先進(jìn)的能源維護(hù)

先進(jìn)的能源管理正在越來越普遍地用于控制工程，用來解決關(guān)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(fù)荷、對機(jī)器的行為進(jìn)行分析和分類，并且對能源大量的消耗進(jìn)行定位并處置。這個廣泛的應(yīng)用與對主要能源使用的識別和跟蹤，是通過將這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)錄入到預(yù)測維護(hù)軟件中，并使用現(xiàn)代的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)工具來分析數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)成本減少以及設(shè)備效率提升。

在過去的兩年中，工業(yè)市場領(lǐng)域已經(jīng)擴(kuò)展了緊湊型電源監(jiān)控技術(shù)的可用性。很多都不是單一用途的、單機(jī)設(shè)備。相反，它們被集成到一個標(biāo)準(zhǔn)的輸入/輸出(I/O)平臺上。實(shí)現(xiàn)此目的的一種方法是將電力監(jiān)控電子設(shè)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(jī)器上的I/O模塊上。這帶來了直接的好處，包括減小設(shè)備整體的占地面積、改進(jìn)的I/O部分、電纜和接線長度更短、調(diào)試過程更快等等。在基于PC的控制技術(shù)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(yùn)動控制、安全、機(jī)器人等的熟悉軟件環(huán)境中進(jìn)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(shù)。圖片來源：Beckhoff

用于電源監(jiān)測的EtherCAT

基于EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的I/O產(chǎn)品為電源監(jiān)測和預(yù)測性維護(hù)應(yīng)用帶來了優(yōu)勢。根據(jù)應(yīng)用不同，要確定需要哪些與能源有關(guān)的信息是很重要的，例如電壓、電能質(zhì)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(shí)現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)的信息。對于這些應(yīng)用，具有基本測量特性的入門級測量終端是有益的。每臺機(jī)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(shù)據(jù)從EtherCAT網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到本地或云端數(shù)據(jù)庫。如果工廠人員發(fā)現(xiàn)測量值發(fā)生改變，他們會根據(jù)測量結(jié)果和EtherCAT的診斷功能準(zhǔn)確知道哪些機(jī)器需要維護(hù)，這種診斷特性可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器和設(shè)備內(nèi)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(chǎn)成本的需求而進(jìn)行電能測量的應(yīng)用，帶有內(nèi)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(kuò)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(shù)。

所有的可測量的電流和電壓都是均方根(RMS)值，而且可以計(jì)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(shù)以及諧波。擴(kuò)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(dá)到交流690V、5A。

提取更多潛在能耗數(shù)據(jù)

使用EtherCAT過采樣原理，通過高達(dá)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(dá)到最高端時會出現(xiàn)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%?；赑C的標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)具有足夠的計(jì)算能力，可用于真正的RMS或性能計(jì)算，以及基于測量電壓和電流的復(fù)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(nèi)進(jìn)行測量。利用分布式時鐘的功能(EtherCAT協(xié)議的固有功能)，可以通過網(wǎng)絡(luò)中的其他EtherCAT設(shè)備從多個源同步測量功率。

旨在適應(yīng)基于PC的控制系統(tǒng)中電源監(jiān)控的軟件擴(kuò)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(shù)據(jù)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(jì)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(jìn)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(wǎng)絡(luò)中的諧波以及它們的以總諧波失真為形式的負(fù)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(fù)雜的、昂貴的和笨重的“黑匣子”設(shè)備，它們需要自有的編程軟件和存在于內(nèi)部的很封閉的生態(tài)系統(tǒng)。這意味著很少有機(jī)器可以承擔(dān)為實(shí)現(xiàn)有效數(shù)據(jù)分析而進(jìn)行的高水平的能源監(jiān)控技術(shù)。

今天，對于所有領(lǐng)域的生產(chǎn)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(jià)值的能源消耗數(shù)據(jù)。通過添加集成了測量技術(shù)的小型I/O終端，控制工程師們可以有更大的權(quán)力將能源監(jiān)控掌握在自己的手中。