Анализатор качества электроэнергии класса А c PROFINET TSN
Аппаратное обеспечение: Платформа на базе Xilinx Zynq 7020 SoC с асимметричной архитектурой: Linux + RTOS (OpenAMP). АЦП AD4858, буферизованный, 8-канальный, одновременный дискретный сигнал, 20-битный, 1 MSPS DAS.
Программное обеспечение: FreeRTOS (ОСРВ), UI и управление: Linux + LVGL, PetaLinux. OpenAMP/RPMsg.
Клиент и бизнес проблема
Клиент: европейская компания энергетического сектора, производитель измерительного оборудования для мониторинга электроэнергии и сетевой инфраструктуры.
Вызовы:
- Ограниченный функционал существующих устройств.
- Отсутствие комплексной оценки качества энергии.
- Недостаточная точность и детерминизм.
- Фрагментированная архитектура ПО.
- Конкурентное давление, ведущие вендоры предлагают: Class A PQ анализаторы, веб-интерфейсы, удалённый лог событий синхронизацию времени (GPS, NTP, PTP).
- Интеграция PROFINET TSN и PROFINET RT.
Решение
Разработка нового поколения анализаторов качества электроэнергии с поддержкой: IEC 61000-4-30 (Class A), IEC 61000-4-7 (гармоники), IEC 61000-4-15, EN 50160 (мониторинг и отчётность) на современной архитектуре Linux + RTOS + FPGA. Устройство поддерживает PROFINET TSN и PROFINET RT, поддержка TSN реализована на FPGA SoC.
Ключевые компоненты решения:
- В системе реализовано чёткое разделение вычислений и управления. Сторона RTOS (FreeRTOS) отвечает за выборку данных с АЦП, вычисление среднеквадратичных значений с шагом в полпериода, спектральный анализ с определением гармоник до 50-го порядка, расчёт частоты и фазового сдвига, оценку мерцания (flicker), а также детекцию событий качества электроэнергии. Математическая обработка выполняется с использованием алгоритмов цифровой обработки сигналов (DSP).
- Под управлением Linux (PetaLinux) реализована бизнес-логика устройства, включая формирование пользовательского интерфейса на базе LVGL, построение отчетов и трендов, хранение данных и журналов. Также на стороне Linux выполняются функции обновления программного обеспечения и диагностики системы, а синхронизация времени обеспечивается через GPS, NTP, PTP и TSN.
- Анализатор обеспечивает измерение напряжения, тока, мощности, коэффициента мощности и частоты, а также учёт активной и реактивной энергии в прямом и обратном направлениях. Поддерживаются функции регистрации максимального спроса, расчёта полного гармонического искажения (THD) и мерцания, анализ гармоник напряжения и тока до 50-го порядка, а также несимметрии. Прибор выявляет быстрые изменения напряжения, межгармоники до 50-го порядка, фиксирует провалы, всплески, прерывания и переходные процессы, включая броски тока и низкочастотные транзиенты/отклонения формы сигнала. Реализованы функции записи трендов, моментальных осциллограмм и профилей RMS. Для обмена данными и выгрузки записей предусмотрены интерфейсы Ethernet, USB и Wi-Fi для связи прибора с внешними устройствами.
- МЭК стандарты: IEC 62586, IEC 61000-4-7, IEC 61000-4-15, IEC 61000-4-30, IEC 61850, EN 50160.
- Поддержка промышленных сетей: IEC 61850, IEC 60870-5-101/104, DNP3, Modbus, PROFINET RT/PROFINET TSN.
Ценность для клиента
Для производителя оборудования:
- Выход на рынок мониторинг качества энергии.
- Соответствие нормативам ЕС.
- Конкурентоспособность в тендерах сетевых операторов.
- Юридическая значимость измерений (Class A).
Для конечного заказчика (электросети, дата-центры, промышленные площадки):
- Снижение потерь энергии.
- Предотвращение отказов силового оборудования.
- Сокращение простоев.
- Автоматические отчёты EN50160.
Итог: проект трансформирует классический измеритель электрических параметров в полноценный анализатор качества электроэнергии класса A с поддержкой PROFINET TSN и PROFINET RT. Который: соответствует международным стандартам, интегрируется в цифровые сети предоставляет юридически значимые данные снижает издержки и повышает энергоэффективность систем.
Связаться с нами