Energiesparende Komponenten verbessern die industrielle Energieeffizienz

Der Fokus des Industrial Internet of Things (IIoT) und der Industrie 4.0 lag in den letzten Jahren ausschließlich auf Subsystemen, Komponenten wie Sensoren und Schaltern, Big Data und Interkonnektivität. Mit der weiteren Entwicklung von Industrie 4.0 wird Energieeffizienz jedoch unerlässlich, damit echte Fortschritte in der Industrie 4.0 sich durchsetzen können.

Industrieanlagen sind große Energieverbraucher, und die Verfügbarkeit zuverlässiger Energie ist für fortschrittliche Fertigungsprozesse von entscheidender Bedeutung. Der Industriesektor kann einen erheblichen Einfluss auf die globale Nachhaltigkeit haben. Im Jahr 2016 entfielen laut der Internationalen Energieagentur 41,6% des weltweiten Stromverbrauchs auf den Sektor.

Power- und Power-Management sind notwendig, um die Wartung zu verbessern und Störungen bei Industrierobotern in einem Markt zu minimieren, in dem jede Sekunde zählt und Ausfallzeiten vermieden werden müssen. Noch wichtiger ist jedoch, dass Effizienzsteigerungen das Potenzial für erhebliche Ressourceneinsparungen bergen.

Es stehen mehrere Methoden zur Verfügung, um Energieeffizienz zu erreichen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die folgenden:

• Planen Sie Produktionsprozesse, um Spitzen bei der Energieerzeugung aus erneuerbaren Quellen zu verfolgen.

• Steigern Sie die Effizienz von Industrierobotern, indem Sie ihre Arbeitsgeschwindigkeit optimieren, anstatt sie nur durch Programmierung schneller arbeiten zu lassen, wodurch die Einsparungen um bis erhöht werden bis 30%.

• Verwenden Sie 3D-Druck, um Materialverschwendung zu reduzieren.

• Reduzieren Sie den normalerweise für die Wartung aufgewendeten Energieverbrauch durch eine vorbeugende Strategie.

• Wenn möglich, Smart Meter und Controller für entfernte Geräte nachrüsten.

• Implementieren Sie eine Umgebung, in der alle Menschen ersetzt werden. Dies sorgt nicht nur in der Fabrikhalle für Energieeffizienz, sondern auch in den tatsächlichen Energiesystemen innerhalb der Anlage.

• Verwenden Sie stromsparende Komponenten.

Es ist die Kombination all dieser Bemühungen um Energieeffizienz, die zu Ergebnissen führt, anstatt nur eine Methode auszuwählen und zu erwarten, dass sie ausreichend ist.

Energiesparende Komponenten

Viele neue Produkte kommen auf den Markt, die erhebliche Energieeinsparungen bieten. Im Folgenden sind Beispiele aufgeführt.

Die Infineon Technologies AG adressiert die schnell wachsende Nachfrage nach energieeffizienten Lösungen aus Siliziumkarbid (SiC) in Energieumwandlungskonzepten, wie beispielsweise Batterieladeinfrastruktur, unterbrechungsfreie Stromversorgungen, Motorantriebe und Energiespeicher. Das Unternehmen verwendet beispielsweise die ANPC-Topologie für sein hybrides SiC- und IGBT-Leistungsmodul EasyPACK 2B in der 1200-V-Familie.

Das Modul zeichnet sich durch eine erhöhte Leistungsdichte und eine Schaltfrequenz von bis zu 48 kHz aus, was einen Systemwirkungsgrad von mehr als 99% unterstützt. Das hybride Leistungsmodul Easy 2B wiegt deutlich weniger als ein entsprechender Wechselrichter mit reinen Siliziumkomponenten. Die Verluste bei Siliziumkarbid sind geringer als bei Silizium, sodass weniger Wärme abgeführt werden muss und der Kühlkörper ebenfalls schrumpfen kann.

Das hybride EasyPACK 2B-Modul bietet eine erhöhte Leistungsdichte und eine Schaltfrequenz von bis zu 48 kHz. (Bild:Infineon Technologies AG)

STMicroelectronics befasst sich auch weiterhin mit neuen Produkten wie dem STM32WBx5 . mit Energieeffizienz drahtlose Dual-Core-Mikrocontroller (MCUs) und STM32G4 MCUs.

Die drahtlosen STM32WBx5-MCUs bieten eine extrem stromsparende Leistung und sind mit Bluetooth 5, OpenThread und ZigBee 3.0-Konnektivität ausgestattet. Obwohl das Produkt stromsparend ist, kann es gleichzeitig drahtlose Protokolle und Echtzeit-Anwendungsausführungen ausführen und eignet sich für Fernsensoren, tragbare Tracker, Gebäudeautomationssteuerungen, Computerperipheriegeräte, Drohnen und IoT-Geräte. Zu den Funktionen gehören mehrere Stromsparmodi, wie der 13-nA-Shutdown-Modus, die adaptive Spannungsskalierung und ein adaptiver Echtzeit-ART-Beschleuniger, der die Energieeffizienz maximiert und eine lang anhaltende Leistung gewährleistet. Ein integrierter Funksender ist für hohe HF-Leistung und geringen Stromverbrauch optimiert, um die Akkulaufzeit zu maximieren.

Die STM32WBx5-MCUs von STMicro bieten extrem stromsparende Leistung in Kombination mit Bluetooth 5, OpenThread und ZigBee 3.0-Konnektivität. (Bild:STMicroelectronics)

Die neuen STM32G4-Mikrocontroller, die auf fortschrittliche digitale Leistungsanwendungen sowie Verbraucher- und Industrieprodukte ausgerichtet sind, führen zwei neue mathematische Hardwarebeschleuniger ein, die die Verarbeitung von Anwendungen mithilfe von Coordinate Rotation Digital Computer (CORDIC) beschleunigen. CORDIC ist ein recheneffizienter Algorithmus zur Handhabung elementarer mathematischer Funktionen und unterstützt eine gesteigerte Leistung und Energieeffizienz.

Die MCU beschleunigt die Berechnungen für energiesparende Motorsteuerungen und die Filterung für die Signalkonditionierung oder die digitale Leistungssteuerung. Die Beschleuniger berechnen die Ergebnisse schneller und effizienter als der Allzweck-Hauptprozessor, wodurch die Energieeffizienz in einer Vielzahl von Produkten für Smart Factory- und Smart Energy-Anwendungen erhöht wird.

Die Algorithmen des STM32G4 verarbeiten elementare mathematische Funktionen mit hoher Genauigkeit und Filterfunktionen, die eine höhere Leistung und Energieeffizienz unterstützen. (Bild:STMicroelectronics)

Microchip Technology Inc. hat kürzlich eine Smart Embedded Vision angekündigt Initiative, die FPGA-zentriertes IP, Hardware und Tools für energiesparende, kleine Bildverarbeitungsdesigns mit kleinem Formfaktor anbietet. Gleichzeitig stellte die Tochtergesellschaft des Unternehmens, Microsemi, eine Familie von PolarFire-FPGAs mit geringem Stromverbrauch vor . Microsemi behauptet, dass PolarFire-FPGAs 30 bis 50 % weniger Strom als SRAM-basierte FPGAs und eine 5- bis 10-mal niedrigere statische Leistung bieten. Sie eignen sich für den Einsatz in rechenintensiven Edge-Geräten sowie in thermisch und energiebeschränkten Umgebungen.

Smart Embedded Vision von Microchip bietet IP, Hardware und Tools für die stromsparende Bildverarbeitung. (Bild:Microchip Technology Inc.)

Renesas Electronics Corp. hat einen Single-Chip-Mikrocontroller vorgestellt, der über einen EtherCAT-Slave-Controller für industrielle Ethernet-Anwendungen verfügt. Der RX72M Die MCU-Familie bietet größere Speicherkapazitäten für Industriegeräte, die robuste Steuerungs- und Kommunikationsfunktionen in Anwendungen wie energieeffizienten kompakten Industrierobotern, speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), Remote-I/O und Industrie-Gateways erfordern. Renesas behauptet, dass es der erste RX-Mikrocontroller ist, der einen EtherCAT-Slave-Controller mit 1 MB SRAM und 4 MB Flash-Speicher enthält.

Die RX72M-Geräte ermöglichen eine Reduzierung der Leiterplattenfläche um etwa 50 % im Vergleich zu früheren Geräten. (Bild:Renesas Electronics Corp.)

Ein weiterer wichtiger und aufkommender Trend ist die künstliche Intelligenz (KI), um Maschinenintelligenz mit geringem Stromverbrauch bereitzustellen. Beispiel:Eta Compute Das neueste SoC für maschinelles Lernen, TENSAI, führt Bildklassifizierung, Schlüsselworterkennung und Worterkennung für das Aufwachen für eingebettete Lösungen mit extrem geringem Stromverbrauch durch.

Der TENSAI-Chip enthält die verzögerungsunempfindliche Logik von Eta, die es den Produkten ermöglicht, zuverlässig bei der niedrigsten Versorgungsspannung zu arbeiten, was zu einem sehr geringen Stromverbrauch führt. Die Bildklassifizierungsanwendung verbraucht nur 0,4 mJ pro Bild, was einer 30-fachen Leistungsreduzierung im Vergleich zu Wettbewerbsergebnissen entspricht. Die DIAL-Architektur des Unternehmens kombiniert mit seinen Algorithmen führt maschinelle Lerninferenzen in Hunderten von Mikrowatt durch, um maschinelle Intelligenz an den Netzwerkrand zu liefern.

Zusammenfassung

Es wird erwartet, dass die industrielle Automatisierung erheblich zunehmen wird, da IoT-Lösungen traditionelle Fertigungslösungen ersetzen. Fortschrittliche Robotik und Sensoren; KI und ihre Untergruppen, einschließlich Machine Learning und Deep Learning; Cloud Computing; und Big-Data-Analysen werden die Landschaft der Fertigungsindustrie weiter verändern. Sensoren, die mit Vibrationsenergie oder lichtsammelnden Netzteilen betrieben werden, werden zur Norm.

Die Kapitalkosten der Ressourcen, die für die Einführung von Industrie 4.0 in Fabriken erforderlich sind, werden Einsparpotenziale kurzfristig ausgleichen. Die Systeme, die Kommunikationstechnologien, Aktoren, Sensoren, Prozessoren und mehr ersetzen werden, werden jedoch für eine verbesserte Effizienz auf relevante Daten angewiesen sein, während sie einen Bruchteil der Energie für den Betrieb benötigen und langfristig Kosteneinsparungen erzielen.

>> Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am unser Schwesterstandort Electronic Products:„Energieeffizienz in der Fabrikhalle erreichen.“