Měření spotřeby a doby používání strojů s využitím platformy Arduino

Bc. Jiří Pavelka

Diplomová práce

Measure consumtion and time of use of machines with using the Arduino platform

Anotace:

Tato práce se zabývá návrhem, sestavením a naprogramováním zařízení pro měření spotřeby elektrické energie a doby chodu strojních zařízení v průmyslové výrobě. Zařízení je navrženo a sestaveno za pomoci mikrokontroleru ESP32 a dalších modulů platformy Arduino. Měření veličin, jako jsou napětí, proud, činný výkon, spotřeba el. energie a účiník probíhá pomocí modulů PZEM004T v obvodu zátěže třífázové soustavy na strojích Mazak Integrex 100Y, Brother TC-225 a Boge VL-11. Měření veličin elektrické sítě zajišťují 3 moduly PZEM004T s měřícími proudovými transformátory. Uvedené moduly disponují vlastním MCU založeném na čipu Intel 8052, který řeší veškeré dílčí výpočty a jejich následného uložení do bufferu. Moduly PZEM004T jsou propojeny rozhraním UART s hlavním MCU ESP32, který načítá data z bufferu v intervalech 1sekundy. V minutových intervalech jsou MCU ESP32 prováděny sumarizace a další odvozené výpočty, jejichž výsledky jsou přes WiFi odesílány do databázového systému MySQL. Data jsou zobrazována ve formě grafů a textových údajů pomocí aplikace využívající třívrstvé architektury. Aplikace také umožňuje zadat další uživatelská výrobní data (zahájení a ukončení výroby daného stroje, č. výrobku, č. zakázky a počet kusů), která v kombinaci s naměřenými veličinami poskytují ucelené reporty o nákladech na výrobu. Přístup do aplikace je zabezpečen pomocí jména a hesla s dvěma úrovněmi oprávnění. Vytvořené zařízení umožňuje měřit všechny výše uvedené veličiny. Pomocí aplikace lze navíc zadávat uživatelská data, která umožňují výpočet nákladů na výrobu. Výsledky získané prostřednictvím uvedeného zařízení mohou sloužit jako podkladová data pro diagnostiku samotného stroje, nebo při rozhodování budoucího rozšiřování, či specializace výroby. Požadované funkce v navrženém systému byly odzkoušeny půlročním testováním a spolehlivým provozem tří zařízení ve výrobní dílně.

Abstract:

This work deals with the design, assembly and programming of equipment for measuring the electricity consumption and running time of machinery in industrial production. The device is designed and assembled using the ESP32 microcontroller and other Arduino platform modules. Measurements of quantities such as voltage, current, active power, power consumption and power factor are made using PZEM004T modules in the load circumference of the three-phase system on Mazak Integrex 100Y, Brother TC-225 and Boge VL-11 machines. Measuring electrical grid quantities are provided by 3 PZEM004T modules with measuring current transformers. These modules have their own MCU based on the Intel 8052 chip, which handles all sub-calculations and their subsequent buffer storage. The PZEM004T modules are connected by the UART interface to the main MCU ESP32, which reads data from the buffer at intervals of 1 second. The MCU ESP32 is summarized and other derived calculations are performed at minute intervals, the results of which are sent via WiFi to the MySQL database system. The data is displayed in the form of graphs and text data using an application using three-layer architectures. The application also allows you to enter additional user production data (start and end of production of the given machine, product No., order No., and number of pieces) which, combined with the measured quantities, provide comprehensive reports on production costs. Access to the app is secured using a name and password with two permission levels. The device created allows you to measure all of the above variables. In addition, you can use the application to enter user data to calculate the cost of production. The results obtained by means of the equipment may serve as background data for the diagnosis of the machine itself, or in the decision of future expansion, or the specialisation of production. The required functions in the designed system have been tested by a half-yearly testing and reliable operation of the three plants in the production workshop.

Klíčová slova

ESP32, analyzátor sítě, MySQL, PZEM004T, Arduino, měření spotřeby, amortizace, DS3231, LR7843, multidrop

Keywords

ESP32, network analyzer, MySQL, PZEM004T, Arduino, power measurement, amortization, DS3231, LR7843, multidrop

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 28. 3. 2022

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Ing. Marek Pícka, Ph.D.

Česká zemědělská univerzita v Praze

Provozně ekonomická fakulta

Magisterský studijní program / obor:
Systémové inženýrství a informatika / Informatika