工業(yè)4.0背景下電機控制行業(yè)發(fā)展趨勢
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(zhuǎn)型與升級,在這樣的大背景下,傳統(tǒng)的電機和電機控制行業(yè)也正在發(fā)生變化,對電機控制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:
分布式電機控制系統(tǒng)與集成的電機控制產(chǎn)品趨勢
單獨的機械設(shè)備中電機的軸數(shù)正變得更多,多軸控制越來越多的應(yīng)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(diào)整電機控制的軸數(shù),要求電機控制系統(tǒng)更加開放,可以重復(fù)編程。
另外,現(xiàn)代工廠的生產(chǎn)線正變得越來越復(fù)雜,比如汽車制造,包裝,食品飲料,倉儲物流等產(chǎn)線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(chǎn)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(qū)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(diào)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(chǎn)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(wǎng)。
電機控制系統(tǒng)的分布式同時意味著電機控制產(chǎn)品的集成化,比如電機和電機驅(qū)動的集成,電機控制器和PLC的集成,電機控制器和驅(qū)動的集成。電機,電機驅(qū)動及其控制系統(tǒng)的高度集成化,使得三者的設(shè)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(qū)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(IntegratedDriveSystem)集成驅(qū)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(qū)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(TotallyIntegratedAutomationPortal)。
電機控制的集成化趨勢使客戶對電機控制MCU,F(xiàn)PGA和DSP性能的要求越來越高,同時要求半導(dǎo)體芯片廠商也能提供集成的解決方案,在單顆芯片中集成更多的功能,I/O,驅(qū)動,控制算法以及工業(yè)以太網(wǎng)模塊等。
智能化、網(wǎng)絡(luò)化和遠程控制趨勢
整個電機控制系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化和遠程控制將是大勢所趨。電機控制系統(tǒng)不但是轉(zhuǎn)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(gòu),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(chǎn)的一些電機,可以自動的采集和記錄電機內(nèi)的電壓,電流,溫升,振動等狀態(tài)變化,并通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)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(shù)、狀態(tài)和診斷信息,并可進行參數(shù)設(shè)置。
8位MCU因為價格便宜,性能穩(wěn)定,應(yīng)用范圍極為廣范,比如信號檢測,LED照明控制,電源轉(zhuǎn)換控制和BLDC電機控制,這些應(yīng)用中8位MCU就已經(jīng)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(diào)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(wǎng)應(yīng)用等現(xiàn)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)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(xiàn)電機產(chǎn)品升級換代,50%的低壓三相籠型異步電動機產(chǎn)品、40%的高壓電動機產(chǎn)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(qū)動大量用在風機、泵、壓縮機、升降機、電焊機、電動車電機、空調(diào)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(xiàn)在風機、泵類的應(yīng)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(zhuǎn)速,隨著轉(zhuǎn)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(wǎng)而言,功率因數(shù)也有了一定提高,總體上節(jié)約了一部分電網(wǎng)輸電過程中損耗的電能。
而變頻器,伺服驅(qū)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(guān)鍵性作用。客戶對這些功率器件要求也越來越多,比如要求更低的產(chǎn)品成本、更緊湊的封裝尺寸、更好的散熱性能,對功率器件的多樣化也提出要求,比如低功耗器件、緊湊設(shè)計的大功率器件、低壓大功率器件、大電流高電壓器件等等。
責任編輯:何健
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