Měření energie, spotřeby a vším co tím souvisí, zažívá nyní veliký boom. Na každém větším rozvaděči mnohokrát zákazník požaduje nějaké měření spotřeby včetně dalších údajů a tyto pak zaznamenávat pro další analýzu. Kromě speciálních jednoúčelových přístrojů například Sentron PAC, existují ale univerzálnější varianty v podobě modulů pro měření energie, určených pro připojení do PLC periferií. My si ukážeme právě takový modul společnosti Helmholz, který vše výše uvedené umí, vyzkoušíme si jak funguje a zkusíme si změřit, kolik potřebujeme energie k ohřevu vody třeba na kafe. Videoukázku jste mohli vidět také na letošním Amperu v Brně.
Energy modul pro měření. V řadě TB20 zabírá dvojnásobnou šířku modulu, konektory jsou odnímatelné. Tento modul výrobce nabízí ve verzi proudového vstupu 1A a 5A, tedy pro nejběžnější proudové transformátory. Při použití s jiným transformátorem je pouze nutné nastavit v HW konfiguraci správný poměr proudového transformátoru.
Zapojení modulu do sítě je velmi jednoduché, přesně podle obrázku na jeho těle, není potřeba ani žádný katalog. Každý modul dokáže fungovat ve dvou režimech provozu s 1x třífázovým nebo 3x jednofázovým zapojením. My jsme jednoduše použili 3x jednofázové zapojení s tím, že stačilo zapojit a měřit jednu fázi v kanceláři. Modul disponuje navíc ještě funkcí "gate", tedy dálkovým ovládáním měření, přičemž naměřená data jsou uložena v modulu v trvalé paměti. Jako PLC máme naše S7 CPU1212C s Profinet portem.
Do modulu vedou pouze čtyři vodiče, vše je důkladně odděleno od interního napájení a sběrnice 24VDC. Z té si řekne o maximálně 150mA. Diagnostické funkce přepětí/podpětí sítě, přetížení, fázový posun a další. Veškerá data z modulu jsou dostupná přes I/O oblast, tedy velmi jednoduše 32 bajtů vstupních a 15 bajtů výstupních proměnných. Vše se dá ale konfigurovat, jak uvidíme dále.
Naše testovací zapojení, v podstatě jsme použili vše co "šuplík" dal (pozor na úraz elektrickým proudem), pouze proudové trafo 100A/5A jsme koupili někde na netu. Původně jsme chtěli namotat na trafo dva závity, abychom dostali lepší poměr, ale ukázalo se, že to není vůbec potřeba.
Klikněte na obrázek pro zvětšení
Malý HMI panel KTP400 pro bohatě stačil, jediná funkce navíc se skrývá pod červeným tlačítkem, kde do požadavku PV5 (Process value 5) vložíme proměnnou a tlačítkem přes konkrétní bit ji zapíšeme do modulu. V PIW oblasti se pak okamžitě objeví požadovaná hodnota. Na výběr máme z 32 typů dat, viz dále.
V celém balíku GSDML souborů k TB20 je samozřejmě i náš Energy meter. Stačí jen vybrat a vložit do projektu TIA Portal ten správný.
TZde je vidět důležitá adresní I/O oblast modulu. Vstupy jsou adresovány do 100-131, výstupy do 100-114 bajtu.
Ovšem pro nastavení a používání je nezbytný několikastránkový popis modulu, hlavně I/O oblastí a jednotlivých kontrolních a stavových bajtů. Zde je vidět, že oblast pro čtení dat obsahuje 4 bajty stavových informací, podobně jako výstupní data. Právě do výstupní oblasti PV 1-7 zapíšeme indexní hodnotu 0..38, která do vstupní oblasti nasměruje patřičný údaj, například frekvenci sítě.
Indexní tabulka proměnných, které je možné zobrazit v oblasti procesních dat. Zmíněná frekvence odpovídá proměnné 31. Zobrazené procesní hodnoty jsou ve formátu double integer, proto je důležitý i násobitel jednotek v tabulce.
Klikněte na obrázek pro zvětšení
Zbývá připomenout, že v hardwarové konfiguraci TIA Portal jsou výše uvedené hodnoty pro oblast procesních hodnot defaultně nějak nastaveny, stejně jako další potřebné parametry. Stačí je eventuálně upravit pro vlastní použité zapojení. Zcela jistě je nutné upravit převodový poměr použitého proudového transformátoru, v defaultním nastavení je primár/sekundár 100/100, tedy 1. Nastavení na obrázku je funkční pro naše trafo 100A/5A. Jedná se o poměr, tedy stejně bude funkční nastavení 1000/50 a podobně.
A jdeme na to, vyzkoušíme si nějaké měření. Například trafopájka, což je indukční zátěž, takže uvidíme co třeba výkon a účiník. Jedná se již o letitou pájku 100VA, která už něco pamatuje. Jak je vidět, mám ulomený kryt spínače, kdyby se u někoho válel doma v šuplíku (nebo celý kryt, eventuálně nepotřebná pájka), dejte vědět, jistě se dohodneme. Mimochodem ty nové 75VA trafopájky málo hřejí.
Proměnná spotřebované energie nás nyní nezajímá, zatím je důležité napětí, proud, frekvence sítě a účiník cos φ. Ten je zajímavý jak vychází. Zkuste to někdo změřit jinou metodou, jestli budeme u stejného údaje.
Klikněte na obrázek pro zvětšení
Tady jsou vidět surové hodnoty z PIW adres oblasti při zapnuté transformátorové pájce. Pro všechny hodnoty PV1 až 7 (činný, jalový, zdánlivý výkon,...) je potřeba použít násobitel pro jednotky.
Klikněte na obrázek pro zvětšení
Kolik nás bude stát ohřev vody v rychlovarné konvici? Změříme to prakticky. U konvice udává výrobce výkon 2000W pro 230VAC. Uvidíme, kolik to bude ve skutečnosti.
Už to jede. Přibližně jeden litr studené vody v konvici. Na videoukázce v závěru je to vidět přímo online.
Surové hodnoty provozu konvice podobně jako u trafopájky, jen na HMI displeji. V PV 2 je proud (7,95A), a v PV 4 činný výkon (1794W) konvice. Je vidět, že do udávaných 2000W jí něco chybí. Právě v PV 5 máme nyní účiník, je tam zapsána hodnota 32. Jinak jsou významy proměnných stejné jako u předchozího měření transformátorové pájky.
Celý ohřev trval 3,5 minuty, spotřeboval 113Wh elektrické energie. Stačí dosadit cenu za kWh, vynásobit a vídíme, kolik nás celý ohřev stál.
Helmholz TB20 periferie - Energy meter modul měří i spotřebu elektřiny:
https://www.youtube.com/watch?v=PqUqiLxBURA&feature=youtube
Závěr:
Kdybychom měli k dispozici podobný modul jiného výrobce, bylo by zajímavé porovnat naměřené hodnoty. Měřili jsme ještě i žárovky, tam ale účiník byl téměř jako u odporové zátěže, jen činný výkon úplně nesouhlasil s údaji na těle žárovky. Pro ty, kteří se s podobným modulem ještě nesetkali, zbývá připomenout, že veškeré výpočty si dělá modul sám, nemusíte řešit vzorce a konstanty pro různé výkony, jen čtete provozní hodnoty.
Jaroslav Blažek
Doplňující odkazy k článku:
TB20 - systémový manuál v pdf zde.
Kontakt a doplňující informace: http://www.helmholz.cz/kontakt
Další produkty Helmholz: http://www.helmholz.cz/produkty
