智能能源监测与预测性维护，物联网解决方案

先进的功率测量在控制工程中被更频繁地使用，以解决关键的制造挑战，如发现节约能源的方法，减少峰值负载，分析和分类机器行为，定位和处理能源消耗。

它还通常用于识别和跟踪关键的能源使用统计数据，将其与预测性维护软件绑定，并使用现代物联网(IoT)工具分析数据，以降低成本并提高设备效率。

在过去的两年里，工业市场在紧凑型电力监控技术的可用性方面有了显著的扩展。其中很大一部分都不是单一用途的独立设备。相反，它们被集成到一个标准的输入/输出(I/O)平台中。实现这一目标的一种方法是将电力监控电子器件集成到分布式I/O格式中——要么在din导轨安装的终端中，要么在机器安装的I/O模块中。

这带来了许多立竿见影的好处，包括减少整体设备占地面积、简化I/O段、缩短布线和电缆运行时间、加快调试速度等等。在基于pc的控制技术的背景下，这些电力监控解决方案可以在与可编程逻辑控制器(plc)、运动控制、安全、机器人等相同的熟悉软件环境中进行编程，为工程师提供了显著的节省。

基于EtherCAT工业以太网协议的i /O产品为电力测量和预测性维护应用提供了独特的优势。根据应用的不同，确定需要哪些与能源相关的信息是很重要的，比如电压、电能质量和谐波。另一个考虑因素是物联网。许多工程师正在寻找更多的信息来实施预测性维护。

对于此类应用，具有基本测量功能的入门级测量终端可能会有所帮助。每台机器都可以有一个低成本的终端来测量电压、电流和功率，并将数据从EtherCAT网络发送到本地或云数据库。如果工厂人员看到测量值的变化，他们就可以根据测量值和EtherCAT的诊断功能准确地知道哪台机器需要维护，从而能够高度本地化地识别机器和设备中的基于时间的事件。

对于基于降低总生产成本而需要功率测量的应用，具有更多内置功能的测量终端将更有帮助。具有扩展功能的三相功率测量终端，为电源分析和能源管理提供了广泛的附加功能。具体来说，这些可用于测量谐波、总谐波失真(THD)、频率和功率因数。

所有测量的电流和电压均可作为均方根(RMS)值，并可计算出每个相的有效功率和能耗。用户可获得电压、U、电流、I的有效值，有功功率、P、视在功率、S、无功功率、Q、频率、f、相移角、cos φ、谐波。扩展的测量端子也可以提供非常高的测量范围，高达690 V ac, 5A。

使用EtherCAT过采样原理，可以同时监测多个通道，时间分辨率高达100µs。对于基于I/O终端的功率监控来说，可能是性能最高的，可以使用紧凑的变体，在每秒20千样本(kSps)时误差最大为0.2%，在10 kSps时误差最大为0.5%。一个标准的基于pc的控制系统具有足够的计算能力，用于真正的RMS或性能计算，以及基于测量电压和电流的复杂自定义算法。

通过过采样原理，I/O终端可以测量比控制系统的周期时间更短的间隔。此外，通过利用分布式时钟功能(这也是EtherCAT协议固有的)，可以通过网络中的其他EtherCAT设备同步测量来自多个源的功率。

给控制工程师供电

在基于pc的控制系统中，为适应电力监控而设计的软件扩展也提高了系统集成平台的性能。用于评估原始电流和电压数据的PLC库可以由电力监测I/O终端直接提供。功能块可用于计算电流、电压和功率的RMS值。

这些可以输出为瞬时或平均值，最大值和最小值也可以在功能块中使用。频率和频谱可以确定，如网络中的谐波及其负载的总谐波失真(THD)形式。所有功能模块均可用于单相和三相系统。

不久以前，这种级别的功能和同步是为复杂、昂贵、笨重的“黑匣子”设备保留的，这些设备需要自己的编程软件，并且存在于一个相当封闭的生态系统中。这意味着很少有机器能够提供高水平的功率监测技术来进行有效的数据分析。今天，通过配备正确的I/O终端的控制系统，可以从制造环境的所有区域提取高价值的功耗数据。通过增加具有集成测量技术的紧凑型I/O终端，控制工程师有更多的能力将能源监测掌握在自己手中。

Sree Potluri，输入输出应用专家，Beckhoff自动化．由制作编辑克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．

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关键词:I/O平台，能源监测，EtherCAT

• 先进的功率测量可以解决许多关键的制造挑战。
• EtherCAT-basedI/O产品可以为功率测量和预测性维护应用提供特殊的优势。
• 软件扩展基于pc的控制系统在系统集成平台上有更高的性能。

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