使用运动控制降低能源成本

曾经有一段时间，减少能源消耗意味着在生产车间将白炽灯换成led灯。如今，运动控制行业提供了一系列选项，使终端用户能够在机器的运行寿命(可能是10年或更长时间)内实现大幅节省。通过将智能组件和集成硬件与监控和分析软件相结合，oem和终端用户可以获得显著的优势和快速的投资回报。三菱电气自动化公司(Vernon Hills, Illinois)的高级产品营销工程师Ariane Roberson说:“能源的总成本约占伺服电机系统运行成本的25%。”“你的峰值和需求费用占30%到60%，所以可以节省很多钱。”

罗伯森指出了四种节约方式:能耗监控、高级能源可视化、效率优化和信息收集。运动控制技术提供了监测消耗和优化效率的方法。结合使用和性能分析，这些信息不仅可以最大化吞吐量，还可以最大化整体生产性能。

可视化
管理能量的第一步是了解整个系统的性能。首先要进行外部审计，以发现改进的机会。能量分析可以揭示能源高峰使用的来源，揭示问题。例如，与其以每小时10000个零件的速度运行生产线，不如在效率较高的早晨和傍晚阶段将零件数量减少到5000个，在午夜之后运行速度更快，这样更划算。另一种选择是，通常以每小时10000件的速度生产8小时一班的生产线，如果以每小时8000件的速度生产10小时，可能会降低整体运营成本。除非你知道你的生产线在做什么，否则你无法做出明智的决定。

为了实用，这种能量监测不能只进行一次。它需要持续发生。这意味着该系统必须配备能够收集消费数据的传感器和硬件，以及能够分析和呈现这些数据的软件。十年前，这将涉及外部系统，需要额外的成本、集成和编程，以及相当陡峭的学习曲线。现在，原始设备制造商可以利用专门设计的能源监测系统与设备一起工作，不仅可以实时收集信息，还可以以高消耗性的形式提供结果。

罗伯森说:“你的反应越快，你就能越快地抓住(消费)高峰并减少它们，这将带来一大笔储蓄。”“你所需要的接口是非常重要的,因为人们在地板上能够看到正在发生的事情,你需要决策者在业务方面能够理解的每个单独的机器和所有的机器在地板上的结合,然后在它的基础上做出决定。”

界面不仅需要向操作员提供信息，还需要将信息从车间传递到顶楼。

效率优化

分享权力
仅仅制定能源管理战略是不够的。该系统需要设计为最佳运行。这就是伺服技术真正闪耀的地方。

削减能源消耗的关键方法之一是在各个轴之间共享能源。减速电机基本上相当于一个发电机，将负载的能量传递给电机，然后再返回到电力系统中，然后再进行处理。传统的方法是用一个制动电阻将其作为热量散热。不幸的是，耗散的能量代表耗散的金钱。更糟糕的是，热量会损害电子产品。特别是如果驱动器位于机柜中，它们将需要主动冷却，这将进一步消耗电力。解决方案?再生制动，允许回收再利用。

例如，在单轴驱动器上增加一个电容，可以让轴在减速时存储能量，以便下次加速时使用。电容越大，驱动器能存储的能量就越大。当然，这种方法有一个实际的限制——在机器和生产车间中，电容器增加尺寸和空间总是很昂贵的。就像工程学中的其他事情一样，这是一个权衡的问题。

该技术的一个更微妙的版本涉及在一个公共直流总线上连接多个驱动器。现在，加速驱动器可以从减速驱动器获得动力。最终结果是峰值需求显著下降(见图1)。这甚至对少数驱动器都是有效的。西门子(Norcross, Georgia)运动控制业务部门高级项目经理克雷格•纳尔逊(Craig Nelson)表示:“如果你有三个以上的轴，那么最好考虑通用的直流总线类型的系统。”

这种方法提供了很大的节省，即使是少量的驱动器。“我们有一个演示，我们在四种不同的实际应用中运行了三轴放大器和单轴放大器，我们能够节省大约35%的能源，”罗伯森说。

除了节省电力，这种方法还减少了涉及的组件数量。“不是每个驱动器都有自己的接触器和反应堆，他们现在共享一个更大的接触器和反应堆，”Nelson说。“但它的大小并不取决于所有的单个负载，而是取决于系统的需求。”不是6个轴和6个不同的线组件，系统现在有一组根据应用程序大小的线组件。更少的部件意味着更低的硬件和组装成本，更少的故障点和更小的占地面积。它还可以减少备件库存。

然而，最大的节省体现在电费上。公用事业公司的收费标准是根据上一季度的峰值电力需求计算的总能耗。使用更少的千瓦小时的能源是好的，但以更低的价格为这些单位收费就更好了。

在共享直流总线上连接多个驱动器不是一项简单的任务。有一段时间，这个任务落到了原始设备制造商身上。如今，机器制造商可以选择设计成易于连接在一起的驱动器，包括多轴驱动器，其特点是多个放大器封装在一个共享的外壳中，以及可以快速行动的现成驱动器。

更快的解决驱动器
今天的最先进的驱动器提供了其他节电的好处。任何时候坐标轴移动，都是将能量转化为功，并伴有相应的损耗。当一个轴试图移动负载和超调时，它消耗的电力整个时间，它是围绕命令的位置振荡。具有实时自动调整功能的驱动器可以最小化振荡，更快地将负载传递到命令位置。

也许节约能源最简单的方法是最明显的——适当的电动机尺寸。更小的电机需要更小的驱动器，这需要更少的能量运行，更不用说更小的外壳与降低冷却成本。几十年来，电机尺寸的最常见方法是从之前平台的电机开始，然后按安全系数进行缩放。它不是最佳的，但它比运行计算更快，更轻松。如今，大多数厂商都有电机尺寸计算软件，可以在短时间内为您完成计算。与其向他们提供您以前的电机的参数，不如与您的供应商谈谈您的应用程序的要求，并获得正确的电机，立即节省开支。

在经济衰退的余波中，每个人都在考虑精简运营。重大的节省——以及竞争优势——等待着愿意投入一定努力来收获节省的组织。罗布森说:“那些致力于选择节能伺服解决方案的客户通常会为特定的机器节省20%到30%的能源，因此它可以产生显著的效果。”获得这些好处需要付出一些努力，但这些好处是值得的。“钱就在桌子上等着你，但你必须花两三个小时来了解你的消费情况，”她评论道。“我们现在已经远不止换一个灯泡了。现在有很多的计划来操作更精益和优化我们的设备。我们做得越多，就越需要挖掘改进之处。”

致谢
感谢罗克韦尔自动化Power Control市场开发总监Sergio Gama提供的有用的背景信息。

想知道更多关于这些过程如何发生的细节吗?登记“省电驱动器”这是7月28日上午11点MCMA的免费网络直播。