工業(yè)自動化是德國啟動工業(yè)4.0的重要前提之一，主要是在機械制造和電氣工程領(lǐng)域。目前在德國和國際制造業(yè)中廣泛采用的“嵌入式系統(tǒng)”，正是將機械或電氣部件完全嵌入到受控器件內(nèi)部，是一種特定應(yīng)用設(shè)計的專用計算機系統(tǒng)。數(shù)據(jù)顯示，這種“嵌入式系統(tǒng)”每年獲得的市場效益高達200億歐元，而這個數(shù)字到2020年將提升至400億歐元。工業(yè)自動化的發(fā)展速度讓每個人都感到驚訝。一些新技術(shù)，例如，更先進的驅(qū)動器、基于現(xiàn)場總線的氣動裝置和壓電致動閥門等，正在推動行業(yè)快速發(fā)展。那么工業(yè)自動化的發(fā)展趨勢會如何？主要在哪些零部件上改觀效果最快呢？

驅(qū)動器的發(fā)展趨勢

驅(qū)動器方面我們可以看到一個明顯的趨勢：驅(qū)動器執(zhí)行的任務(wù)比過去更加復(fù)雜。但是從某些方面來說，系統(tǒng)本身卻變得更簡單易用。許多驅(qū)動器供應(yīng)公司一般都會提供用于控制速度的低電壓(最高約700伏特)交流和直流變速驅(qū)動器，通常用于某些類型的連續(xù)過程。

軟件控制增加且變得更容易

一些變速驅(qū)動器為泵、風扇和一般性應(yīng)用提供更高水平的控制，但是設(shè)備本身比過去更容易配置。新的向?qū)Чδ苤鸩揭龑?dǎo)用戶完成過程自動化配置和設(shè)置。向?qū)г试S用戶使用接口設(shè)備或存儲卡，執(zhí)行“克隆”，將相同的設(shè)置和配置快速轉(zhuǎn)移到另一臺驅(qū)動器。

此外，位置控制伺服驅(qū)動器的自動整定和電機識別等功能也取得進一步發(fā)展。當用戶將電機連接到驅(qū)動器時，會觸發(fā)一個小程序，將適用于驅(qū)動器的90%的應(yīng)用參數(shù)復(fù)制到新系統(tǒng)之中。

擴展總線連接

目前，許多驅(qū)動器會連到各種主流工業(yè)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，但是，交流變頻器正在越來越多地轉(zhuǎn)向以太網(wǎng)平臺。以太網(wǎng)平臺通常使用多種不同的工業(yè)現(xiàn)場總線，包括Ethernet、EtherCAT、Sercos、Powerlink和Profinet。高端變速驅(qū)動器還可以集成專用協(xié)議，例如用于樓宇自動化的BACnet和用于設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的LonWorks。

更經(jīng)濟的解決方案

不僅如此，相比之下，越來越多的節(jié)能技術(shù)也更具性價比。例如，AC30等交流變頻器可以配備有源前端(AFE)電源。AFE電源允許配置公共總線系統(tǒng)，將原本會浪費的電能(例如，當機器上的一臺電機被拉升到超過其設(shè)定值的速度時或是減速時)以適當?shù)恼译娏骱蛦挝还β室驍?shù)送回到電網(wǎng)。過去，大多數(shù)工程師認為支持能源回收的驅(qū)動器過于昂貴。但是，隨著能源成本的上升，現(xiàn)在這些系統(tǒng)被認為具有高成本效益。高效益設(shè)備可以用于包括裝載船舶的礦山起重機和起重機等在內(nèi)的設(shè)備。

多用途、可編程數(shù)字伺服驅(qū)動器

伺服驅(qū)動器也在發(fā)生變化。以前，驅(qū)動器通過集中式控制器或連接的數(shù)字控制器，使用模擬信號進行控制。這些單元再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)代驅(qū)動器大多數(shù)都是全數(shù)字式的，這意味著反饋信號是數(shù)字信號，控制信號也是數(shù)字的，驅(qū)動器可以配備數(shù)字信號處理器。因此，用戶可以將驅(qū)動器配置為“啞式驅(qū)動器”，它們從集中控制位置獲取命令，提供數(shù)字化握手信息，例如驅(qū)動器的位置和速度。舊式驅(qū)動器需要大量的附加硬件，相比之下，現(xiàn)在的驅(qū)動器更容易進行配置，可以通過一個程序包執(zhí)行多個任務(wù)。

開環(huán)矢量控制系統(tǒng)具備更高的精度

開環(huán)矢量控制系統(tǒng)也正在發(fā)生變革。相比于舊的“V/F”驅(qū)動器，它們有極大的改進。開環(huán)矢量系統(tǒng)提供比V/F系統(tǒng)更好的精度和速度控制，以及更好的轉(zhuǎn)矩特性。目前的交流變頻器可以使用無傳感器矢量控制永磁伺服電機和更傳統(tǒng)的鼠籠式感應(yīng)電動機。此系統(tǒng)尺寸更小，但是可以提供更高的扭矩和功率。另外，這種技術(shù)具有更快的動態(tài)響應(yīng)，相比于必須產(chǎn)生兩個場的電機，永磁電機的停止和啟動速度更快。這種布局具有低成本和高性能特點，適合低功耗應(yīng)用。

更強勁的冷卻

驅(qū)動器冷卻方法也在不斷變化和發(fā)展。通常，大多數(shù)驅(qū)動器采用空氣冷卻方法。但是近年來，在高功率應(yīng)用中，開始采用制冷劑冷卻方法來帶走IGBT產(chǎn)生的熱量。這種冷卻方法可以讓驅(qū)動器在較小的空間內(nèi)提供更大的功率，同時降低IGBT熱循環(huán)。例如派克開發(fā)過并且獲得專利的高級兩相冷卻系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以集成到具有極高功率密度的高功率驅(qū)動器之中。