Entwicklung von Energiemonitoring und Leistungselektronik

Welchen Bedarf erfüllt eine individuelle Energiemessplatine?

Maschinenhersteller können eine individuelle Platine benötigen, wenn ein Standardgerät mechanisch nicht hineinpasst oder sich nicht in die Produktschnittstelle integrieren lässt. Ein Betrieb möchte möglicherweise vorhandene Zählerdaten mit seiner Produktionssoftware verknüpfen. Zunächst prüfen wir, ob die Nutzung der Schnittstelle eines fertigen Messgeräts oder die Entwicklung kundeneigener Messelektronik geeigneter ist. Fertigungsstückzahl, Wartungszugang und Gesamtsystemkosten fließen in diese Entscheidung ein.

Neben Strom und Spannung wird festgelegt, welche weiteren Ergebnisse erforderlich sind, beispielsweise Wirkleistung, Energie, Betriebsdauer oder Lastzustand. Zeitliche Auflösung, Aufbewahrungsdauer und Verwendung in der Software werden geklärt. Soll dieselbe Platine in verschiedenen Maschinenmodellen eingesetzt werden, planen wir Eingangsbereiche, Steckverbinder und Parametersätze. Das Projekt richtet sich nicht allein nach einer Bauteilliste, sondern nach den Betriebs- und Serviceabläufen des Kunden.

• Integrierte Messung und Betriebszustandsüberwachung in Maschinen
• Gateway zur Datenerfassung von vorhandenen Analysegeräten oder Zählern
• Platinen- und Schnittstellenentwicklung passend zum Kundenprodukt

Wie werden Stromsensor und Messkette ausgewählt?

Shunt, Stromwandler und Hall-Sensoren werden hinsichtlich AC/DC-Anforderungen, Messbereich, Erwärmung, Isolation und Kosten verglichen. Kein einzelnes Sensorprinzip eignet sich für sämtliche Anwendungen. Spannungsmessstufe, Analogfilter, ADC oder Mess-IC, Referenz und Taktstruktur werden gemeinsam betrachtet. Bei Berechnungen mit Strom- und Spannungswerten ist auch die zeitliche Beziehung der Kanäle eine Entwicklungsanforderung.

Die ADC-Auflösung allein bestimmt nicht die Gerätegenauigkeit. Für Sensortoleranz, Offset, Verstärkung, Temperaturänderung und Anschlusseinfluss wird ein Fehlerbudget erstellt. Wir legen fest, an welchen Punkten korrigiert wird, wo Kalibrierkoeffizienten gespeichert und wie sie der Geräteseriennummer zugeordnet werden. Die Bedingungen des Vergleichs mit einem Referenzgerät werden am Prototyp nachgewiesen. Eine angestrebte Leistung gilt erst nach messtechnischer Bestätigung als Produkteigenschaft.

• Vergleich von Shunt, Stromwandler und Hall-Sensor
• Bewertung von Analog-Frontend, ADC und Temperatureinflüssen
• Fehlerbudget und gerätespezifische Korrekturdaten

Technischer Umfang von Energiemesselektronik und Überwachungssoftware →

Schaltungsentwicklung für Leistungselektronik und Integration der Messstufe

Bei individuellen Geräten können mehrere Versorgungsschienen, ein Schaltnetzteil oder DC-DC-Wandler, Lastschaltung und Zustandsüberwachung erforderlich sein. Die Architektur wird anhand von Eingangsbereich, Lastsprüngen, Wirkungsgradziel, Temperatur und verfügbarer Platinenfläche ausgewählt. Bei Projekten mit SMPS-Entwicklung werden Schaltungstopologie, magnetische Bauteile, Rückkopplung, Verlustverteilung und Wärmemanagement innerhalb des definierten Betriebsbereichs bewertet.

Wie die Messstufe von Versorgungsrauschen und Hochstrompfaden getrennt wird, legen wir im PCB-Layout fest. Anforderungen an Verpolschutz, Überstromschutz, Unterspannung und kontrolliertes Einschalten werden definiert. Isolationsgrenzen, Belastbarkeit von Leitungen und Steckverbindern, Gehäuse und Kühlung werden gemeinsam mit der Konstruktion untersucht. Prüfungen zur elektrischen Sicherheit und elektromagnetischen Verträglichkeit werden entsprechend der Produktanwendung geplant. Ein funktionsfähiger Prototyp ist für sich genommen kein zertifiziertes Produkt.

• Stromverteilungsplatinen, DC-DC-Wandler und projektspezifische SMPS
• Schutzfunktionen, thermische Auslegung und kontrolliertes Lastmanagement
• Gemeinsames Layout von Messsignalen und Leistungspfaden

Entwicklung individueller SMPS- und DC-Stromversorgungen →

Wie gelangen Energiedaten in Schaltschrank- und Managementsoftware?

Der Datenaustausch mit vorhandenen Systemen kann über RS485/Modbus RTU, Modbus TCP, CAN oder eine andere geeignete Schnittstelle entwickelt werden. Bei Modbus genügt die Protokollwahl allein nicht. Adressen, Datentyp, Einheit, Skalierung, Vorzeichen und Fehlerzustände werden beschrieben. Soll das Gateway bestehende Geräte auslesen, prüfen wir die Registertabelle des Herstellers und die unterstützten Funktionen. Die Abfragehäufigkeit richtet sich nach Gesamtdatenaufkommen und Betriebsbedarf.

Bei gewünschter Serverübertragung über WLAN oder Mobilfunk werden Geräteidentität, Benutzerrechte, lokale Speicherung und Verhalten bei Verbindungsverlust definiert. Der Verbrauch wird mithilfe des Prozesswissens des Kunden mit Daten wie Produktionszähler oder Maschinenzustand verknüpft. Das Visualisierungsportal zeigt historische Daten, Datenlücken und Messstatus gemeinsam an. Datenzugriff und Steuerberechtigung werden getrennt entwickelt. Schutz- und Steuerverantwortlichkeiten des vorhandenen Schaltschranks bleiben eindeutig festgelegt.

• Modbus-Datenmodell und Integration vorhandener Geräte
• Lokale Speicherung, API und serverbasiertes Portal
• Getrennte Festlegung von Lese- und Steuerberechtigungen

Wie wird eine beispielhafte Maschinenmessplatine getestet?

Bei einer Energiemessplatine, die ein Maschinenhersteller in sein Produkt einbauen möchte, werden beispielsweise zuerst Versorgungs- und Lastbereiche, Datenschnittstelle und mechanische Abmessungen festgelegt. Der Prototyp wird unter repräsentativen Lastbedingungen betrieben. Start, stabiler Betrieb, Bereitschaft und Abschaltung werden aufgezeichnet. Der Vergleichsplan mit einer Referenzmessung umfasst niedrige und hohe Messpunkte, Temperaturbedingungen und die erwartete Wiederholbarkeit.

Auch Kommunikationsunterbrechungen, Neustarts, fehlerhafte Parameter und Sensorstörungen werden getestet. Ist eine Leistungsstufe vorhanden, prüfen wir Lastwechsel, Erwärmung und definierte Schutzreaktionen gesondert. Den Umfang erforderlicher Prüfungen zur elektrischen Sicherheit, EMV oder weiterer Produktprüfungen sowie externe Prüfdienstleistungen planen wir mit dem Kunden.

• Referenzvergleich und festgelegte Lastpunkte
• Szenarien für Temperatur, Unterbrechung, Fehler und Neustart
• Produktspezifische Vorbereitung externer Prüfungen und Konformitätsbewertung

Wie erfolgen Projektvertraulichkeit und Übergabe der Quelldateien?

Auf Wunsch schließen wir ein NDA ab, bevor Sie Betriebsinformationen Ihrer Maschine, Ihre Produktidee oder eine besondere Leistungsarchitektur teilen. Konstruktion und Software entwickeln wir für das Kundenprojekt. Die kundeneigene Arbeit wird nicht als unser eigenes Verkaufsprodukt angeboten. Messleistung für die Abnahme, Lastbedingungen, Prüfverfahren und Übergabedateien werden zu Beginn definiert. Auch Bauteilverfügbarkeit sowie Anforderungen an Fertigung und Wartung fließen in die technischen Entscheidungen ein.

Zum Projektabschluss werden projekteigener Quellcode, Schaltpläne, PCB-Dateien, mechanische CAD-Daten im vereinbarten Umfang und technische Unterlagen übergeben. Stückliste, Programmierverfahren, Kalibrierparameter, Kommunikationsdatenmodell und Prüfprotokolle sind Bestandteil des Übergabeplans. Drittanbieterlizenzen und Bedingungen für Komponenten werden gesondert aufgeführt. PCB-Prototypenfertigung und Bestückung werden ausschließlich im Rahmen der Prototypen- und Validierungsarbeiten für von VOMRO entwickelte Kundenprojekte angeboten.

• NDA auf Wunsch vor dem Austausch technischer Details
• Quelldateien für Elektronik, Software und CAD im vereinbarten Umfang
• Unterlagen zu Prüfung, Programmierung und Integration