊型三相電能測量I/O終端可以被用來測量諧波、總諧波失真、頻率以及功率因數。圖片來源：Beckhoff

用于電源監(jiān)測的EtherCAT

基于EtherCAT工業(yè)以太網協議的I/O產品為電源監(jiān)測和預測性維護應用帶來了優(yōu)勢。根據應用不同，要確定需要哪些與能源有關的信息是很重要的，例如電壓、電能質量和諧波。

另一個考慮的方面是以IoT為中心的。許多工程師都在尋找更多用于實現預測性維護的信息。對于這些應用，具有基本測量特性的入門級測量終端是有益的。每臺機器都可以有一個低成本的終端來測量電壓、電流和功率，并且將數據從EtherCAT網絡發(fā)送到本地或云端數據庫。如果工廠人員發(fā)現測量值發(fā)生改變，他們會根據測量結果和EtherCAT的診斷功能準確知道哪些機器需要維護，這種診斷特性可以實現機器和設備內的高度本地化和基于時間的識別功能。

對于那些基于降低總體生產成本的需求而進行電能測量的應用，帶有內置功能的測量終端會更有用。有一些三相電力測量終端具有擴展的功能，為電源分析和能源管理提供很大范圍的額外特性。特別要說的是，這些還可以用于測量諧波、總諧波失真(THD)、頻率和功率因數。

所有的可測量的電流和電壓都是均方根(RMS)值，而且可以計算出每個相位的有功功率和能耗。用戶可以獲得電壓和電流的均方根值，也會得到有功功率、視在功率、無功功率、頻率功率因數以及諧波。擴展的測量終端也可以提供一個很大的測量范圍，最大可以達到交流690V、5A。

提取更多潛在能耗數據

使用EtherCAT過采樣原理，通過高達100微秒的瞬時分辨率可以同時監(jiān)視多個不同的通道。對于基于I/O端子的功率監(jiān)測，也許在性能達到最高端時會出現一些變量差異，例如，在20千樣本每秒(kSps)時最大誤差為0.2%，在10 kSps時誤差為0.5%。基于PC的標準控制系統(tǒng)具有足夠的計算能力，可用于真正的RMS或性能計算，以及基于測量電壓和電流的復雜自定義算法。

通過過采樣原理，I/O終端可以在短于控制系統(tǒng)周期的時間內進行測量。利用分布式時鐘的功能(EtherCAT協議的固有功能)，可以通過網絡中的其他EtherCAT設備從多個源同步測量功率。

旨在適應基于PC的控制系統(tǒng)中電源監(jiān)控的軟件擴展也在系統(tǒng)集成平臺中具有更高的性能。 用于評估原始電流和電壓數據的PLC庫可以通過電源監(jiān)控I/O端子直接提供。功能塊可用于計算電流、電壓和功率的RMS值。

這些可以作為瞬時值或平均值進行輸出，而且在功能塊里也有最大值和最小值?？梢源_定頻率和頻譜，例如網絡中的諧波以及它們的以總諧波失真為形式的負載。所有的功能塊都可以用于單相位系統(tǒng)和三相位系統(tǒng)中。不久之前，這種水平的功能性和同步性還是專用于復雜的、昂貴的和笨重的“黑匣子”設備，它們需要自有的編程軟件和存在于內部的很封閉的生態(tài)系統(tǒng)。這意味著很少有機器可以承擔為實現有效數據分析而進行的高水平的能源監(jiān)控技術。

今天，對于所有領域的生產制造環(huán)境來說，從裝備有正確的I/O終端的控制系統(tǒng)中都可以提取出具有很大價值的能源消耗數據。通過添加集成了測量技術的小型I/O終端，控制工程師們可以有更大的權力將能源監(jiān)控掌握在自己的手中。