工業(yè)4.0背景下電機(jī)控制行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)
IHS公司高級(jí)分析師周萬(wàn)木指出,德國(guó)提出工業(yè)4.0,美國(guó)提出先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃,我國(guó)也在推進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級(jí),在這樣的大背景下,傳統(tǒng)的電機(jī)和電機(jī)控制行業(yè)也正在發(fā)生變化,對(duì)電機(jī)控制芯片也提出了新的需求。分析師周萬(wàn)木認(rèn)為主要的趨勢(shì)包括以下三個(gè)方面:
分布式電機(jī)控制系統(tǒng)與集成的電機(jī)控制產(chǎn)品趨勢(shì)
單獨(dú)的機(jī)械設(shè)備中電機(jī)的軸數(shù)正變得更多,多軸控制越來(lái)越多的應(yīng)用在包裝機(jī)械、電子組裝機(jī)械、食品飲料機(jī)械,機(jī)械手和印刷機(jī)械中。為了滿(mǎn)足小批量,定制化和柔性化的加工需求,客戶(hù)需要靈活的調(diào)整電機(jī)控制的軸數(shù),要求電機(jī)控制系統(tǒng)更加開(kāi)放,可以重復(fù)編程。
另外,現(xiàn)代工廠(chǎng)的生產(chǎn)線(xiàn)正變得越來(lái)越復(fù)雜,比如汽車(chē)制造,包裝,食品飲料,倉(cāng)儲(chǔ)物流等產(chǎn)線(xiàn)正在使用成百上千個(gè)變頻器、伺服和電機(jī)來(lái)控制物料流動(dòng),這些產(chǎn)線(xiàn)對(duì)分布式電機(jī)控制系統(tǒng)需求量比較大。以前的電機(jī)控制系統(tǒng)會(huì)有個(gè)中央電氣控制柜安裝電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,而分布式電機(jī)控制系統(tǒng)可提供一套緊湊的模塊化解決方案,有助于簡(jiǎn)化接線(xiàn)、縮短調(diào)試時(shí)間和降低對(duì)額外機(jī)柜空間的需求,更少的線(xiàn)纜連接也可以減少干擾,提高生產(chǎn)線(xiàn)的可靠性,無(wú)需使用電氣控制柜使得電機(jī)可以快速連接到工業(yè)以太網(wǎng)。
電機(jī)控制系統(tǒng)的分布式同時(shí)意味著電機(jī)控制產(chǎn)品的集成化,比如電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)的集成,電機(jī)控制器和PLC的集成,電機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)的集成。電機(jī),電機(jī)驅(qū)動(dòng)及其控制系統(tǒng)的高度集成化,使得三者的設(shè)計(jì),制造和運(yùn)行都緊密融為一體,與傳統(tǒng)電力傳動(dòng)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(jí)分析師周萬(wàn)木提到,集成的概念不僅僅停留在電機(jī),電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電機(jī)控制器,還包括整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)的集成。西門(mén)子公司正在推廣IDS(IntegratedDriveSystem)集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括兩個(gè)層面,第一個(gè)層面是橫向集成,包括電機(jī)控制器,電機(jī)驅(qū)動(dòng),電機(jī)和減速機(jī)的集成;第二個(gè)層面是縱向集成,是將電機(jī)系統(tǒng)納入到整個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng),也叫TIA(TotallyIntegratedAutomationPortal)。
電機(jī)控制的集成化趨勢(shì)使客戶(hù)對(duì)電機(jī)控制MCU,F(xiàn)PGA和DSP性能的要求越來(lái)越高,同時(shí)要求半導(dǎo)體芯片廠(chǎng)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(dòng),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(yuǎn)程控制趨勢(shì)
整個(gè)電機(jī)控制系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化和遠(yuǎn)程控制將是大勢(shì)所趨。電機(jī)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(lái)的工業(yè)電機(jī)系統(tǒng)不僅僅是一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu),同時(shí)也會(huì)是整個(gè)工廠(chǎng)系統(tǒng)的一個(gè)有機(jī)組成部分和能源使用監(jiān)控點(diǎn)。IHS公司高級(jí)分析師周萬(wàn)木舉例說(shuō),比如西門(mén)子,ABB生產(chǎn)的一些電機(jī),可以自動(dòng)的采集和記錄電機(jī)內(nèi)的電壓,電流,溫升,振動(dòng)等狀態(tài)變化,并通過(guò)以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的送到控制中心,以供對(duì)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和故障診斷,使操作員無(wú)論身在何處均可訪(fǎng)問(wèn)參數(shù)、狀態(tài)和診斷信息,并可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。
8位MCU因?yàn)閮r(jià)格便宜,性能穩(wěn)定,應(yīng)用范圍極為廣范,比如信號(hào)檢測(cè),LED照明控制,電源轉(zhuǎn)換控制和BLDC電機(jī)控制,這些應(yīng)用中8位MCU就已經(jīng)足夠。而電機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)故障報(bào)警、遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程診斷調(diào)試等需求,將會(huì)使用越來(lái)越多的功能更多,處理能力更強(qiáng)的MCU、DSP和FPGA。8位MCU在變頻器控制、伺服電機(jī)控制、電力與能源監(jiān)控,越來(lái)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(jià)格在進(jìn)一步的走低,8位MCU和32位MCU的價(jià)格差異在縮小,所以未來(lái)的電機(jī)控制系統(tǒng)會(huì)用到越來(lái)越多的32位MCU。另外,遠(yuǎn)程電機(jī)溫度檢測(cè)、異常震動(dòng)檢測(cè)和電流電壓監(jiān)測(cè)等需求將會(huì)為模擬芯片創(chuàng)造更多的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。
電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能趨勢(shì)
電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能也是大勢(shì)所趨。為提升能效等級(jí),工信部今年6月份公布了電機(jī)能效提升計(jì)劃(2013-2015年),到2015年,實(shí)現(xiàn)電機(jī)產(chǎn)品升級(jí)換代,50%的低壓三相籠型異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品、40%的高壓電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品達(dá)到高效電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范;累計(jì)推廣高效電機(jī)1.7億千瓦,淘汰在用低效電機(jī)1.6億千瓦,實(shí)施電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技改1億千瓦,實(shí)施淘汰電機(jī)高效再制造2000萬(wàn)千瓦。
但是僅僅用高效電機(jī)替換普通電機(jī)對(duì)整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能效果提升并不明顯,整個(gè)電機(jī)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(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)大量用在風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)、升降機(jī)、電焊機(jī)、電動(dòng)車(chē)電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、洗衣機(jī)電機(jī)和冰箱壓縮機(jī)中。變頻器是電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能的主力,節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)的應(yīng)用上,采用變頻器后,可以通過(guò)降低供電頻率來(lái)降低泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,隨著轉(zhuǎn)速的降低,功率會(huì)快速下降。同時(shí)變頻器通常采用交-直-交變頻供電的方式,交流異步電機(jī)吸收滯后的無(wú)功功率,通過(guò)變頻器供電,對(duì)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(guò)程中損耗的電能。
而變頻器,伺服驅(qū)動(dòng),逆變器和專(zhuān)用控制器中的IPM模塊,IGBT和MOSFET對(duì)節(jié)能降耗起到關(guān)鍵性作用。客戶(hù)對(duì)這些功率器件要求也越來(lái)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(duì)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(jì)的大功率器件、低壓大功率器件、大電流高電壓器件等等。

責(zé)任編輯:何健
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