Módulo de medição de energia com autocalibração e Modbus

Medir tensão e corrente é relativamente simples. O desafio aumenta quando o equipamento precisa transformar essas grandezas em uma medição de energia confiável, mantendo precisão ao longo do tempo e permitindo sua integração com outros sistemas.

Nesse projeto, a ECK desenvolveu um módulo eletrônico para medição e acompanhamento do consumo de energia elétrica. Além da medição propriamente dita, o equipamento precisava oferecer visualização local, comunicação com sistemas externos e recursos para identificar eventos anormais na rede elétrica.

A escolha do componente começa antes do circuito

A ECK atua como Design House parceira da Alphatech, mantendo contato técnico para avaliar componentes e soluções adequadas a cada desenvolvimento.

Essa relação é importante porque a escolha de um componente não depende apenas de suas características no datasheet. Também entram na decisão fatores como disponibilidade no mercado, custo, suporte técnico, documentação e utilização do componente por outros clientes em volumes maiores.

Para esse projeto, a solução escolhida foi baseada no ADE9153A, um circuito integrado dedicado à medição de energia.

Uma característica foi particularmente importante para a aplicação: a possibilidade de autocalibração.

O desafio da calibração em um módulo de medição de energia

Em um medidor de energia, os erros não dependem apenas do conversor utilizado. Toda a cadeia de medição influencia o resultado.

Transformadores de corrente e tensão, tolerâncias dos componentes, ganhos dos circuitos analógicos e características do próprio sistema precisam ser considerados para que a medição apresente a precisão esperada.

Em uma produção seriada, isso cria outro problema: calibrar individualmente cada equipamento pode exigir procedimentos, instrumentos e tempo de produção.

A utilização de um componente com recursos de autocalibração simplificou essa etapa e foi um dos fatores determinantes para a arquitetura escolhida.

Transformadores próprios para instrumentação

Outro cuidado foi a escolha dos elementos utilizados para medir tensão e corrente.

O projeto utilizou transformadores de corrente e de tensão desenvolvidos para aplicações de medição, com características e curvas conhecidas.

Trabalhar com elementos de medição previamente caracterizados torna a cadeia mais previsível e facilita o desenvolvimento do sistema completo, principalmente quando o objetivo é obter repetibilidade entre diferentes unidades produzidas.

Pensando também em uma futura certificação

A seleção dos componentes levou em consideração não apenas os requisitos imediatos do projeto, mas também uma eventual necessidade de certificação do produto.

A solução de medição escolhida possuía documentação relacionada às normas aplicáveis a equipamentos de medição de energia, incluindo referências à família IEC 62053 e à EN 50470.

Isso não significa que a utilização de um determinado componente certifique automaticamente o equipamento final. Entretanto, utilizar componentes concebidos para esse tipo de aplicação e dispor da documentação técnica do fabricante pode simplificar significativamente o trabalho caso o produto precise posteriormente passar por um processo formal de certificação.

Esse é um aspecto que a ECK procura considerar já durante a definição da arquitetura: certificação é muito mais simples quando seus requisitos são considerados durante o projeto, e não somente depois que o produto está pronto.

Display local e interface com o usuário

O equipamento também incorporou um display Nextion, permitindo visualizar localmente as grandezas medidas e criar uma interface de operação sem aumentar excessivamente a complexidade do hardware principal.

O usuário podia acompanhar as informações diretamente no equipamento, enquanto o sistema embarcado permanecia responsável pela aquisição, processamento e gerenciamento das medições.

Modbus para integração com outros sistemas

Além da interface local, o módulo disponibilizava os dados através de Modbus.

Isso permitia integrar o equipamento a sistemas de supervisão, controladores ou outras plataformas de aquisição de dados.

Com essa comunicação, o módulo deixa de funcionar apenas como um instrumento isolado. As informações de consumo podem ser coletadas periodicamente e armazenadas, permitindo acompanhar o comportamento da instalação ao longo do tempo.

Na prática, o equipamento também pode fazer parte de uma arquitetura de data logging e monitoramento energético.

Detectando eventos e picos de consumo

Outro recurso implementado foi o tratamento de alarmes associados a picos e condições anormais de energia.

Além de conhecer o consumo acumulado, passa a ser possível identificar que determinado evento ocorreu em um período específico.

Essa informação pode ser útil na investigação de problemas em máquinas, processos ou instalações elétricas, correlacionando uma ocorrência com o comportamento da alimentação naquele momento.

Engenharia além da medição

O desenvolvimento desse módulo mostra que um sistema de medição de energia envolve decisões que vão além de simplesmente selecionar um CI capaz de medir tensão e corrente.

Foi necessário considerar precisão, calibração, sensores, disponibilidade dos componentes, interface com o usuário, comunicação industrial, registro das informações e possibilidade futura de certificação.

A escolha da arquitetura ainda na fase inicial permitiu reunir essas características em uma única plataforma e, ao mesmo tempo, reduzir dificuldades que poderiam aparecer posteriormente na produção e na evolução do produto.

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