Многие инженеры довольно скрытны в отношении своей работы, вероятно, потому что не хотят, чтобы другие знали, как им это нравится. Однако у нашей работы есть и очень серьезная сторона: улучшение окружающей среды и жизни людей. Мы сокращаем потребление энергии, минимизируем производственные отходы и продлеваем срок службы оборудования за счет более точных стратегий технического обслуживания. Поэтому нам крайне важно иметь доступ к оборудованию, способному измерять как большие, так и малые сигналы, чтобы мы могли принимать обоснованные решения при разработке и совершенствовании систем, проведении заключительных производственных испытаний и установке оборудования.

Точность измерения энергопотребления:
Пользовательские интерфейсы промышленного оборудования обычно не отличаются эстетичностью или вниманием к деталям. Однако это меняется с появлением линейки двух- и трехфазных анализаторов энергии Carlo Gavazzi¹) сохраняют типичный для этих устройств ЖК-дисплей с подсветкой, но команда разработчиков приложила немало усилий, чтобы сделать их простыми в использовании, от установки до ежедневной эксплуатации. Например, десятичные цифры на дисплее измерения энергии меньше остальных цифр. Это облегчает чтение чисел на экране для людей старшего возраста. Также имеется функция «презентации», позволяющая отображать необходимые измерения последовательно без ручного ввода. Устройства также оснащены удобной системой меню, управляемой тремя физическими кнопками.
Достигнута высокая точность: разрешение по частоте 0,001 Гц и разрешение по энергии 0,001 кВт·ч. Модели EM540 и EM530 также обеспечивают время отклика 100 мс для напряжения, тока, мощности и других однофазных и системных переменных. Это полезно для фотоэлектрических установок, требующих управления самопотреблением с нулевым потреблением (т.е., гарантирующих, что избыточная выработанная энергия не будет возвращена в сеть), по сравнению с другими моделями, которые слишком медленны для выполнения этой задачи.

Рисунок 1: В приложениях для мониторинга энергии модели Carlo Gavazzi EM530 и EM540 предлагают удаленный доступ к данным, удобный пользовательский интерфейс, двух- или трехфазное измерение и сертификацию MID.

Анализаторы энергии также могут предоставлять точный журнал работы, что полезно для прогнозирующего технического обслуживания. Задав пороговое значение выше потребления в режиме ожидания подключенного оборудования, устройства могут измерять часы работы. Время в режиме ожидания также может быть определено путем вычитания часов работы из общего времени работы. Данные доступны системам мониторинга через Modbus RTU. В сочетании с универсальной веб-платформой (UWP) группы поддержки могут использовать эту автоматическую передачу данных для обнаружения неисправностей проводки и удаленного предложения решений.
EM530 может использоваться в низковольтных распределительных щитах, а также с трансформаторами тока со вторичным током 5 А. Это позволяет работать в системах с номинальным током 10 кА. EM540 номинально измеряет токи до 65 А. Оба устройства размещены в корпусе, монтируемом на три DIN-рейки, и также доступны в качестве дополнительного MID с точкой фиксации, что позволяет использовать их в системах вспомогательного учета в жилых помещениях.

Эффективность контроллеров двигателей:
Регулирующие органы десятилетиями контролируют энергоэффективность электродвигателей. В начале этого века,^МЭА), потребление энергии двигателями составляло 69% от общего потребления энергии в промышленности. В настоящее время классы энергоэффективности вращающихся электрических машин определены в стандарте IEC 60024. Это определение варьируется от уровня 1 (IE1) до 4, хотя двигатели IE1 с тех пор были запрещены во многих местах^,включая Европейский Союз.
Эффективность промышленного двигателя можно оценить с помощью такого оборудования, как^{компактный}однофазный измеритель мощности переменного/постоянного тока B&K Precision 5335C (рис. 2). Он может измерять мощность до 600 В среднеквадратичного значения и 20 А, а также обеспечивает полосу пропускания до 100 кГц. Входящий в комплект осциллограф отображает осциллограммы напряжения и тока, что исключает необходимость в дополнительном измерительном оборудовании.

Изображение 2: С помощью измерителя мощности B&K Precision 5335C мы можем получать точные измерения КПД двигателей, устройств постоянного тока и проводить тестирование в конце производственной линии.

Внешние преобразователи (макс. 10 А/2 В) могут быть включены при измерении тока выше указанного значения 20 А. Для ШИМ-регулирования скорости двигателей измерения могут проводиться в диапазоне от 0,5 Гц до 100 кГц (рис. 3). Разъемы для подключения, тестовые соединения и внешний триггер четко расположены на задней панели устройства.
Устройство оснащено 4,3-дюймовым TFT-дисплеем и девятью нефизическими кнопками. Одновременно можно отображать до двенадцати параметров измерения, включая пиковый пусковой ток и перенапряжение. Предварительное тестирование на соответствие требованиям ЭМС согласно IEC 62000-3-2/4-7 возможно благодаря измерениям гармоник до 50-го порядка. Устройство предлагает интерфейсы USB (совместимый с USBBTMC), RS232 и LAN для тех, кто хочет настроить автоматизированные тесты. При анализе систем, подключенных к сети, функция интеграции обеспечивает комплексные измерения тока и активной мощности (Вт·ч) с автоматическим переключением диапазонов.

Рисунок 3: Измеритель мощности 5335C позволяет определять КПД двигателя с ШИМ-управлением скоростью при входном напряжении до 600 В; можно использовать внешние датчики тока.

Сбор электронных данных:
Новые и эффективные электронные конструкции основаны на глубоком понимании данных, собираемых датчиком, и, погружаясь в мир машинного обучения (МО), мы всегда будем сталкиваться с недостающими данными. Алгоритмы МО позволяют инженерам-программистам, занимающимся встроенным программным обеспечением, решать чрезвычайно сложные задачи с помощью программирования на основе правил. Выявление долговременных проблем, таких как ухудшение характеристик двигателя или источника питания, требует понимания локальной и окружающей температуры, потребляемого тока, изменений нагрузки и входных/выходных напряжений в динамических условиях эксплуатации.

Устройства типа «настроил и забыл», такие как Digilent MCC USB-230 DAQ [сноска 6], являются идеальным вариантом для получения необходимых данных с минимальными затратами. Они доступны в двух вариантах частоты дискретизации: 50 кГц (USB-231) и 100 кГц (USB-234) и легко подключаются к компьютеру через разъем micro-USB Type B (рис. 4). Имеется четыре 16-битных дифференциальных входа или восемь несимметричных входов ±10 В (защита от перенапряжения ±30 В) с полосой пропускания 300 кГц для аналоговых измерений. Аналоговый выход также работает с напряжением до ±10 В, с максимальной частотой обновления 5 кГц на канал. Восемь входов/выходов работают с напряжением до 5 В и током ±4 мА. Функционал дополняет 32-битный счетчик для переходов из низкого состояния в высокое.

Рисунок 4: Профессиональный сбор данных с помощью устройства Digilent MCC USB-230 DAQ, работающего через USB; соединительные планки облегчают подключение сигналов к блоку сбора данных.

Как правило, устройства сбора данных USB-230 поставляются с подходящим набором программных инструментов^DAQami— это визуальный инструмент для сбора данных и генерации сигналов. Он имеет простой интерфейс перетаскивания, который четко отображает данные и позволяет использовать несколько устройств USB-230, подключенных к одному компьютеру. Также существует универсальная библиотека MCC^для тех, кто хочет разрабатывать собственное программное обеспечение для сбора данных, адаптированное к их конкретным потребностям, с поддержкой программирования на Python в Windows. Разработчики Linux также получают выгоду от поддержки uldaq^.Устройства сбора данных также совместимы с LabVIEW и MATLAB.

Анализ последовательного интерфейса:
Одна из самых больших проблем при смене производителя микроконтроллеров — это понимание принципов работы периферийных устройств. Регистры, функциональность и описания в технической документации всегда различаются. В результате использование последовательных интерфейсов может быть довольно сложной задачей, и разработчики часто не уверены, правильно ли они поняли и настроили такие параметры, как скорость передачи данных. Поэтому, если у вас еще нет логического анализатора, его приобретение — отличная идея.
Более того, сегодня нет оправданий для этого. Такие устройства, как логический анализатор SparkFun USB^9, предлагают частоту дискретизации 24 МГц с восемью каналами по цене, доступной каждому (рис. 5). Устройство использует программный проект с открытым исходным кодом sigrok¹⁰ , и доступны декодеры для самых разных ситуаций. В дополнение к классическим (последовательный, SPI и I2C) вы можете декодировать протоколы, используемые для EEPROM, 7-сегментных дисплеев, DALI, LIN, CAN и различных интерфейсов отладки процессоров Arm (рис. 6).

Изображение 5: В качестве инструмента для быстрой отладки последовательных интерфейсов любого типа трудно найти что-либо лучше, чем 8-канальный логический анализатор SparkFun с частотой 24 МГц и интерфейсом USB.

Аппаратное обеспечение может обрабатывать сигналы до 5,25 В и питается через USB-порт. Цветовая маркировка разъемов «мама-мама» упрощает подключение к целевой системе, поэтому для некоторых плат, таких как Arduino, требуется дополнительный штекер. Начать работу легко благодаря отличному руководству SparkFun,^{которое} охватывает как графический пользовательский интерфейс (GUI), так и интерфейс командной строки (CLI) sigrok.

Измеряются все сигналы, большие и малые.
Инженеры всегда полагались на высококачественные данные для принятия обоснованных проектных решений, будь то работа над системой или ее разработка. Энергоэффективность, пожалуй, является одной из самых актуальных проблем сегодня, поэтому команды разработчиков, вероятно, будут все больше интересоваться приобретением анализаторов мощности с широким спектром опций. Кроме того, все чаще приложения улучшаются только за счет применения методов машинного обучения. Для эффективного обучения, даже для простой нейронной сети, требуется огромное количество данных, и именно здесь на помощь приходит сбор данных (DAQ). Хотя микроконтроллеры и последовательные интерфейсы великолепны, часто остаются неясными некоторые вещи. Благодаря недорогому оборудованию и усилиям сообщества открытого исходного кода, больше нет оправданий для отсутствия логического анализатора, чтобы объяснить, что происходит за этими проводами.

ОЦЕНКИ

^[1] https://eu.mouser.com/new/test-measurement/carlo-gavazzi-em5x0-energy-analyzers/n-5gf3Z2opfnb

^[2] https://iea.blob.core.windows.net/assets/d69b2a76-feb9-4a74-a921-2490a8fefcdf/EE_for_ElectricSystems.pdf

^[3] https://biconconsultants.com/difference-between-ie2-and-ie3-motors/

^[4] https://eu.mouser.com/new/test-measurement/bk-precision-5335c/n-5gf3Z22te6a

^[5] https://eu.mouser.com/new/test-measurement/digilent-mcc-usb-230-daq-devices/n-5gf3Z31isz5

^[6] https://www.mccdaq.com/software-downloads.aspx

^[7] https://pypi.org/project/mcculw/

^[8] https://github.com/mccdaq/uldaq

^[9] https://eu.mouser.com/new/sparkfun/sparkfun-usb-logic-analyzer/

^[10] https://sigrok.org/wiki/Main_Page

^[11] https://learn.sparkfun.com/tutorials/using-the-usb-logic-analyzer-with-sigrok-pulseview

АВТОР:  Стюарт Кординг (для Mouser Electronics)