工業(yè)自動(dòng)化是德國(guó)啟動(dòng)工業(yè)4.0的重要前提之一，主要是在機(jī)械制造和電氣工程領(lǐng)域。目前在德國(guó)和國(guó)際制造業(yè)中廣泛采用的“嵌入式系統(tǒng)”，正是將機(jī)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(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)顯示，這種“嵌入式系統(tǒng)”每年獲得的市場(chǎng)效益高達(dá)200億歐元，而這個(gè)數(shù)字到2020年將提升至400億歐元。工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展速度讓每個(gè)人都感到驚訝。一些新技術(shù)，例如，更先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)器、基于現(xiàn)場(chǎng)總線的氣動(dòng)裝置和壓電致動(dòng)閥門等，正在推動(dòng)行業(yè)快速發(fā)展。那么工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)會(huì)如何？主要在哪些零部件上改觀效果最快呢？

驅(qū)動(dòng)器的發(fā)展趨勢(shì)

驅(qū)動(dòng)器方面我們可以看到一個(gè)明顯的趨勢(shì)：驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行的任務(wù)比過(guò)去更加復(fù)雜。但是從某些方面來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)本身卻變得更簡(jiǎn)單易用。許多驅(qū)動(dòng)器供應(yīng)公司一般都會(huì)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(dòng)器，通常用于某些類型的連續(xù)過(guò)程。

軟件控制增加且變得更容易

一些變速驅(qū)動(dòng)器為泵、風(fēng)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(guò)去更容易配置。新的向?qū)Чδ苤鸩揭龑?dǎo)用戶完成過(guò)程自動(dòng)化配置和設(shè)置。向?qū)г试S用戶使用接口設(shè)備或存儲(chǔ)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(tái)驅(qū)動(dòng)器。

此外，位置控制伺服驅(qū)動(dòng)器的自動(dòng)整定和電機(jī)識(shí)別等功能也取得進(jìn)一步發(fā)展。當(dāng)用戶將電機(jī)連接到驅(qū)動(dòng)器時(shí)，會(huì)觸發(fā)一個(gè)小程序，將適用于驅(qū)動(dòng)器的90%的應(yīng)用參數(shù)復(fù)制到新系統(tǒng)之中。

擴(kuò)展總線連接

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

更經(jīng)濟(jì)的解決方案

不僅如此，相比之下，越來(lái)越多的節(jié)能技術(shù)也更具性價(jià)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(huì)浪費(fèi)的電能(例如，當(dāng)機(jī)器上的一臺(tái)電機(jī)被拉升到超過(guò)其設(shè)定值的速度時(shí)或是減速時(shí))以適當(dāng)?shù)恼译娏骱蛦挝还β室驍?shù)送回到電網(wǎng)。過(guò)去，大多數(shù)工程師認(rèn)為支持能源回收的驅(qū)動(dòng)器過(guò)于昂貴。但是，隨著能源成本的上升，現(xiàn)在這些系統(tǒng)被認(rèn)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(jī)和起重機(jī)等在內(nèi)的設(shè)備。

多用途、可編程數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器

伺服驅(qū)動(dòng)器也在發(fā)生變化。以前，驅(qū)動(dòng)器通過(guò)集中式控制器或連接的數(shù)字控制器，使用模擬信號(hào)進(jìn)行控制。這些單元再經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換。現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)器大多數(shù)都是全數(shù)字式的，這意味著反饋信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，控制信號(hào)也是數(shù)字的，驅(qū)動(dòng)器可以配備數(shù)字信號(hào)處理器。因此，用戶可以將驅(qū)動(dòng)器配置為“啞式驅(qū)動(dòng)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(dòng)器的位置和速度。舊式驅(qū)動(dòng)器需要大量的附加硬件，相比之下，現(xiàn)在的驅(qū)動(dòng)器更容易進(jìn)行配置，可以通過(guò)一個(gè)程序包執(zhí)行多個(gè)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(dòng)器，它們有極大的改進(jìn)。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(wú)傳感器矢量控制永磁伺服電機(jī)和更傳統(tǒng)的鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。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(dòng)態(tài)響應(yīng)，相比于必須產(chǎn)生兩個(gè)場(chǎng)的電機(jī)，永磁電機(jī)的停止和啟動(dòng)速度更快。這種布局具有低成本和高性能特點(diǎn)，適合低功耗應(yīng)用。

更強(qiáng)勁的冷卻

驅(qū)動(dòng)器冷卻方法也在不斷變化和發(fā)展。通常，大多數(shù)驅(qū)動(dòng)器采用空氣冷卻方法。但是近年來(lái)，在高功率應(yīng)用中，開始采用制冷劑冷卻方法來(lái)帶走IGBT產(chǎn)生的熱量。這種冷卻方法可以讓驅(qū)動(dòng)器在較小的空間內(nèi)提供更大的功率，同時(shí)降低IGBT熱循環(huán)。例如派克開發(fā)過(guò)并且獲得專利的高級(jí)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(dòng)器之中。