Giriş Yap

MENÜ

Blog

MAY

27

2022
Beyaz Eşyada Enerji Verimliliğini Sağlamak İçin Veri Toplama Sistemi Nasıl Tasarlanır?

Enerji maliyetlerini en aza indirmek ve karbon emisyonlarını azaltmak gibi ikili hedefler, beyaz eşya ve beyaz eşya üreticilerini enerji verimli ürünler geliştirmeye yönlendiriyor. Ürünlerinin verimliliğini tüketicilere bildirmek için hızlı bir yola ihtiyaçları var. Amerika Birleşik Devletleri'nde bunu, ürünlerinin ABD Çevre Koruma Ajansı'nın sıkı enerji verimliliği yönergelerini karşılamasını gerektiren Energy Star etiketini taşımasını sağlayarak yapabilirler.

Energy Star sertifikası almayan cihaz üreticileri verimlilik testleri yapmalıdır. ABD Federal Ticaret Komisyonu, bu ürünlerin tüketicilere tahmini yıllık enerji tüketimi ve maliyetleri ve benzer ürünlerle karşılaştırıldığında bir verimlilik sıralaması konusunda tavsiyede bulunan bir EnergyGuide etiketi taşımasını zorunlu kılar.

Benzer sertifika ve gereksinimler dünya çapında uygulanmaktadır. Kanada'dan Japonya'ya Energy Star uluslararası ortakları, yerel ihtiyaçlarını karşılamak için test protokollerini, tanımlarını ve veri kümelerini kullanır. Avrupa'da, 2012'de yayınlanan ve 2018'de değiştirilen Enerji Verimliliği Yönergesi, AB'nin 2030 yılına kadar enerji verimliliği hedeflerine ulaşması için kurallar ve yükümlülükler getiriyor. Avrupa Komisyonu ayrıca yakın zamanda dondurucular, bulaşık makineleri ve çamaşır makineleri gibi cihazlar için enerji etiketini yeniledi. , A-G ölçeğinde en yüksek "A" derecesini elde etmek için daha sıkı gereksinimler dayatıyor.

Sıcaklık, Nem ve Daha Fazlası...

Ürünlerin satış yapmayı seçtiğiniz yetki alanının gereksinimlerini karşıladığından emin olmak ve tüketiciler için çekici olacak bir verimlilik derecesi kazanmak için kapsamlı veri setlerini toplamanız ve analiz etmeniz gerekecektir. Bu veriler, sıcaklığı, nemi ve buzdolabı kapısı açık anahtarı sinyali gibi diğer parametreleri temsil edebilir. Giriş akımını, voltajını ve gücünü tam olarak ölçmeniz ve giriş voltajını ve frekansını ürününüzün beklenen çalışma aralığı üzerinde değiştirmeniz gerekir. Ayrıca, ürününüzün çamaşır kurutma makinenizin veya buzdolabınızın doğru sıcaklıkta çalıştığı giriş gücünü verimli bir şekilde kullandığını ve sıcaklığın cihaz içinde yeterince eşit olduğunu kanıtlamanız ve işletme maliyetlerini en aza indirmek için gerekli ölçümleri hızlı ve verimli bir şekilde almanız gerekecektir.

Başarılı bir veri toplama stratejisine birkaç faktör katkıda bulunabilir. İlk olarak, örnekleme hızı, kanal sayısı, doğruluk ve çözünürlük gereksinimlerinizi karşılayan bir sisteme ihtiyacınız olacak. Ayrıca, arızalı bir sensörü hızlı bir şekilde değiştirmenize veya test edilen bir cihazdan (DUT) diğerine geçmenize olanak tanıyan esnek, ölçeklenebilir ve kurulumu kolay bir sistem isteyeceksiniz. Ayrıca, hem bakır tel maliyetini en aza indirmek hem de uzun sensör kablolarının ölçüm sonuçlarınıza getirebileceği gürültüyü en aza indirmek için sensör kablolarınızı kısa tutmak isteyeceksiniz. DUT'larınız genellikle olduğu gibi bir termal oda içindeyse, kabloları kısa tutmak özellikle zor olabilir. Etkili bir strateji, veri toplama araçlarınızı DUT'lara yakın konumlandıran dağıtılmış bir yaklaşım kullanmaktır.

Cihazlar, düşük maliyetli bir Ethernet kablosu kullanarak uzak bilgisayar kaynaklarına bağlanır. Ayrıca Ethernet Üzerinden Güç (IEEE 802.3at PoE+) özelliği, cihaza ek güç kaynağı kablolarına gerek duymamanızı sağlar.

Gürültüyü daha da azaltmak ve sensör çıkışlarınızı veri toplama sisteminizin girişleriyle eşleştirmek için esnek, yüksek performanslı sinyal koşullandırma devresine ihtiyacınız olacak. Veri toplama aracınız, örnekleme hızınızı karşılayan bir kesme frekansına sahip bir analog düşük geçişli kenar yumuşatma filtresi içermelidir. Dijital filtreleme seçenekleri sunan bir enstrüman da seçebilirsiniz. Dijital filtre, ana bilgisayarı yüklemeden tutarlı bir şekilde çalışması için cihaz içindeki bir FPGA tarafından uygulanmalıdır. Agresif filtre performansı ve düşük veri gecikmesi arasında optimum dengeyi elde etmek için filtre katsayılarını programlayabilmelisiniz.

Termokupl kullanarak sıcaklık ölçümleri için, çeşitli termokupl tiplerini barındıran bir sistem isteyeceksiniz. Termal odaların yanına yerleştirilmesi zor olabilen pahalı, karmaşık ve kablolaması zor harici CJC kutuları gerektirebilecek soğuk bağlantı telafisine (CJC) ihtiyacınız olacak. Bir CJC kutusuna alternatif olarak, mini-TC termokupl giriş jaklarında sıcaklığı ölçerek CJC işlevini uygulayan bir veri toplama aracı seçebilirsiniz. Çok çeşitli termokupl tiplerini barındırabilen bir veri toplama cihazı seçmelisiniz.

(J, K, T, E, S, R, B ve N) kurulumu test etmek için. Ayrıca, her cihaz kanalını özel türü tanımlayan kullanıcı tanımlı özel 12. dereceden bir polinomla programlayarak özel termokupl türlerini kullanma esnekliğini isteyebilirsiniz. Termokupl uygulamaları ayrıca, bir termokuplun arızalandığı veya bağlantısının kesildiği konusunda sizi uyarabilen açık dönüştürücü algılamasından (OTD) yararlanabilir, böylece yanlış veri toplamak için saatler harcamadan bir testi sonlandırabilirsiniz. Mini-TC konektörleri, hatalı sensörlerin değiştirilmesini veya test edilen farklı cihazlar için sistemi yeniden yapılandırmayı da kolaylaştırır.

Veri toplama sisteminiz veri depolamada esneklik sağlamalıdır. Hızlı veri kaydı uygulamaları için, bir cihazın verileri bir USB bağlantı noktası aracılığıyla dahili olarak depolamasını isteyebilirsiniz. USB depolama, Ethernet üzerinden veri akışı yaparken bile veri kaybına karşı koruma sağlamak için veri yedeklemeyi de sağlayabilir. Ve son olarak, donanım düzeyinde senkronizasyon ve zaman damgası için IEEE-1588 v2 Hassas Zaman Protokolü standardını destekleyen bir cihaz, verilerin ne zaman kaydedildiğini izlemeyi kolaylaştırır.

Veri Toplama Yazılımı

Yazılım, bir test kurulumunun tüm farklı bileşenlerini tek, koordineli bir sistemde birleştirir. Bazı veri toplama araçları, verileri toplayan ve depolayan hazır yazılım GUI'leri de içerir. Ancak, bu paketlenmiş yazılım GUI'leri tipik olarak tam otomatik bir test sistemi sağlamada yetersiz kalmaktadır. Tam otomasyon sağlamak için, yazılımın tüm test sistemi bileşenlerini tek bir yazılım uygulamasına entegre etmesi gerekir. Bu, veri toplama enstrümantasyonu, termal odalar, programlanabilir güç kaynakları, yerleşik cihaz kontrol üniteleri, aktüatörleri yöneten harici kontrol sistemleri ve bulut altyapısı ve veritabanı depolaması için kullanılan merkezi sunucular ile iletişimi gerektirir; bunların tümü genellikle farklı yazılım sürücüleri kullanan farklı sağlayıcılardan yararlanır. Bu nedenle, özel olarak tasarlanmış yazılım uygulamaları genellikle bu test sistemleri için en iyi sonucu verir.

Bu özel uygulamalar, yazılımın her bir cihaz üreticisinin özel gereksinimlerini karşıladığından emin olmak için her üreticinin kullandığı özel test ekipmanıyla bütünleşerek en üst düzeyde esneklik sağlar. Bu özel uygulamalar hemen hemen her programlama dilinde yazılabilirken, kullanılan en yaygın diller C/C++/C#, Python ve LabVIEW'dir.

Yazılım geliştirmek ve bakımını yapmak, bir yazılım mühendisliği ekibinin işe alınmasını ve desteklenmesini gerektirir, ancak bir şirkete yazılımın ilk geliştirmesi ve uzun vadeli desteği üzerinde nihai kontrol sağlar. Mevcut kaynaklara bağlı olarak, bir üretici yazılımı dahili olarak oluşturabilir ve bakımını yapabilir veya harici yazılım entegrasyon firmalarını kullanabilir. Harici bir yazılım entegratörü kullanmak daha fazla ön sermaye gerektirir ve son ürün üzerinde daha az kontrol sağlar. Ancak bu harici entegratörler, özel yazılım yazmak için kendi dahili mühendis kaynaklarına sahip olmayan veya agresif zaman çizelgeleri hızlı geliştirme gerektirdiğinde üreticiler için değerlidir.

Üretici hangi yazılım geliştirme seçeneğini seçerse seçsin, uzun vadeli bir yazılım desteği, bakımı ve dokümantasyon stratejisi oluşturmak çok önemlidir. Personel ve teknolojideki değişiklikler kaçınılmazdır. Bir yazılım uygulaması, açık ve uzun vadeli bir destek stratejisi olmaksızın, hızla değerli bir araçtan gelecekteki ürün geliştirmenin önündeki aşılmaz bir engele dönüşebilir. Yazılım uygulamasının kaynak kodu, programlama diline aşina olan yeni bir yazılım mühendisinin kodun mimarisini açıkça anlayabilmesi için iyi bir şekilde açıklanmalıdır. İleri düzey kullanıcılar için uygulamada her işlevi ve ayarı açıklayan yeterli belge bulunmalıdır. Sistemi düzenli olarak kullanan teknisyen ve mühendislere kullanım kılavuzları veya video eğitimleri sağlanmalıdır. Bu kullanım kılavuzları, yeni personellerin adaptasyon yükünü hafifletir ve yazılımın tüm kullanıcılar arasında tutarlı bir şekilde kullanılmasını sağlar. Hataları ve yeni özellikleri tanımlayan bir sistem olmalı, ardından ele alındığından emin olmak için bunları yazılım mühendislerine atayın. Değişiklikleri izlemek için sürüm kontrolü uygulanmalıdır.

Veri Toplama Araçları

Beyaz eşyaların enerji verimliliği ölçümlerine uygun bir ürün, AMETEK Programmable Power'ın VTI Instruments EX1401 16 kanallı izole termokupl ve voltaj cihazıdır. Her kanalın 24 bit ADC'ye sahip olduğu, kullanılan kanal sayısından bağımsız olarak maksimum 20 kS/s/kanal örnekleme hızı sunar. Şekil 1'de gösterildiği gibi, EX1401 giriş konektörleri olarak kompanze edilmemiş (Cu-Cu) mini TC dişi jakları kullanır ve bu, farklı termokupl türlerinin bir cihaz arasında karıştırılmasına izin verir. EX1401 ayrıca PoE+ ve USB bağlantı noktalarına sahiptir.

Termokupl modunda, her EX1401 girişi, standart ve özel termokupl türlerini desteklemek için ayrı ayrı yapılandırılabilir. OTD'yi uygulamak için, her termokupl kanalı düşük nanoamper seviyesinde bir akım taşır ve EX1401 bu akımın ne zaman kesildiğini algılar. Bu fonksiyon, kurulumdan hemen sonra değil, sürekli olarak çalışır ve herhangi bir kullanıcı müdahalesi gerektirmez.

EX1401, böyle bir uygulama için çeşitli avantajlar sunar. Yardımcı sinyallerin yanı sıra sıcaklık ve nem verilerini de alabilir. Paralel olarak birden fazla enstrüman kullanılabilir. EX1401, IEEE-1588 v2 Hassas Zaman Protokolü standardı aracılığıyla birden çok cihazın kolay entegrasyonunu ve senkronizasyonunu destekler; mimari, onlarca kanaldan binlerce kanala kadar ölçeklenebilir. Şekil 2, buzdolaplarında ölçüm yapmak için veri toplama sisteminde kullanılan birden fazla EX1401 cihazını göstermektedir.

Şekil 1. EX1401, mini TC konektörleri ve bir PoE bağlantı noktası içerir.

Şekil 2. EX1401 cihazları, birden fazla termal odada test edilen birden fazla buzdolabından veri alır.

EX1401 ölçümleri, tek bir cihazda voltaj ve termokupl ölçümlerini karıştırabilmeniz için kanal başına yapılandırılabilir. EX1401, mini-TC konektörünün referans/soğuk bağlantı sıcaklığını ölçmek için her kanal için hassas bir analog sıcaklık sensörü sağlayarak CJC işlevini entegre eder. Her CJC kanalı ayrı bir özel ADC içerir ve CJC ölçümleri termokupl kanalıyla zaman korelasyonludur. Referans bağlantı sıcaklık sensörünün doğruluğu, 20°C ila 30°C çalışma sıcaklığında tipik olarak ±0.05°C arasındadır. Harici bir soğuk bağlantı kullanmayı tercih eden kullanıcılar için, EX1401 ayrıca her giriş kanalı için bir tane olmak üzere on altı benzersiz harici soğuk bağlantı sıcaklığı programlamanıza olanak tanır. Dahili ve harici CJC girişlerinin kullanımı, ünite genelinde kanal bazında karıştırılabilir. Dahili CJC sensörleri, izotermal bir ortamda bulunur ve cihazın soğutma fanından veya bitişik kanallardan kaynaklanan termal bozulmalardan etkilenmez.

Cihazın Ethernet/LXI özelliği, paylaşımlı çalışma için idealdir. Oda ortamı EX1401'in -5°C ila +55°C çalışma sıcaklığı aralığında kaldığı sürece, her birim, termal odalar da dahil olmak üzere test edilen cihazların yakınında çalışabilir. EX1401 ile ayrı terminal blokları, sinyal koşullandırma kartları, dijitalleştirici , güç kaynağı ve kasa seçip bağlamanız gerekmez. EX1401, yalıtılmış bir dijital G/Ç bağlantı noktası, tetik girişleri ve bir IP adresi/durum ekranı içerir.

Sinyal koşullandırma için, her EX1401 giriş kanalı, kenar yumuşatma filtrelemesi sağlamak için sabit, 2 kutuplu, 30 kHz düşük geçiş filtresine sahiptir. ADC'ler, aliasing(örtüşme) bandında 60 dB reddetme sağlamak için 320 kHz ila 640 kHz'de filtrelenmiş analog sinyalleri aşırı örneklendirir. EX1401 ayrıca kanal başına farklı dijital filtreler yapılandırmanıza olanak tanır. Bir FPGA, dijital filtre işlevlerini uygular.

EX1401 Yazılım Desteği

EX1401, çeşitli yazılım ortamlarını destekler. Bunu bağımsız bir veri kaydedici olarak kullanmak istediğinizi varsayalım. Bu durumda, VTI Instruments'ın elektronik tablo stili kanal konfigürasyonu sunan, bağımsız örnekleme oranlarına ve gerçek zamanlı gösterimlere, grafiksel alım sonrası analize ve veri oynatmaya izin veren tam özellikli EXLab anahtar teslimi veri toplama yazılımını kullanabilirsiniz.

Ancak tipik olarak, AC güç kaynağını, veri toplama sistemini, termal vakum odalarını ve cihaz kontrol sistemini kontrol etmek için özel ihtiyaçlarınızı karşılayan özel bir yazılım isteyeceksiniz. Yazılım geliştirmeyi kurum içinde gerçekleştirebilirsiniz veya VTI, yardımcı olması için yazılım entegratör ortaklarından birini önerebilir. VTI Instruments, C, C++, C#, Python ve NI LabVIEW dahil olmak üzere tüm programlama dillerini destekler.

EX1401, endüstri standardı IVI sürücü mimarisi özelliklerine dayalı Windows için bir IVI sürücüsü dahil olmak üzere iki tür sürücüyle birlikte gelir. IVI sürücüsü, hem IVICOM hem de IVI-C arabirim API'lerini ortaya çıkarır. IVI-COM arabirimi, Microsoft COM'u (Bileşen Nesne Modeli) destekleyen herhangi bir programlama dilinden kullanılabilir. Linux için, C++ API sağlayan bir sürücü mevcuttur. Sürücüler hem 32 bit hem de 64 bit işletim sistemleriyle uyumludur.

Ek olarak, VTI Instruments'ın bulut tabanlı endüstriyel nesnelerin interneti (IIoT) uygulamaları çoğaldıkça yaygın olarak kullanılan HTTP üzerinden Temsili Durum Aktarımı (REST) standardını benimsemesi sayesinde EX1401'i sürücüsüz modda çalıştırabilirsiniz. VTI Instruments'ın RESTful API'leri, JSON XML'den daha kompakt olduğundan ve daha hızlı ayrıştırılabildiğinden, veri değişim formatı olarak JSON'u (Javascript Object Notation) kullanır. Şekil 3, Python'a aktarılan VTI RESTful HTTP arabirimini gösterir. "rest." yazarak aradığınız enstrümana özel seçeneklerin bir listesini getirir.

Şekil 3. “rest.” Yazarak  Python'da arama aracınıza özel bir seçenekler listesini getirebilirsiniz.

Çözüm

Üreticiler devlet sertifikasyon ve etiketleme gereksinimlerini karşılamaya çalıştıkları için, beyaz eşya ve beyaz eşya üreticileri için enerji verimliliği ölçümleri kritik öneme sahiptir. Bu ölçümler, termokupllardan ve diğer sensörlerden gerekli verileri güvenilir bir şekilde kaydedebilen yetenekli bir veri toplama sistemi gerektirir. Etkili bir mimari, veri toplama araçlarını DUT (Device Under Test)’ları kapatarak doğruluğu yüksek ve maliyetleri düşük tutacak, böylece kablolamayı basitleştirecek ve işletme maliyetlerini en aza indirecektir.

VTI Instruments ve AMETEK Programmable Power, beyaz eşya üreticilerine güvenilir, yüksek performanslı AC kaynakları ve veri toplama araçları sağlamak için yılların deneyimini kullanmaya hazırdır. AMETEK Programlanabilir Gücün AC kaynakları ile birlikte kullanılan VTI Instruments EX1401 termokupl ve voltaj cihazı, beyaz eşyaların test edilmesi için idealdir. Ayrıca ürünler, hızlı prototip ölçümlerinden uzun vadeli güvenilirlik testlerine kadar tüm ürün yaşam döngüsü boyunca hizmet verebilir.