倍?？梢詾楦鞣N應(yīng)用提供擴展的能源測量和電網(wǎng)分析解決方案，這些應(yīng)用包括設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)施、制造工廠和生產(chǎn)大樓以及風力發(fā)電和水力發(fā)電裝置。管理工業(yè)用機械設(shè)備和各種發(fā)電廠需要滿足市電監(jiān)測、過程控制和高端電力監(jiān)測等要求。倍福最近推出了一系列具有高性價比的 EtherCAT 能源和電力測量端子模塊，即 EL37x3 系列和四款全新的 EL34x3 系列 EtherCAT I/O。

圖 1：將如總線耦合器和能源測量 I/O 端子模塊等整合在一起，構(gòu)成價格經(jīng)濟的獨立電能表

新型 EtherCAT 能源和狀態(tài)管理端子模塊可以與成熟的超采樣電力監(jiān)測端子模塊和相應(yīng)的 TwinCAT Power Monitoring 軟件庫配套使用，可以很好地滿足各種應(yīng)用需求。

除了在持續(xù)監(jiān)管壓力之下實施 ISO 50.001 標準之外，安裝能源管理系統(tǒng)（如國際能源署所述）還可以帶來多項直接效益，例如：

– 節(jié)能 = 節(jié)約成本

– 供電安全 = 生產(chǎn)可靠性

– 工業(yè)生產(chǎn)率 = 提升銷售業(yè)績

– 資源管理 = 提高利潤率

圖 2：有多種選擇可提供用于數(shù)據(jù)采集、存儲和分析：獨立的電能表，用于設(shè)備控制器的軟件解決方案或者用作多個小型控制器或第三方設(shè)備的網(wǎng)關(guān) PC 的 C6015

即使只是用作獨立的電能表，倍福的模塊化解決方案也要優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)備。I/O 系統(tǒng)支持靈活的設(shè)備組合，如配備 Ethernet 接口的緊湊型 EK9160 物聯(lián)網(wǎng)總線耦合器和優(yōu)化用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的 EL3423 電力測量端子模塊。與此同時，用戶也能從成熟且價格合理的標準工業(yè)組件中獲益。

另一方面，從更全面的角度分析，它將幫助企業(yè)打開生產(chǎn)效率提升的大門。倍福開放的總線端子模塊和軟件系統(tǒng)組合在一起，能夠?qū)嵤┖唵?、?jīng)濟高效且（最重要的是）無縫集成入現(xiàn)有自動化系統(tǒng)中的能源管理解決方案。采集所有用電設(shè)備數(shù)據(jù)（包括來自直流用電設(shè)備的數(shù)據(jù)）可以詳細了解能源類型以及在工廠或大樓中的任何地方使用了多少能源。由于可以在 I/O 系統(tǒng)中直接調(diào)用這些測量數(shù)據(jù)，因此無需再使用額外的自動化系統(tǒng)。人們可以根據(jù)需要將總線端子模塊和/或軟件模塊輕松添加到控制系統(tǒng)中，從而降低采集能源使用數(shù)據(jù)以及提供有關(guān)設(shè)備以及所有子過程總耗能信息的成本。

也可以使用更高級別的網(wǎng)關(guān) PC 將異構(gòu)系統(tǒng)（如隨著時間的推移而不斷發(fā)展的系統(tǒng)）再次集成到功能齊全的端到端系統(tǒng)中 — 即使組件來自許多不同的制造商（見圖 2）。

有很多 I/O 模塊可用于采集能源數(shù)據(jù)，從而奠定了通用型解決方案的基礎(chǔ)。煤氣表、水表和熱量表可以通過 M-Bus 或 LON 接口輕松集成到配備有加/減計數(shù)器（如 EL1512 EtherCAT 端子模塊）或 KL6781 和KL6401 總線端子模塊的系統(tǒng)中。此外，用戶還可以使用 KM37xx 系列差壓測量端子模塊或者 EP3744 分布式差壓測量端子盒監(jiān)測其壓縮控制器使用情況（以及檢查是否有泄漏）。IO Link 傳感器可以通過KL/EL6224 端子模塊集成。使用可用于維護、電力測量和電力監(jiān)測等三種應(yīng)用場合的各種系統(tǒng)集成式電力測量端子模塊可以方便地采集電氣變量（見圖 3）。

EL3483 和 EL3423 用于維護目的

可以使用用于測量電壓、頻率和相位的 EL3483 三相市電監(jiān)測端子模塊來代替保護繼電器，檢測不對稱誤差或頻率誤差，以及保護不受控電機的相位和電壓。另外，EL3483 不僅能夠在故障發(fā)生后生成錯誤信息，用戶還能夠預(yù)設(shè)所有監(jiān)測值的閾值，以便啟用警報通知，從而能夠采取有力的主動糾正措施，縮短設(shè)備停機時間。

由于端子模塊提供電能質(zhì)量因數(shù)，并且可以以相對較低的成本獲取，因此它可以用于安裝一套綜合的電源電壓監(jiān)測系統(tǒng)。電能質(zhì)量因數(shù)對電源電壓質(zhì)量的影響最大，它讓用戶能夠用簡單的方式評估設(shè)備的供電可靠性，只需一個數(shù)字即可，無需詳細了解諧波、失真因數(shù)及其它因數(shù)。

該組別的第二臺代表性設(shè)備是一個真正的能源和電力測量端子模塊，因為它用電流測量通道補充了 EL3483 中的電壓分析。EL3423 全功能型 I/O 設(shè)備可以用作上述三相電力測量端子模塊的經(jīng)濟型版本，可以在 15 分鐘間隔時間內(nèi)計算其測量值。另一方面，刷新速度可以自由選擇，最快可達 10 秒平均值。除了確定平均值之外，端子模塊可采集所選時段的功率最小值和最大值?？紤]到時間上的限制，可以使用價格更經(jīng)濟的端子模塊。

圖 3：有三類能源和電力測量端子模塊：維護、電力測量和電力監(jiān)測

如果要在機器控制情況下測量功率值和/或其它值，那么 10 秒鐘的測量間隔可能會不夠。在這種情況下，建議使用下一個類別的端子模塊。

EL3443 和 EL3453 用于電力測量應(yīng)用

EL3443 是倍福最新推出的標準電力測量端子模塊，具有許多附加功能，響應(yīng)時間明顯快于其上一代產(chǎn)品。具有擴展功能的三相電力測量端子模塊每個全波（50 Hz 時 20 ms）更新一次測量值，它還可以提供 400 多個有關(guān)電源和電源消耗當前狀態(tài)詳細信息的測量值。除此之外，端子模塊能測量三相電流和電壓的前 41 次諧波。

該組件類的兩個更專業(yè)化特點是能夠檢測電壓過零的發(fā)生以及在內(nèi)部計算剩余電流（見圖 4）。電壓過零檢測使得通過在零交越期間以微秒精度執(zhí)行開關(guān)操作來實現(xiàn)創(chuàng)新的控制方案成為可能。這樣可以保護開關(guān)元件和下游設(shè)備免受浪涌電流峰值的影響。有效計算剩余電流能夠在未明確測量中性線電流的情況下對其進行分析評估。使用可以直接測量中性線電流的 EL3453 后，計算得出的剩余電流等于差動電流，它會進一步監(jiān)測哪些功能可能對其它應(yīng)用有益，如對 IT 服務(wù)器機架的操作。

與 EL3443 相比，EL3453 三相電力測量端子模塊具有測量高達 690 V AC的擴展功能，速度更快，并且每半波（ 50 Hz 時 10 ms）更新一次其過程值。此外，它還具有四個獨立且隔離的電流通道，可承受 60 A 的短時電流。EL3453 還能夠計算更多的諧波（最高可達 63 次）和正弦波功率和能量，它可以產(chǎn)生 600 多個可用的測量值。

針對高端應(yīng)用的電力監(jiān)測

第三類也是最后一類，是由針對高端應(yīng)用的 EL37x3 系列電力測量端子模塊構(gòu)成。這些端子模塊完全遵循基于 PC 的控制原理，采集高分辨率電流和電壓值，并將這些值以非?？斓乃俣葌鬏斀o控制器，但不進行任何處理。這種方法的最大優(yōu)點是控制器可以處理所有的原始數(shù)據(jù)，并能最大限度保留運行細節(jié)，甚至連示波器應(yīng)用也可以用這種方式實現(xiàn)。由于自動化控制器的算力更強，因此能夠以更大的細節(jié)級別進行分析。倍福提供的 TwinCAT Power Monitoring 軟件庫 TF3650 旨在高效實施所需的分析功能。相比之下，雖然 EL3773 每秒鐘只能測量10,000 次，速度并不算快，但它集成了濾波器并具有直流能力。而另一方面，EL3783 的采樣率為 20 ksps，電流和電壓的過載能力為 130%至 650%。這樣可以保證全面的數(shù)據(jù)概覽，即使在錯誤狀態(tài)下也不會丟失任何測量值。

圖 4：通過電壓過零檢測和在內(nèi)部計算剩余電流來避免達到功率峰值

所有的這些功能，組成了一個完整的能源管理系統(tǒng)，可以滿足客戶的任何需求。用戶可以選擇在云端或者在本地管理數(shù)據(jù)（見圖 5），而在本地管理數(shù)據(jù)是最常見的選擇。如果選擇了本地化的解決方案，重要的是不要忘記簡單易用的界面和集中訪問選項所帶來的好處。與過去用戶必須監(jiān)測多臺嵌入式設(shè)備相比，通過多點觸控面板集中進行數(shù)據(jù)訪問清晰度更高，也更方便。如果使用倍?；?HTML5 的 TwinCAT3 HMI，甚至可以通過諸如智能手機和平板電腦等很多其它終端設(shè)備來顯示相同的可視化界面。

使用 TwinCAT Analytics 實現(xiàn)拖放分析功能

有了 TwinCAT Analytics ，就可以通過拖放分析功能輕松匯總和評估在整個公司范圍內(nèi)采集到的所有數(shù)據(jù)，并與其它測量數(shù)據(jù)相結(jié)合（見圖 6），以便輕松計算出每個工件的生產(chǎn)能耗。一套倍福整體解決方案甚至可以提供一般的能源管理系統(tǒng)無法獲取的數(shù)據(jù)，因為后者無法訪問設(shè)控制數(shù)據(jù)。這樣就可以首先測定不同操作條件下的能耗數(shù)據(jù)，然后確定與標準值的偏差是多少。

雖然能耗過大可能預(yù)示著軸承出現(xiàn)了磨損，但能耗過低也可能意味著產(chǎn)品質(zhì)量不高。通過 PLC 代碼的自動生成，甚至可以將上述易于創(chuàng)建的拖放分析功能集成到全自動永久分析系統(tǒng)中。在自動創(chuàng)建項目后，用戶可以集成 HMI 應(yīng)用程序控制臺，用于分析全公司的能源數(shù)據(jù)。TwinCAT 3 HMI 為這一能力的實現(xiàn)奠定了堅實的基礎(chǔ)。在全公司范圍內(nèi)監(jiān)測整個分布式位置和系統(tǒng)能夠在停機事件發(fā)生前及時對即將出現(xiàn)的故障做出響應(yīng)：它還能夠發(fā)現(xiàn)先前未確認的優(yōu)化潛力，例如，在操作模式改變時。通過電能質(zhì)量因數(shù)，用戶無需具備廣博的電氣工程方面的專業(yè)知識，即可解決因電源波動引起的原因不明的設(shè)備問題。有了這些使用方便的工具，即使是細節(jié)級別較高的高級狀態(tài)管理系統(tǒng)也很容易實現(xiàn)。

圖 5：該圖顯示了如何通過中央用戶界面匯總和顯示來源不同的測量數(shù)據(jù)

圖 6：基于 TwinCAT Analytics 的能源和狀態(tài)管理系統(tǒng)的基本架構(gòu)

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