Pour mener à bien leur mission, les ingénieurs doivent disposer d’équipements de qualité capables de mesurer des signaux forts ou faibles et de donner les moyens de faire les choix appropriés lorsqu’ils développent et déboguent des systèmes, réalisent des tests de fin de ligne ou installent des équipements. Les interfaces utilisateurs des équipements industriels ne brillent généralement ni par leur esthétique ni par leur souci du détail. Le fabricant Carlo Gavazzi apporte donc un peu de changement avec sa gamme d’analyseurs d’énergie pour systèmes biphasés et triphasés. Les modèles EM530 et EM540 présentent un écran LCD rétroéclairé commun pour ce type d’appareils, mais on notera toutefois que l’équipe de développeurs de chez Carlo Gavazzi a fait de réels efforts pour offrir un bon confort d’utilisation, que ce soit durant l’installation ou en usage quotidien. Par exemple, dans l’affichage des résultats des mesures, les chiffres après la virgule sont plus petits que les chiffres avant la virgule.
De la précision dans la consommation d'énergie
Ces appareils de haute précision offrent une résolution en fréquence de 0,001 Hz et une résolution en énergie de 0,001 kWh. Les modèles EM540 et EM530 offrent en outre un temps de réponse de 100 ms pour chacune des variables de tension, de courant, de puissance, de système et autres variables monophasées. Dans le cas d’installations photovoltaïques (PV) qui nécessitent une gestion du zéro-injection (du fait que l'énergie générée en excès ne peut pas être réinjectée dans le réseau), ce faible temps de réponse constitue un avantage sérieux par rapport à certains analyseurs d’énergie trop lents pour être utilisés dans ce contexte.
Ces analyseurs d’énergie peuvent aussi enregistrer avec précision les temps d’exécution à des fins de maintenance prédictive. Il suffit de définir un seuil au-dessus de la consommation en veille de l’équipement auquel l’analyseur est raccordé pour qu’il fasse office de compteur d’heures de fonctionnement. Pour calculer le temps passé en mode veille, il ne reste plus qu’à soustraire le nombre d’heures de fonctionnement de la durée totale d’utilisation. Les données peuvent être transmises à des systèmes de monitoring à l’aide du protocole Modbus RTU. Combiné avec un pont UWP (Universal Web Platform), ce mode de communication peut être utilisé par les équipes d’assistance pour détecter un câblage incorrect et donner des recommandations sur la façon de résoudre le problème à distance.
L’analyseur d’énergie EM530 convient pour des tableaux basse tension associés à des transformateurs de courant avec un courant secondaire de 5 A. Il peut ainsi fonctionner dans des systèmes avec un courant nominal jusqu’à 10 kA. L’EM540 est conçu pour mesurer des courants jusqu’à 65 A. Les deux appareils sont présentés dans un boîtier à montage sur rail 3 DIN et sont disponibles en tant qu’option MID de façon à pouvoir être utilisés pour le sous-comptage dans des applications résidentielles.
Garantir l’efficacité des processeurs
Voici plusieurs décennies déjà que les organismes de régulations ont l’efficacité énergétique des moteurs électriques dans le collimateur. D’après les chiffres de l’Agence internationale de l’énergie (AIE), dans les années 2000, les moteurs représentaient à eux seuls 69 % de toute la consommation d’énergie du secteur industriel. De nos jours, la norme CEI 60024 définit les classes d’efficacité énergétique des machines électriques tournantes. Il s’agit des classes IE (pour International Efficiency) de niveaux 1 à 4. Les moteurs de classe IE1 ont entre-temps été interdits dans de nombreuses régions, dont l’Union européenne.
L’efficacité des moteurs industriels peut être évaluée à l’aide d’instruments comme le 5335C de B&K Precision, un wattmètre CA/CC monophasé compact. Il est capable d’effectuer des mesures de puissance jusqu’à 600 Vrms et 20 Arms avec une bande passante jusqu’à 100 kHz. L’oscilloscope inclus permet de visualiser à la fois les formes d’onde de tension et de courant et évite ainsi d’avoir à emporter des instruments de mesure supplémentaires.
Il est possible d’y connecter des transducteurs externes (max. 10 A et 2 V) pour effectuer des mesures de courant supérieures à la limite de 20 A des spécifications de l’appareil. Pour les applications de régulateurs de vitesse PWM des moteurs, la plage de mesures de l’appareil s’étend de 0,5 Hz à 100 kHz. La connectivité, les connexions de test et un déclencheur externe sont soigneusement agencés à l’arrière de l’appareil.
La configuration de l’appareil s’effectue à l’aide de 9 boutons programmables, tandis que l’affichage est assuré par un écran TFT de 4,3 pouces (4,9 cm) capable d’afficher jusqu’à 12 paramètres de mesure simultanément, dont le courant d’appel de crête et la surtension. L’appareil permet aussi de réaliser des tests de pré-conformité CEM selon la norme CEI 62000-3-2/4-7 grâce à des mesures d’harmoniques jusqu’au 50e rang.
Collecte de données électroniques
La réussite de nouvelles conceptions électroniques dépend de la bonne compréhension des données collectées par les capteurs. Et pour peu que vous vous aventuriez dans le domaine de l’apprentissage automatique (ML), vous savez qu’on ne dispose jamais de trop de données. Les algorithmes de ML permettent aux ingénieurs en logiciels embarqués de relever des défis exceptionnellement difficiles à programmer grâce à la programmation basée sur des règles. La détection de problèmes à long terme (par exemple la dégradation du fonctionnement d’une alimentation électrique ou d’un moteur) exige des informations précises sur, entre autres, la température ambiante et locale, l’appel de courant, les changements de charge et les tensions d’entrée et de sortie dans des conditions de fonctionnement dynamiques.
Les outils à « installer et oublier », par exemple les dispositifs DAQ USB-230 de Digilent MCC, sont la solution idéale pour collecter les données nécessaires à moindre coût. Disponibles en deux options de taux d’échantillonnage, ces dispositifs d’acquisition de données prennent en charge respectivement 50 kéch./s (USB-231) et 100 kéch./s (USB-234). Ils se connectent facilement à un PC ou ordinateur portable par un port micro-USB de type B. Quatre entrées différentielles 16 bits ou huit entrées asymétriques prennent en charge ±10 V (protection contre les surtensions de ±30 V) avec une bande passante de 300 kHz pour les mesures analogiques. La sortie analogique fonctionne également jusqu’à ±10 V avec une fréquence d’actualisation maximale de 5 kéch./s par voie. Les huit E/S numériques acceptent jusqu’à 5 V et ±4 mA. L’ensemble des fonctionnalités est complété par un compteur 32 bits déclenché sur les fronts montants.
Naturellement, les DAQ USB-230 sont accompagnés d’une série d’outils logiciels professionnels. DAQami est un outil visuel pour l’acquisition de données et la génération de signaux. Son interface fonctionne simplement par glisser-déposer et permet une visualisation facile des données. Le logiciel peut prendre en charge plusieurs périphériques USB-230 connectés au même PC. La bibliothèque universelle MCC s’adresse aux personnes désireuses de développer un logiciel d’acquisition de données adapté à leurs besoins uniques. Elle comprend un support de programmation pour Python sous Windows. Par ailleurs, les DAQ sont également pris en charge par LabVIEW et MATLAB.
Examen d’interfaces série
L’une des principales difficultés lorsque l’on passe à un nouveau fournisseur de microcontrôleurs est d’apprendre le fonctionnement des périphériques. Les registres, les fonctionnalités et la description de la fiche technique diffèrent toujours de ce à quoi nous sommes habitués. Cela peut compliquer la mise en œuvre des interfaces série dans la mesure où les développeurs sont amenés à se demander si la vitesse de transmission et les autres paramètres ont été correctement compris et configurés. C’est pourquoi il est recommandé de disposer d’un analyseur logique.
Forts ou faibles, tous les signaux méritent d’être mesurés
De tout temps, les ingénieurs appuient leurs choix de conception sur des données de qualité, que ce soit au cours du développement d’un système ou dans un système même. L’efficacité énergétique est certainement l’un des plus importants défis de notre époque. Dans ce contexte, les analyseurs de puissance multifonctions suscitent l’intérêt auprès d’un nombre croissant d’équipes de développement. Par ailleurs, de plus en plus d’applications ne peuvent plus être améliorées autrement qu’à l’aide de l’apprentissage automatique (ML). Même les petits réseaux neuronaux de base ont besoin de gros volumes de données pour un apprentissage convenable. C’est là qu’interviennent les dispositifs d’acquisition de données. D’autre part, les microcontrôleurs et les interfaces série ont beau être des merveilles de technologie, ils nous laissent parfois perplexes. Grâce à l’apparition de matériel à prix très abordable et aux efforts de la communauté open-source, il n’y a plus aucune excuse pour ne pas avoir un analyseur logique à portée de main pour voir ce qui se trame dans ces câbles.
