推動智能制造更高水平的靈活性、生產力和可持續性

推動智能制造更高水平的靈活性、生產力和可持續性

智能運動控制解決方案的演變

并網電機

變頻驅動電機

增加整流器、直流母線和三相逆變器級實際上會產生一個變頻和可變電壓源，現在應用于電機以實現變速控制。這種變頻驅動電機通過以負載和應用的最佳速度運行電機來顯著降低能耗。示例包括更高效的泵和風扇。

變速驅動

伺服驅動系統

工業機器人需要多軸伺服驅動器結合機械集成和先進的機器控制算法來實現復雜的3D空間定位。機器人通常有六個軸需要以協調的方式控制，如果機器人沿著軌道移動，有時有七個軸。協作機器人（cobots）以工業機器人解決方案為基礎，通過增加功率和力限制（PFL）來提供功能安全的多軸機器控制，操作員可以安全地與協作機器人一起工作。最后，在移動機器人中部署了自導航、功能安全的機器控制，具有定位傳感和防撞功能。

智能運動控制增長動力

智能運動控制正受到四個關鍵增長驅動因素的加速：降低能耗、敏捷生產、數字化轉型，以及在智能制造中減少停機時間和提高資產利用率的基礎上，向基于服務的新型業務模式邁進。讓我們詳細看看這四個關鍵增長動力中的每一個。

降低能耗

工業消耗的電力中幾乎有70%用于電動機系統。1智能運動解決方案正在并將繼續通過將更多應用從定速電機轉移到高效電機和變速驅動器來顯著降低能耗，部分原因是能源效率法規。這種能源消耗的減少將使制造業更加可持續。獲得優化制造流程的運動洞察將進一步降低智能制造中的能耗。

敏捷生產

隨著各行各業不斷適應消費者需求和不斷變化的買家行為，需要基于可重新配置生產線的敏捷生產，以提供更多定制和更快的周轉時間。消費者需求正在推動從低混合、大批量制造轉向多混合、小批量制造，這要求工廠車間具有更大的靈活性。復雜、重復且通常危險的任務現在可以由工業機器人執行，從而提高吞吐量和生產率。敏捷生產可提高中斷時的彈性，并能夠更快地響應不斷變化的客戶需求。

數字化轉型

已部署資產的新業務模式

資產制造商希望銷售的不僅僅是資產，他們希望擴展其業務模式，以包括基于生產力和資產利用率的售后服務合同。例如，泵制造商希望使用新的預測性維護服務產品，根據泵送的液體（例如，水或燃料）量進行銷售，并根據泵送的每立方米 （m3） 進行收費，而不僅僅是銷售泵。預計未來五年，泵OEM收入的50%至60%將來自與服務相關的活動。3系統集成商希望根據他們安裝的制造能力的正常運行時間收費，而不僅僅是根據資產的初始安裝收費。新的智能運動解決方案集成了狀態監測功能，以實施對資產健康狀況的實時監控，以規劃維護計劃。這種監控可以消除計劃外的資產停機，以提供更高水平的生產力和資產利用率，這是新的基于服務的合同的基石。

智能運動控制要求

為了在智能制造中實現更高水平的生產力和可持續性，需要新的先進運動控制解決方案來提供概述的四個增長驅動力的優勢。

卓越的運動控制

堅固性、安全性和可靠性

在高性能、多軸、同步運動應用中，控制時序要求精確、確定性和時間關鍵性，需要最大限度地減少端到端延遲，尤其是在控制周期時間縮短和控制算法復雜性增加的情況下。這些高性能應用需要與亞毫秒網絡周期時間的實時連接，以控制復雜的運動應用。智能制造使用視覺系統和運動應用來監控制造質量并提高生產安全性。工業以太網網絡必須支持實時確定性運動控制流量和盡力而為的視覺流量在同一網絡上共存，最高可達 Gb 帶寬。連接到網絡的設備和控制器的互操作性需要在整個制造裝置中提供無縫數據流，并確保數據對更高級別的管理系統透明，同時通過減少調試時間使這些網絡更加靈活和可擴展。融合 （IT/OT） 以太網可確保無縫訪問更高級別的管理軟件系統的運動洞察進行分析，從而優化制造流程并加速數字化轉型。

先進的傳感

加速實現更高價值運動控制解決方案的關鍵技術

用于智能制造的下一代智能運動控制解決方案需要多種技術的組合。這些技術相結合，可為惡劣的工業部署提供強大、精確的運動控制，并從高級傳感中獲得系統見解。

精密測量

復雜的運動控制需要精密轉換器技術來實現高質量的電流反饋，利用隔離和非隔離解決方案來提供高精度和快速瞬態響應的控制環路性能。電流反饋是提高驅動器性能的基本組成部分，決定了整體控制帶寬和響應時間。電流反饋的關鍵要求包括與PWM周期同步測量、隔離或高共模測量、低失調漂移以最小化轉矩紋波，以及以14位至18位分辨率進行低延遲同步采樣以測量相電流。編碼器和線性軌道應用中的精確位置測量也需要精密轉換器技術，以提供更大的吞吐量并提高生產率。

隔離和接口

工業以太網

磁感應

電源管理

智能運動應用通常部署在惡劣的工業環境中，這些環境環境需要高環境溫度操作，同時不受傳導噪聲和高壓瞬變的影響。在一些分散式應用中，驅動器位于較小的外殼中更靠近電機的位置，而在其他應用中，驅動器與電機集成在一起。需要更高功率密度的電源管理解決方案，這些解決方案需要在高環境溫度下運行，以實現這些外形更小的智能運動應用。

機器運行狀況

機器運行狀況使用振動和沖擊傳感器對資產的運行狀況進行實時狀態監控，以消除計劃外停機時間，延長資產的使用壽命，同時降低維護成本。通過將機器健康集成到運動應用中，可以通過數字化戰略產生新的收入流，這些戰略基于保證正常運行時間創建新的基于服務的商業模式，以實現更高水平的制造生產力。基于振動、沖擊和溫度的資產運行狀況數據由邊緣 AI 轉換為資產運行狀況見解，然后通過有線或無線解決方案傳送到管理控制軟件，在那里它們提供關鍵資產的實時運行狀況。

結論

敏捷生產需要快速響應不斷變化的消費者需求并支持高效生產，批量小至 1。敏捷生產由可快速重新配置的智能互聯資產實現。這些互聯資產實時共享數據;這些數據用于通過識別生產中的瓶頸和監控資產的運行狀況來消除計劃外停機，從而提高運營績效。基于智能運動解決方案的智能制造消耗更少的能源，并支持更復雜的運動，從而推動更高水平的靈活性、生產力和可持續性。

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