工业自动化趋势之驱动器的进化

 工业自动化是德国启动工业4.0的重要前提之一，主要是在机械制造和电气工程领域。目前在德国和国际制造业中广泛采用的“嵌入式系统”，正是将机械或电气部件完全嵌入到受控器件内部，是一种特定应用设计的专用计算机系统。数据显示，这种“嵌入式系统”每年获得的市场效益高达200亿欧元，而这个数字到2020年将提升至400亿欧元。工业自动化的发展速度让每个人都感到惊讶。一些新技术，例如，更先进的驱动器、基于现场总线的气动装置和压电致动阀门等，正在推动行业快速发展。那么工业自动化的发展趋势会如何？主要在哪些零部件上改观效果最快呢？

 
　　驱动器的发展趋势
 
　　驱动器方面我们可以看到一个明显的趋势：驱动器执行的任务比过去更加复杂。但是从某些方面来说，系统本身却变得更简单易用。许多驱动器供应公司一般都会提供用于控制速度的低电压(最高约700伏特)交流和直流变速驱动器，通常用于某些类型的连续过程。

 
　　软件控制增加且变得更容易
 
　　一些变速驱动器为泵、风扇和一般性应用提供更高水平的控制，但是设备本身比过去更容易配置。新的向导功能逐步引导用户完成过程自动化配置和设置。向导允许用户使用接口设备或存储卡，执行“克隆”，将相同的设置和配置快速转移到另一台驱动器。
 
　　此外，位置控制伺服驱动器的自动整定和电机识别等功能也取得进一步发展。当用户将电机连接到驱动器时，会触发一个小程序，将适用于驱动器的90%的应用参数复制到新系统之中。
 
　　扩展总线连接
 
　　目前，许多驱动器会连到各种主流工业现场总线网络，但是，交流变频器正在越来越多地转向以太网平台。以太网平台通常使用多种不同的工业现场总线，包括Ethernet、EtherCAT、Sercos、Powerlink和Profinet。高端变速驱动器还可以集成专用协议，例如用于楼宇自动化的BACnet和用于设备网络的LonWorks。
 
　　更经济的解决方案
 
　　不仅如此，相比之下，越来越多的节能技术也更具性价比。例如，AC30等交流变频器可以配备有源前端(AFE)电源。AFE电源允许配置公共总线系统，将原本会浪费的电能(例如，当机器上的一台电机被拉升到超过其设定值的速度时或是减速时)以适当的正弦电流和单位功率因数送回到电网。过去，大多数工程师认为支持能源回收的驱动器过于昂贵。但是，随着能源成本的上升，现在这些系统被认为具有高成本效益。高效益设备可以用于包括装载船舶的矿山起重机和起重机等在内的设备。
 
　　多用途、可编程数字伺服驱动器
 
　　伺服驱动器也在发生变化。以前，驱动器通过集中式控制器或连接的数字控制器，使用模拟信号进行控制。这些单元再经过数模转换。现代驱动器大多数都是全数字式的，这意味着反馈信号是数字信号，控制信号也是数字的，驱动器可以配备数字信号处理器。因此，用户可以将驱动器配置为“哑式驱动器”，它们从集中控制位置获取命令，提供数字化握手信息，例如驱动器的位置和速度。旧式驱动器需要大量的附加硬件，相比之下，现在的驱动器更容易进行配置，可以通过一个程序包执行多个任务。
 
　　开环矢量控制系统具备更高的精度
 
　　开环矢量控制系统也正在发生变革。相比于旧的“V/F”驱动器，它们有极大的改进。开环矢量系统提供比V/F系统更好的精度和速度控制，以及更好的转矩特性。目前的交流变频器可以使用无传感器矢量控制永磁伺服电机和更传统的鼠笼式感应电动机。此系统尺寸更小，但是可以提供更高的扭矩和功率。另外，这种技术具有更快的动态响应，相比于必须产生两个场的电机，永磁电机的停止和启动速度更快。这种布局具有低成本和高性能特点，适合低功耗应用。
 
　　更强劲的冷却
 
　　驱动器冷却方法也在不断变化和发展。通常，大多数驱动器采用空气冷却方法。但是近年来，在高功率应用中，开始采用制冷剂冷却方法来带走IGBT产生的热量。这种冷却方法可以让驱动器在较小的空间内提供更大的功率，同时降低IGBT热循环。例如派克开发过并且获得专利的高级两相冷却系统，这种系统可以集成到具有极高功率密度的高功率驱动器之中。