工業(yè)4.0大背景下的電機控制

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)工業(yè)4.0大背景下的電機控制 工業(yè)4.0(Industry 4.0)是德國政府高技術戰(zhàn)略2020確定的項目之一，該項目旨在通過利用信息通訊技術和網絡技術，將制造業(yè)向智能化轉型，工業(yè)4.0已上升為德國的國家戰(zhàn)略?！肮I(yè)4.0”分為兩大主題，一是“智能工廠”，重點研究智能化生產系統(tǒng)及過程，以及網絡化分布式生產設施的實現，意味著設備之間可以相互溝通，并能在智能聯網的生產流程中獨立運作;二是“智能生產”，主要涉及整個企業(yè)的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業(yè)生產過程中的應用

2、等。IHS公司高級分析師周萬木指出，德國提出工業(yè)4.0， 美國提出先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃，我國也在推進傳統(tǒng)制造業(yè)的轉型與升級，在這樣的大背景下，傳統(tǒng)的電機和行業(yè)也正在發(fā)生變化，對芯片也提出了新的需求。分析師周萬木認為主要的趨勢包括以下三個方面：分布式系統(tǒng)與集成的電機控制產品趨勢單獨的機械設備中電機的軸數正變得更多，多軸控制越來越多的應用在包裝機械、電子組裝機械、食品飲料機械， 機械手和印刷機械中。為了滿足小批量，定制化和柔性化的加工需求，客戶需要靈活的調整電機控制的軸數，要求電機控制系統(tǒng)更加開放，可以重復編程。另外，現代工廠的生產線正變得越來越復雜，比如汽車制造，包裝，食品飲料，倉儲物流等產線

3、正在使用成百上千個變頻器、伺服和電機來控制物料流動， 這些產線對分布式電機控制系統(tǒng)需求量比較大。以前的電機控制系統(tǒng)會有個中央電氣控制柜安裝電機驅動器，而分布式電機控制系統(tǒng)可提供一套緊湊的模塊化解決方案，有助于簡化接線、縮短調試時間和降低對額外機柜空間的需求，更少的線纜連接也可以減少干擾，提高生產線的可靠性，無需使用電氣控制柜使得電機可以快速連接到工業(yè)以太網。電機控制系統(tǒng)的分布式同時意味著電機控制產品的集成化， 比如電機和電機驅動的集成，電機控制器和PLC的集成，電機控制器和驅動的集成。電機，電機驅動及其控制系統(tǒng)的高度集成化，使得三者的設計，制造和運行都緊密融為一體，與傳統(tǒng)電力傳動系統(tǒng)相比，它們

4、體積更小，重量更輕，功率密度更高。IHS公司高級分析師周萬木提到，集成的概念不僅僅停留在電機，電機驅動和電機控制器，還包括整個電機系統(tǒng)的集成。 西門子公司正在推廣IDS(Integrated Drive System)集成驅動系統(tǒng)包括兩個層面，第一個層面是橫向集成，包括電機控制器，電機驅動，電機和減速機的集成;第二個層面是縱向集成，是將電機系統(tǒng)納入到整個工業(yè)控制系統(tǒng)，也叫TIA(Totally Integrated Automation Portal)。電機控制的集成化趨勢使客戶對電機控制MCU， FPGA和DSP性能的要求越來越高，同時要求半導體芯片廠商也能提供集成的解決方案，在單顆芯片中集

5、成更多的功能，I/O，驅動，控制算法以及工業(yè)以太網模塊等。智能化、網絡化和遠程控制趨勢整個電機控制系統(tǒng)的智能化、網絡化和遠程控制將是大勢所趨。電機控制系統(tǒng)不但是轉換和傳送能量的裝置，也是傳遞和交換信息的通道，未來的工業(yè)電機系統(tǒng)不僅僅是一個執(zhí)行機構，同時也會是整個工廠系統(tǒng)的一個有機組成部分和能源使用監(jiān)控點。IHS公司高級分析師周萬木舉例說，比如西門子，ABB生產的一些電機，可以自動的采集和記錄電機內的電壓，電流，溫升，振動等狀態(tài)變化，并通過以太網將數據實時的送到控制中心，以供對電機的運行狀態(tài)進行檢測和故障診斷，使操作員無論身在何處均可訪問參數、狀態(tài)和診斷信息，并可進行參數設置。8位MCU因為價格

6、便宜，性能穩(wěn)定，應用范圍極為廣范，比如信號檢測，LED照明控制，電源轉換控制和BLDC電機控制，這些應用中8位MCU就已經足夠。而電機系統(tǒng)自動故障報警、遠程監(jiān)控和遠程診斷調試等需求，將會使用越來越多的功能更多，處理能力更強的MCU、DSP和FPGA。8位MCU在變頻器控制、伺服電機控制、電力與能源監(jiān)控， 越來越多的以太網應用等現代工業(yè)環(huán)境下遇到了瓶頸。另外，32位MCU價格在進一步的走低，8位MCU和32位MCU的價格差異在縮小，所以未來的電機控制系統(tǒng)會用到越來越多的32位MCU。另外，遠程電機溫度檢測、異常震動檢測和電流電壓監(jiān)測等需求將會為模擬芯片創(chuàng)造更多的市場機會。電機系統(tǒng)節(jié)能趨勢電機系統(tǒng)

7、節(jié)能也是大勢所趨。為提升能效等級，工信部今年6月份公布了電機能效提升計劃(2013-2015年)，到2015年，實現電機產品升級換代，50%的低壓三相籠型異步電動機產品、40%的高壓電動機產品達到高效電機能效標準規(guī)范;累計推廣高效電機1.7億千瓦，淘汰在用低效電機1.6億千瓦，實施電機系統(tǒng)節(jié)能技改1億千瓦，實施淘汰電機高效再制造2000萬千瓦。但是僅僅用高效電機替換普通電機對整個電機系統(tǒng)的節(jié)能效果提升并不明顯，整個電機系統(tǒng)的節(jié)能才是真正的節(jié)能。因此，變頻器，伺服，逆變器和專用電機驅動大量用在風機、泵、壓縮機、升降機、電焊機、電動車電機、空調壓縮機、洗衣機電機和冰箱壓縮機中。變頻器是電機系統(tǒng)節(jié)能的主力，節(jié)能主要表現在風機、泵類的應用上，采用變頻器后, 可以通過降低供電頻率來降低泵或風機的轉速, 隨 著轉速的降低, 功率會快速下降。 同時變頻器通常采用交-直-交變頻供電的方式, 交流異步電機吸收滯后的無功功率, 通過變頻器供電, 對電網而言, 功率因數也有了一定提高, 總體上節(jié)約了一部分電網輸電過程中損耗的 電能。而變頻器，伺服驅動，逆變器和專用控制器中的IPM模塊，IGBT和MOSFET對節(jié)能降耗起到關鍵性作