當電源故障指示燈不能滿足需求時

為解決工業4.0環境中工廠和機器操作員面臨的關鍵挑戰，帶數據接口的電源將是最佳答案。

      為了滿足工業4.0和智能制造的要求，機器、傳感器和主機系統之間的數字通信必不可少。即使是簡單的應用也需要使用軟件和互聯網實時控制和監測制造過程。帶附加功能的標準電源已經引入，其數據接口適用于工業4.0概念。隨著工廠向智能制造變遷，電源的電源故障警告LED指示燈可能不會被注意到。

      工業4.0使制造業從集中控制轉變為本地化控制，機器、傳感器、設備和人員之間相互通信并相互連接。這將允許對多個方面進行實時監控，包括生產速度，材料可用性和預測性維護。加工中心的傳感器不僅記錄刀具的速度，進給速率，切割深度和位置，還記錄冷卻潤滑劑的工作時間、溫度和粘度。更高級別的控制系統可以使用這些數據來計算各種機器部件和刀具的剩余工作時間，提前通知必要的后續維修要求。然后，這可以與計劃中的生產轉換同時進行，從而避免成本高昂的、大規模的、計劃外的機器停機。

對數據接口的要求

      因此，機器的每個子系統都需要一個數據接口。這必須包含電源為電機，泵，電磁閥和電子控制設備提供持續、穩定的電壓和電流的相關信息。這種情況對電源尤為重要，電源是一個系統關鍵器件，如果電源故障將導致機器直接突然停機。例如，如果電源能報告輸出電流大小，就可以分析該數據與正常電流的差值，并提供電機軸承即將發生故障的早期指示。

Modbus

      對于工業環境中的數據傳輸，使用開源、低成本的ModbusRTU（遠程終端單元）串行協議。它基于主-從結構，主要使用RS-485串行接口。同一總線最多可連接32個設備。使用RS-485線纜傳輸長度可達1,200米，采用對稱信號傳輸，因此具有很高的抗干擾性。數十年以來，已經成功的應用于工業領域和實驗室，具有廣泛的行業知識基礎。ModbusRTU協議的另一個優點是過程控制的通用可視化軟件執行簡單，如LabVIEW和 VEE。

      Modbus TCP（有時也被稱為Modbus IP, Modbus EtherNet, 或 Modbus TCP/IP）在以太網物理層上運行?？蛇B接設備數量沒有實際限制，但是數據交換機更昂貴。

      圖1是一個典型的工廠配置，以太網用于更高級別的服務器、計算機和機器HMI（人機界面）之間的通信?，F場總線用于HMI和機器之間的低級別的通信。

圖1：使用以太網和現場總線的典型工廠通信系統

      使用ModbusRTU協議，電源（右下角）和其他系統器件通過RS-485接口與中央控制器或HMI通信。

適用于Modbus RTU的現場總線電源

      TDK-Lambda GXE600系列600W AC-DC工業電源（圖2）主要設計用于工業4.0 Modbus RTU協議現場總線的應用。GXE600系列具有RS-485通信功能，能夠監測和編程輸出電壓和電流。另外，產品可工作在恒定電壓或恒定電流模式。

圖2：TDK-LambdaGXE600電源

使用接口對電源進行編程

      TDK-Lambda GXE600有一個軟件工具G-AXESS（圖3），可供開發人員下載使用。該軟件工具是一個集成了運行引擎的LabVIEW應用程序，運行在Windows下。沒有RS-485的PC或筆記本電腦可通過USB-RS-485轉換器直接連接到電源。LabVIEW是用于控制機器，工廠和可視化數據的通用軟件。許多工程師、自動化專家和其他技術專業人員都非常熟悉LabVIEW。有了G-AXESS，開發人員可以方便的對電源進行編程和參數設置?？梢栽O置輸出電壓，電流，過電壓保護，電流限制和其他控制和信號參數（圖4）。電流和電壓的啟動上升時間，限流特性，信號延遲，保護功能和電源故障后的特性也可編程。

圖3：GXE600LabVIEW應用程序G-AXESS

      GXE600輸出電壓上升時間可編程的特性使其可在一些應用中替代以前昂貴、更耗時的客戶化定制電源。例如質譜儀，其內部的大電感要求更長的輸出電壓上升時間。開發人員可以使用G-AXESS在很寬的范圍內調整上升時間。

      測試和電鍍應用經常要求電源工作在恒定電壓和恒定電流模式（CVCC）。GXE600輸出電壓調節范圍為額定輸出電壓的20 - 120%，輸出電流調節范圍為額定輸出電流的20 - 100%。輸出電壓和輸出電流可使用軟件或外部模擬電壓調節（圖4）。

圖4：GXE600恒壓和恒流工作范圍

電源中存儲的數據

      在工業4.0時代，電源中存儲數據的能力有助于機器故障查找和預防性維護計劃。以使用GXE600為例，電源配備了工作時間計數器、溫度傳感器和錯誤寄存器。這樣可以輕松檢索硬件數據，包括已經運行的小時數、內部溫度、型號、批次號、序列號和固件版本。硬件數據對于器件的服務和可追溯性非常重要，而且可用于中央工廠管理。還支持外部錯誤存儲器（圖5）,例如可安裝在機器HMI中。數據可以通過ModbusRTU從電源發送到HMI。使用G-AXESS，可以在電源的內部錯誤寄存器中選擇是否將值存儲在易失性或非易失性存儲器中。如果出現故障，維修部門可以使用這些數據分析確定引起電源故障的原因，有可能是由于機器伺服電機的軸承磨損導致電流需求增加。

圖5：使用G-AXESS軟件工具，用戶可以確認日志文件生成的原因

      溫度，運行時間和過載條件下的運行時間可用于計算產品的應力水平和預期壽命。根據經驗，溫度每升高10°C，電解電容的使用壽命會減半。（圖6）

圖6：G-AXESS電解電容壽命預測視圖

      這個數據使用戶能預測何時需要更換電源，并在日常維修期間安排更換。G-AXESS可以將這些參數保存在PC上，并配置應用于任意數量的電源設備。

競爭優勢

      電源的數據接口可以直接向工廠計算機發送詳細信息，而不是依靠電源的LED視覺警告信號來提示潛在問題?？梢越檬苡绊懙臋C器，通知維修技術員并將生產轉移到并行機器。

      一個GXE600提供數據的應用案例是自動工業叉車。與鉛酸電池相比，鋰離子和鋰聚合物電池要求更復雜的電池管理。GXE600通過數據接口集成到車輛控制器中，持續提供充電電流，充電電壓和充電時間數據?？刂破鞣治鲞@些信息并調整充電特性，計算剩余工作時間和下一次充電的充電時間。這優化了大型自動化物流中心叉車的可靠性和可用性。