先進(jìn)的能源管理正在越來(lái)越普遍地用于控制工程，用來(lái)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(duì)機(jī)器的行為進(jìn)行分析和分類，并且對(duì)能源大量的消耗進(jìn)行定位并處置。這個(gè)廣泛的應(yīng)用與對(duì)主要能源使用的識(shí)別和跟蹤，是通過(guò)將這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)錄入到預(yù)測(cè)維護(hù)軟件中，并使用現(xiàn)代的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)工具來(lái)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(guò)去的兩年中，工業(yè)市場(chǎng)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)的輸入/輸出(I/O)平臺(tái)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(lái)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(zhǎng)度更短、調(diào)試過(guò)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(dòng)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(cè)量I/O終端可以被用來(lái)測(cè)量諧波、總諧波失真、頻率以及功率因數(shù)。圖片來(lái)源：Beckhoff

用于電源監(jiān)測(cè)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(cè)和預(yù)測(cè)性維護(hù)應(yīng)用帶來(lái)了優(yōu)勢(shì)。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(gè)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(cè)性維護(hù)的信息。對(duì)于這些應(yīng)用，具有基本測(cè)量特性的入門級(jí)測(cè)量終端是有益的。每臺(tái)機(jī)器都可以有一個(gè)低成本的終端來(lái)測(cè)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(kù)。如果工廠人員發(fā)現(xiàn)測(cè)量值發(fā)生改變，他們會(huì)根據(jù)測(cè)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(shí)間的識(shí)別功能。

對(duì)于那些基于降低總體生產(chǎn)成本的需求而進(jìn)行電能測(cè)量的應(yīng)用，帶有內(nèi)置功能的測(cè)量終端會(huì)更有用。有一些三相電力測(cè)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(shuō)的是，這些還可以用于測(cè)量諧波、總諧波失真(THD)、頻率和功率因數(shù)。

所有的可測(cè)量的電流和電壓都是均方根(RMS)值，而且可以計(jì)算出每個(gè)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(huì)得到有功功率、視在功率、無(wú)功功率、頻率功率因數(shù)以及諧波。擴(kuò)展的測(cè)量終端也可以提供一個(gè)很大的測(cè)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(guò)采樣原理，通過(guò)高達(dá)100微秒的瞬時(shí)分辨率可以同時(shí)監(jiān)視多個(gè)不同的通道。對(duì)于基于I/O端子的功率監(jiān)測(cè)，也許在性能達(dá)到最高端時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些變量差異，例如，在20千樣本每秒(kSps)時(shí)最大誤差為0.2%，在10 kSps時(shí)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(cè)量電壓和電流的復(fù)雜自定義算法。

通過(guò)過(guò)采樣原理，I/O終端可以在短于控制系統(tǒng)周期的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。利用分布式時(shí)鐘的功能(EtherCAT協(xié)議的固有功能)，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中的其他EtherCAT設(shè)備從多個(gè)源同步測(cè)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(tái)中具有更高的性能。 用于評(píng)估原始電流和電壓數(shù)據(jù)的PLC庫(kù)可以通過(guò)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(shí)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。可以確定頻率和頻譜，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(duì)于所有領(lǐng)域的生產(chǎn)制造環(huán)境來(lái)說(shuō)，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(guò)添加集成了測(cè)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。