Beckhoff 可以為各種應(yīng)用提供從能源測量到電網(wǎng)分析等種類繁多的解決方案，包括機(jī)械和生產(chǎn)設(shè)備、工廠和樓宇以及風(fēng)電和水力發(fā)電廠。產(chǎn)品范圍包括一個獨(dú)立的電表，它是一個通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)組件配置的經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。但在另一方面，Beckhoff 總線端子模塊系統(tǒng)為滿足廣泛的需求提供了廣闊的天地，無論是單機(jī)應(yīng)用還是綜合能源測量。
經(jīng)過持續(xù)和深入細(xì)致的努力后，工業(yè)生產(chǎn)效率已經(jīng)提高到一定水平，但進(jìn)一步改善的潛力是有限的，至少暫時是這樣的。相反，能源效率仍然具有巨大的改善潛力。無需巨額資金投入，通過使能源消耗狀況更加透明及通過優(yōu)化生產(chǎn)流程的方式即可輕松節(jié)約成本：只需減少峰值負(fù)荷及與能源供應(yīng)商簽訂相應(yīng)協(xié)議，就足以取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。
此外，工業(yè)化國家中的大部分企業(yè)都備受著越來越大的政治壓力，要求他們減少能源消耗和二氧化碳排放。例如，根據(jù)德國可再生能源法案征收到的未來款項(xiàng)將用于引進(jìn)能源管理系統(tǒng)(EnMS)。這方面的一個基本前提是可靠、詳細(xì)地記錄能源數(shù)據(jù)，這就是為什么根據(jù) DIN EN ISO50001 標(biāo)準(zhǔn)在 EnMS 模型中對監(jiān)視、測量和分析進(jìn)行定義。Beckhoff 的解決方案集成了測量功能，非常適合實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。該解決方案由一個 I/O 端子模塊系統(tǒng)、TwinCAT 自動化軟件和開放的通訊系統(tǒng)(如通過 EtherCAT 和 OPC UA)構(gòu)成。
獨(dú)立和集成式能源測量變得容易
以獨(dú)立電能表的形式呈現(xiàn)的 Beckhoff 解決方案具備了傳統(tǒng)設(shè)備所沒有的獨(dú)特優(yōu)勢：模塊化配置，包括(例如)一個緊湊型 CX8090 嵌入式控制器(可以連接標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng))和 EL3403 電力測量端子構(gòu)成，從而構(gòu)成一個高度可定制的解決方案?？煽?、經(jīng)濟(jì)高效的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)組件(見圖 1)為用戶帶來的優(yōu)勢不言而喻。
集成式解決方案為提升效率挖掘了更大的潛能：系統(tǒng)中集成的 Beckhoff 開放式總線端子模塊 I/O 和軟件系統(tǒng)能夠簡單、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)能源測量?？梢詼y量出工廠或樓宇任何位置處所有用電設(shè)備的用電量。這種集成的好處是：I/O 系統(tǒng)可直接提供電力測量功能，而不需要一個單獨(dú)的自動化系統(tǒng)。也可根據(jù)需要將相應(yīng)的總線端子模塊和軟件模塊輕松地添加到控制系統(tǒng)中。一方面，這減少了實(shí)現(xiàn)全面能耗監(jiān)控所花費(fèi)的工作量，另一方面，它可以提供總能耗數(shù)據(jù)以及所有子進(jìn)程數(shù)據(jù)。
模塊化、集成式能耗數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)
解決方案是以使用大量 I/O 模塊來采集能源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。例如，常用的煤氣表、水表和熱量表可以通過總線端子模塊 KL6781 和 KL6401 以及 M-Bus 或 LON 接口輕松集成。此外，可以使用 KM37xx 差壓測量端子模塊和防護(hù)等級為 IP 67 的 EP3744 差壓測量端子盒(可以在本地布置)直接監(jiān)測壓縮空氣供給情況。這樣，系統(tǒng)能夠監(jiān)測浪費(fèi)能源的泄漏情況。電氣參數(shù)可以通過 KL/EL3403 電力測量端子模塊方便地進(jìn)行監(jiān)控。EL3413 和 EL3433 電力測量端子模塊及 EL3773 電源監(jiān)控端子模塊具有更進(jìn)一步的分析功能。
不同的總線端子模塊可以在本地用于需要精確測量的地方。這最大限度地減少了采集測得數(shù)據(jù)所需的布線工作量。一根 EtherCAT 電纜(標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)介質(zhì))可以連接各個站，從而可以在一臺中央 PC 控制器中收集并分析所有的數(shù)據(jù)。這樣可以全面監(jiān)控單個組件、部分或整個工廠的能耗情況。也可為整個工廠、辦公室及其它建筑提供能耗數(shù)據(jù)。
通過軟件分析和利用能耗數(shù)據(jù)記錄的能耗數(shù)據(jù)可通過 EtherCAT — 或根據(jù)需要通過任何其它現(xiàn)場總線 — 傳輸給一個開放的、基于 PC 的系統(tǒng)。TwinCAT 自動化軟件套件可直接部署在控制系統(tǒng)級，既可用于使用控制參數(shù)，也可用于狀態(tài)監(jiān)測及能耗分析。由于系統(tǒng)具有良好的開放性，可以通過任何成熟、開放的軟件標(biāo)準(zhǔn)(如 OPC UA)連接一個上位能源管理系統(tǒng)。
TwinCAT PLC 軟件可將能耗數(shù)據(jù)直接提供用于校正控制算法，以提高機(jī)器、系統(tǒng)或生產(chǎn)工藝的能量平衡。自動化軟件套件也可為監(jiān)控和分析提供有用的工具：Beckhoff 的 TwinCAT CMS 狀態(tài)監(jiān)測軟件庫提供一個模塊化的數(shù)學(xué)算法系統(tǒng)，用于分析測得讀數(shù)，這樣可以有效地實(shí)現(xiàn)機(jī)器和系統(tǒng)的能源監(jiān)控。用戶可以根據(jù)所需的具體應(yīng)用從這種模塊化系統(tǒng)中選擇組件，以便開發(fā)出能夠針對不同的平臺進(jìn)行擴(kuò)展的解決方案。軟件庫的主要功能包括：分析、統(tǒng)計和分類。
也可以使用 TwinCAT Scope 軟件示波器(結(jié)合了快速數(shù)據(jù)記錄和一個強(qiáng)大的圖形顯示工具)全面監(jiān)測能源數(shù)據(jù)。記錄器可以處理長期記錄的數(shù)據(jù)并可處理微秒級范圍內(nèi)的超快周期(例如來自 EtherCAT 測量端子模塊)，如帶超采樣功能的 EL3773 端子模塊。隨后，結(jié)果在 Scope 的查看器中顯示。查看器幾乎可以顯示任意數(shù)量具有高時間分辨率的曲線。這樣，用戶能夠可靠地檢測到電壓是否是正弦曲線還是易受諧波干擾。由于具有較高的時間分辨率，因此能夠分析非常短時的峰值，這是用傳統(tǒng)的 EMS/SCADA 系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)的。
集成式能源測量技術(shù)的多樣性全球能源成本都在上升，這意味著在所有行業(yè)領(lǐng)域，能源數(shù)據(jù)記錄變得越來越重要。這使得監(jiān)測和分析變得非常重要，并開辟了許多領(lǐng)域的節(jié)能潛力。Beckhoff 的 EtherCAT 電力測量端子模塊具有不同的電壓范圍和可選功能，應(yīng)用范圍非常廣泛。它們非常適合用于經(jīng)濟(jì)、高效地進(jìn)行電源數(shù)據(jù)采集和分析，通過全面測量電流和電壓來提高系統(tǒng)效率。它們采用的是模塊化和分布式配置，因此能夠測量系統(tǒng)中任何位置處的能量。RMS 值可以直接通過 EtherCAT 端子模塊或通過上位控制器(在 EL3773 的情況下)記錄。
這樣可以穩(wěn)定生產(chǎn)工藝、避免生產(chǎn)損失、檢測雜散電流耦合并測定諸如機(jī)械制造和設(shè)備安裝工程、過程工業(yè)、可再生能源以及樓宇自動化領(lǐng)域的電力浪費(fèi)情況。其它選項(xiàng)包括正確的成本中心分?jǐn)?、供電監(jiān)控、電源同步和電流質(zhì)量監(jiān)控。例如，如果你看一個完整的生產(chǎn)車間，全面、綜合的 Beckhoff 解決方案所具備的優(yōu)勢就變得特別明顯：機(jī)器和系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)直達(dá)每個電機(jī)，且樓宇設(shè)施，如照明和暖通空調(diào)的能耗數(shù)據(jù)都可以以集成的方式記錄。這些綜合數(shù)據(jù)使得在整個企業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)真正全面的能源管理成為可能。
KL/EL3403“電表”
KL3403 和 EL3403 三相電力測量端子模塊能夠測量電源中所有相關(guān)的電氣數(shù)據(jù)，最大可測量的電壓為 500 V AC。電源電壓可以直接連接。電流測量通過簡單的電流變壓器實(shí)現(xiàn)。所有電流和電壓的測量數(shù)據(jù)在端子模塊中作為有效值提供。每一相位的有效功率、視在功率、無功功率、能耗、頻率和相移角 cos φ 都能夠計算出來。
KL3403/EL3403 端子模塊為電網(wǎng)分析和能源管理提供可靠的數(shù)據(jù)。因此，它們非常適合用于分布式監(jiān)控和記錄，例如，一個生產(chǎn)車間中的能耗數(shù)據(jù)。通過識別這個工藝周期中的“電老虎”，它有助于減少電力成本，并將各自的電力成本精確分配給相應(yīng)的成本中心。詳細(xì)的能耗測量數(shù)據(jù)也可以用于實(shí)現(xiàn)控制目的，以便提高生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性或避免出現(xiàn)生產(chǎn)停機(jī)。
EL3413 —“獨(dú)特的電表”
EL3413 三相電力測量端子模塊測試電壓高達(dá) 690 V AC(3 相，5 A)，帶電氣隔離的電流輸入。由于集成了諧波震蕩計算功能，模塊最多能夠輕松進(jìn)行電網(wǎng)分析并測量出 21 次諧波(見圖 2)。由于測試電壓高達(dá) 690 V，它通常用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)用，例如 EL3403 適合用于監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)情況。
通過 EL3413 進(jìn)行諧波分析在 3 次諧波方面特別有優(yōu)勢。由于不斷增加了諸如氣體放電燈、計算機(jī)和 UPS 系統(tǒng)等非線性電子設(shè)備的部署，電源的穩(wěn)定性可能會受到影響，從而導(dǎo)致電機(jī)的電氣損耗也不斷加劇。各相對應(yīng)的 150 赫茲的電流在中性導(dǎo)體中累加，可能會導(dǎo)致出現(xiàn)比在相線中更高的電流。如果中性導(dǎo)體尺寸不夠，這甚至可能會加大出現(xiàn)火災(zāi)的風(fēng)險。
EL3773 — “電力示波器”
EL3773 電源監(jiān)控端子模塊能夠以極快的采樣速率采集電流和電壓的實(shí)際值，因此非常適合用于進(jìn)行高端電網(wǎng)分析并監(jiān)測三相交流供電系統(tǒng)的狀態(tài)(見圖 3)。對于每個相位，都可使用 16 位分辨率采樣最高 288 Veff/410 V DC 的電壓和 1 Aeff/1.5 A DC 的電流作為瞬時值。該款六通道端子模塊根據(jù) EtherCAT 超采樣原理以高達(dá) 100 μs 的時間分辨率同時進(jìn)行采樣，即時間分辨率比通訊周期時間高很多。
這些參數(shù)被傳輸給相應(yīng)的控制器。由于基于 PC 的控制系統(tǒng)具有較高的運(yùn)算能力，這些參數(shù)可用于計算真 RMS 值或功率，并可用于處理復(fù)雜的用戶專用算法。這使得用戶能夠進(jìn)行詳細(xì)的計算或分析，并使用 TwinCAT Scope 軟件來顯示實(shí)際的電流和電壓值曲線。這些優(yōu)勢對于(例如)水力發(fā)電廠電網(wǎng)同步特別重要。
測量技術(shù)的無縫集成甚至允許在智能電網(wǎng)應(yīng)用中使用
隨著科技自動化的推出，Beckhoff 將諸如 PLC、運(yùn)動控制和自動化技術(shù)等傳統(tǒng)的控制技術(shù)與精確、快速的測量技術(shù)及工程算法無縫集成在一起。該解決方案可以在一個標(biāo)準(zhǔn)的集成式平臺上實(shí)施，并且由于系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，它能夠根據(jù)具體的應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整并可在后期進(jìn)行擴(kuò)展。它為用戶提供了一個結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng)濟(jì)高效的替代方案，以使得能耗情況高度透明。這也是最大限度地提高能效的先決條件，可以作為未來的智能電網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)。
站點(diǎn)通過 Beckhoff 靈活、可擴(kuò)展的 PC 控制技術(shù)變成為智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備。用戶從而就能夠使用遠(yuǎn)程控制協(xié)議對能源和狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。寫字樓、工廠、配電網(wǎng)子站、風(fēng)場、沼氣熱電聯(lián)廠中使用的系統(tǒng)可通過翻新改造變得“智能”。這樣，例如，一個辦公樓可以通過熱泵“充電”儲熱的方式來產(chǎn)生負(fù)平衡能量?？梢酝ㄟ^一個由電網(wǎng)運(yùn)營商激活的待機(jī)裝置產(chǎn)生正平衡能量。Beckhoff 的技術(shù)已經(jīng)能夠在配置為虛擬發(fā)電站并配有嵌入式控制器的場所實(shí)現(xiàn)這種平衡能量。
（轉(zhuǎn)載）
