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完美自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效

作者: 發(fā)布時(shí)間:2011-06-13

摘要:

2007年,貝加萊向全球的機(jī)器和設(shè)備制造商提供了超過(guò)65000個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器,而且有迅速增加的趨勢(shì)。成功的基石來(lái)自:集成了節(jié)能解決方案的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。那么誰(shuí)將從這個(gè)方案中獲益?誰(shuí)又能持續(xù)從插座中獲得動(dòng)力?一份詳盡的效益分析報(bào)告也許能夠提供一些答案。

過(guò)去如果有人提到節(jié)能增效,那么他們有可能是指減少成本。如今,富有成本意識(shí)的機(jī)器制造商改變了需求,成為現(xiàn)代化驅(qū)動(dòng)概念的主要推動(dòng)力量。為了在設(shè)計(jì)階段確保廣泛的解決方法,有必要遵循以下特定準(zhǔn)則:

l         節(jié)能增效需要一個(gè)具體概念

l         使用強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制軟件

l         避免過(guò)大選擇

l         避免能源損失

l         結(jié)合并利用制動(dòng)能量

l         分析并優(yōu)化應(yīng)用

l         信賴專業(yè)的合作伙伴

 

節(jié)能增效需要一個(gè)具體概念

如果有一些人會(huì)犯同樣的錯(cuò)誤,那么有很多人也會(huì)面臨同樣的問(wèn)題。所以,在探討驅(qū)動(dòng)器的選擇、效率或制動(dòng)能量再生之前,讓我們關(guān)注一下最重要的問(wèn)題:正確的自動(dòng)化概念是否正在實(shí)施?

高效的自動(dòng)化概念是基于多功能的組件,它不會(huì)受限于處理器、內(nèi)存或通信技術(shù)的效率。定性的多任務(wù)處理、極短的響應(yīng)時(shí)間和完整的軟件是節(jié)能驅(qū)動(dòng)概念的基石。

 

 

因此,首要的目標(biāo)是淘汰獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)控制器、獨(dú)立的CNC控制器、獨(dú)立的機(jī)器人控制器、獨(dú)立的控制系統(tǒng)、分立的軟件工具和不統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。集成的貝加萊自動(dòng)化概念是建立在一些自動(dòng)化組件基礎(chǔ)上的,其能夠滿足關(guān)于模塊化、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和使用效率方面的所有要求。根據(jù)需要可以在本地或遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)中使用功能完善且強(qiáng)大的設(shè)備,驅(qū)動(dòng)控制所需的組件可以分布于整個(gè)想要的自動(dòng)化系統(tǒng)中。Ethernet POWERLINK是實(shí)現(xiàn)微秒范圍內(nèi)精確同步的基礎(chǔ),任何實(shí)時(shí)通信參與者都能通過(guò)它獲得所有電機(jī)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

 

結(jié)論:

節(jié)能增效離不開(kāi)現(xiàn)代自動(dòng)化概念。淘汰不需要的組件可以節(jié)約大量花費(fèi)——更不用說(shuō)節(jié)約額外的能源開(kāi)支了。

 

使用強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制軟件

通常為單軸建立高效的驅(qū)動(dòng)并不是問(wèn)題——但是針對(duì)一組軸就會(huì)比較困難。大多數(shù)特定行業(yè)的運(yùn)動(dòng)程序并不是限制在一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元中的,取而代之的是耦合軸運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)品。在這種情況下,帶完整功能塊的運(yùn)動(dòng)控制軟件就成為提高能效的基礎(chǔ)。

這就需要一款軟件,它能夠指引軸之間進(jìn)行運(yùn)動(dòng)能量的優(yōu)化,并且提供不同行業(yè)伺服控制功能塊。貝加萊最終想到了這一解決方法:通用運(yùn)動(dòng)控制(Generic Motion Control)概念,在單一系統(tǒng)中融合了機(jī)器人技術(shù)、CNC技術(shù)、多軸運(yùn)動(dòng)和單軸定位。貝加萊的客戶可以從中獲益:通過(guò)運(yùn)用技術(shù)協(xié)同效應(yīng)如集成單個(gè)生產(chǎn)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效。

 

結(jié)論:

軟件形成了一個(gè)現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)——有針對(duì)性地使用軟件為現(xiàn)代化生產(chǎn)提供了有力的支持,特別是針對(duì)節(jié)能的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。

 

避免過(guò)大選擇

選擇過(guò)大的驅(qū)動(dòng)器是效率低下的主要來(lái)源,這里存在節(jié)約購(gòu)置成本和能源成本的巨大潛力。針對(duì)最新貝加萊用戶的一份調(diào)查顯示,在過(guò)去使用的驅(qū)動(dòng)組件中,約20%選擇過(guò)大。實(shí)際上,這些選擇過(guò)大的電機(jī)運(yùn)行功率遠(yuǎn)低于額定輸出。其結(jié)果就是:能效下降,能源成本上升——花費(fèi)由終端用戶支付而非機(jī)器制造商。

貝加萊致力于為客戶提供優(yōu)化選擇的驅(qū)動(dòng)器。優(yōu)化選擇中最重要的數(shù)據(jù)包括:功率、速度及使用效率的精確分析,運(yùn)動(dòng)條件,機(jī)械耦合,環(huán)境條件,還有與熱條件相關(guān)的廣泛信息?,F(xiàn)有的規(guī)劃工具是軟件包ServoSoft。ServoSoft結(jié)合了電氣和機(jī)械驅(qū)動(dòng)組件設(shè)置,它是整個(gè)貝加萊伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具。

 

結(jié)論:

對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行簡(jiǎn)單精確的選擇沒(méi)有任何問(wèn)題。避免過(guò)大選擇不僅有助于降低驅(qū)動(dòng)單元的購(gòu)置成本,而且有助于降低能源成本。

 

避免能源損失

驅(qū)動(dòng)效率隨著時(shí)間的推移不斷提高。然而,能源及與熱生成相關(guān)的損耗依舊是一個(gè)重要問(wèn)題。如果遵循以下準(zhǔn)則,那么就很容易避免能源損失。

l         有源供電:按實(shí)際需求使用能源

l         電力再生單元:阻止制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱量

l         冷卻技術(shù):盡量減少散熱

l         電機(jī)技術(shù):使用高效電機(jī)

 

有源供電

你如何確保能源有效利用?帶功率因數(shù)校正功能的有源供電模塊確保電路中的純正弦電流消耗。其同樣可以用于非正弦值,并將電流有效值降到最小。在有功功率和視在功率間存在一個(gè)最佳關(guān)系(幾乎為1)。

 

 

電動(dòng)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效:由于具有功率因數(shù)校正功能,ACOPOSmulti可以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)φ=1。這意味著在電路中節(jié)能達(dá)50%

 

當(dāng)傳統(tǒng)帶小功率因數(shù)的逆變器明顯具有較高有效能耗的時(shí)候,貝加萊ACOPOSmulti的有源供電確保了能源的高效使用。成本考慮為:所有系統(tǒng)事實(shí)上在安裝時(shí)都會(huì)有補(bǔ)償措施以降低視在功率。如果逆變器安置于電機(jī)和電源電路間,那么運(yùn)營(yíng)商只為有功功率買單。有源功率因數(shù)校正并不會(huì)直接降低電力成本。然而,通過(guò)以下方面它卻體現(xiàn)了巨大的間接成本優(yōu)勢(shì):有源供電模塊再生能源,熱優(yōu)化,以及修正所有電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、安全保護(hù)裝置、接線截面和變壓器的過(guò)大選擇。

 

 

電力再生

所有ACOPOSmulti供電模塊都具有電力再生能力,它可以防止制動(dòng)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱量。和傳統(tǒng)設(shè)備不同,制動(dòng)電阻絕不會(huì)產(chǎn)生熱量。集成的電力再生系統(tǒng)以高效環(huán)保的方式避免了制動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)榕潆姽裰械臒崃俊?/span>

 

冷卻技術(shù)

即使運(yùn)用最現(xiàn)代化的驅(qū)動(dòng)技術(shù),配電柜中的熱量標(biāo)度仍是一個(gè)問(wèn)題:在配電柜和生產(chǎn)車間中使用風(fēng)機(jī)和氣溫控制單元會(huì)產(chǎn)生更高的能源成本和額外的維護(hù)費(fèi)用。冷卻板冷卻法可以稍微減輕這一問(wèn)題。該方法中使用水或油將散發(fā)的熱量排出配電柜,并完美地進(jìn)入現(xiàn)有的冷卻回路中。這樣就能緩解生產(chǎn)間中的驅(qū)動(dòng)器散熱問(wèn)題。這樣的安排比傳統(tǒng)的冷卻單元更有效,因此也更節(jié)能。

 


 

在冷卻板冷卻法中,使用水或油將散發(fā)的熱量排出配電柜,并完美地進(jìn)入現(xiàn)有的冷卻回路中

 

電機(jī)技術(shù)

現(xiàn)代化的生產(chǎn)設(shè)備要求電機(jī)緊湊且動(dòng)力十足,它還要有極低的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和最佳的效率。同步伺服電機(jī)在這里就是理想的解決方案,它相比異步電機(jī)顯然更有能效,因?yàn)樗拇艌?chǎng)是利用永久磁鐵建立的。其結(jié)果就是:視在功率更低,熱量損失更低,效率更高,因此也更能提高能源效率。

 

結(jié)合驅(qū)動(dòng)能量利用制動(dòng)能量

如果你能制動(dòng),那么你就能勝出:有源供電模塊實(shí)際增加的效率是將制動(dòng)產(chǎn)生的能量送回電源電路中。這里適用兩個(gè)基本條件:

1)             機(jī)器是否使用制動(dòng)?

這個(gè)問(wèn)題聽(tīng)起來(lái)微不足道,但是連續(xù)工作的電機(jī)不可能利用制動(dòng)能量。在這種情況下,相比無(wú)源供電來(lái)說(shuō),有源供電單元并不能節(jié)約成本——這里能耗是相同的,驅(qū)動(dòng)單元的初始購(gòu)置成本就成為唯一相關(guān)的因素。

如果機(jī)器部件運(yùn)行啟動(dòng)/停止操作(驅(qū)動(dòng)軸加速然后制動(dòng)),你就能依靠能量再生單元節(jié)省開(kāi)支。通過(guò)再生25%的能量,有源供電相比無(wú)源供電額外的價(jià)格支出就能在一年半之后收回。而后節(jié)能仍在繼續(xù)——25%的成本節(jié)約來(lái)自再生能源。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是:能量再生過(guò)程中,制動(dòng)能量并不會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能。

 

 

該圖顯示了2002年德國(guó)的工業(yè)能耗分布。驅(qū)動(dòng)技術(shù)帶來(lái)的潛在節(jié)能是顯而易見(jiàn)的。(圖表來(lái)源:ZVEI

 

2)             電源損耗有多大?

在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中,制動(dòng)再生能量必須大于所有電源損耗,否則就無(wú)法節(jié)約能源。ACOPOSmulti系統(tǒng)擁有引領(lǐng)潮流的電源設(shè)計(jì),將濾波器、扼流圈、電源模塊和24V輔助電源模塊的能耗降到最低,因此它可以為能源再生提高效率提供最佳條件。

 

 

生命周期成本實(shí)例:酸奶罐裝機(jī)9kW傳送伺服驅(qū)動(dòng)器

通過(guò)有源電力再生,冷卻板冷卻,功率因數(shù)為1,可以潛在節(jié)省27900歐元(全生命周期的43%)。(計(jì)算:貝加萊)

 

分析并優(yōu)化應(yīng)用

有多少機(jī)器制造商會(huì)在原型機(jī)設(shè)計(jì)制造完之后投入時(shí)間和精力來(lái)驗(yàn)證驅(qū)動(dòng)單元的過(guò)大選擇?又有多少系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商會(huì)去分析有功功率、視在功率或電源干路的質(zhì)量?在這里,投入時(shí)間和精力獲取必要的分析數(shù)據(jù)很重要。

 

結(jié)論:

如果沒(méi)有時(shí)間和精力,那么就需要正確的軟件工具來(lái)幫忙。

在貝加萊Automation Studio中,高級(jí)控制單元可以得到所有驅(qū)動(dòng)軸的當(dāng)前和歷史功率數(shù)據(jù)用于診斷——優(yōu)化驅(qū)動(dòng),并最大化地提高效率。集成于Automation Studio中的Power Meter是一款用于全面分析電源電路的工具,它可以對(duì)有功功率、無(wú)功功率和視在功率進(jìn)行高質(zhì)量的測(cè)量。

 

信賴專業(yè)的合作伙伴

通常機(jī)器供應(yīng)商為客戶安裝機(jī)器的成本較低,僅能滿足當(dāng)前需求。然而,如果能源成本在機(jī)器購(gòu)買三年后開(kāi)始超過(guò)其初始成本時(shí),整個(gè)生命周期成本就變得不利于客戶。此外,如果系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商指定機(jī)器制造商必須使用某些分包商,那么就會(huì)變得極其令人不快:分包商如果提供的是效率低下的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和概念,那么機(jī)器制造商就無(wú)法真正獲得對(duì)其它供應(yīng)商的選擇權(quán)。

 

結(jié)論:

如果機(jī)器供應(yīng)商被證明是節(jié)能增效方面的專家,那么通常他也將成為后續(xù)商業(yè)活動(dòng)中很好的合作伙伴。比如,如果兩年后一個(gè)有源供電單元在生產(chǎn)中明顯體現(xiàn)其附加值,那么它很輕易就能被銷售給終端用戶。

信賴并依靠?jī)?yōu)秀的驅(qū)動(dòng)方案供應(yīng)商很重要,他們會(huì)建議客戶優(yōu)化設(shè)備選擇,并通過(guò)創(chuàng)新產(chǎn)品和自動(dòng)化方案來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效。貝加萊的銷售和應(yīng)用工程師可以為驅(qū)動(dòng)技術(shù)提供最優(yōu)的設(shè)置和出色的工程設(shè)計(jì)。此外,貝加萊的客戶顧問(wèn)也可以就節(jié)能增效方面給予系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和生產(chǎn)企業(yè)全面的咨詢。

 

作者介紹:

Ralf Henkel先生自從2000年一月份以來(lái)一直受雇于位于巴特洪堡的貝加萊德國(guó)分公司。在2000年至2006年期間,他擔(dān)任應(yīng)用工程師一職,從事項(xiàng)目包括包裝機(jī)械、擠出機(jī)械和印刷設(shè)備。2006年至今,他一直擔(dān)任貝加萊的技術(shù)銷售工程師。

社區(qū)公告

貝加萊是一個(gè)總部位于奧地利并擁有遍布全球分支機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)型自動(dòng)化企業(yè),2017年7月,貝加萊成為ABB集團(tuán)的一個(gè)業(yè)務(wù)單元。作為全球工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者,貝加萊融合了前沿技術(shù)與先進(jìn)的工程能力,為各個(gè)產(chǎn)業(yè)客戶提供機(jī)器與工廠自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)控制、HMI以及集成安全技術(shù)的完整解決方案。貝加萊保持持續(xù)的創(chuàng)新精神,為客戶提供更為簡(jiǎn)化以及超出預(yù)期的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域前沿技術(shù)與方案。

聯(lián)系貝加萊

貝加萊工業(yè)自動(dòng)化(中國(guó))有限公司
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  • Mr li 在2024/10/29 20:39:00留言
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  • 汪先生 在2024/10/25 10:06:00留言
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  • 魏志良 在2024/8/15 8:45:00留言
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  • 陳靜明 在2024/8/14 11:11:00留言
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