在2007年，貝加萊向全球的機(jī)器和設(shè)備制造商提供了超過65000個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器，而且有迅速增加的趨勢。成功的基石來自：集成了節(jié)能解決方案的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。那么誰將從這個(gè)方案中獲益？誰又能持續(xù)從“插座”中獲得動(dòng)力？一份詳盡的效益分析報(bào)告也許能夠提供一些答案。
過去如果有人提到節(jié)能增效，那么他們有可能是指減少成本。如今，富有成本意識(shí)的機(jī)器制造商改變了需求，成為現(xiàn)代化驅(qū)動(dòng)概念的主要推動(dòng)力量。為了在設(shè)計(jì)階段確保廣泛的解決方法，有必要遵循以下特定準(zhǔn)則：
l 節(jié)能增效需要一個(gè)具體概念
l 使用強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制軟件
l 避免過大選擇
l 避免能源損失
l 結(jié)合并利用制動(dòng)能量
l 分析并優(yōu)化應(yīng)用
l 信賴專業(yè)的合作伙伴
節(jié)能增效需要一個(gè)具體概念
如果有一些人會(huì)犯同樣的錯(cuò)誤，那么有很多人也會(huì)面臨同樣的問題。所以，在探討驅(qū)動(dòng)器的選擇、效率或制動(dòng)能量再生之前，讓我們關(guān)注一下最重要的問題：正確的自動(dòng)化概念是否正在實(shí)施？
高效的自動(dòng)化概念是基于多功能的組件，它不會(huì)受限于處理器、內(nèi)存或通信技術(shù)的效率。定性的多任務(wù)處理、極短的響應(yīng)時(shí)間和完整的軟件是節(jié)能驅(qū)動(dòng)概念的基石。
因此，首要的目標(biāo)是淘汰獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)控制器、獨(dú)立的CNC控制器、獨(dú)立的機(jī)器人控制器、獨(dú)立的控制系統(tǒng)、分立的軟件工具和不統(tǒng)一的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。集成的貝加萊自動(dòng)化概念是建立在一些自動(dòng)化組件基礎(chǔ)上的，其能夠滿足關(guān)于模塊化、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和使用效率方面的所有要求。根據(jù)需要可以在本地或遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)中使用功能完善且強(qiáng)大的設(shè)備，驅(qū)動(dòng)控制所需的組件可以分布于整個(gè)想要的自動(dòng)化系統(tǒng)中。Ethernet POWERLINK是實(shí)現(xiàn)微秒范圍內(nèi)精確同步的基礎(chǔ)，任何實(shí)時(shí)通信參與者都能通過它獲得所有電機(jī)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
結(jié)論：
節(jié)能增效離不開現(xiàn)代自動(dòng)化概念。淘汰不需要的組件可以節(jié)約大量花費(fèi)——更不用說節(jié)約額外的能源開支了。
使用強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制軟件
通常為單軸建立高效的驅(qū)動(dòng)并不是問題——但是針對一組軸就會(huì)比較困難。大多數(shù)特定行業(yè)的運(yùn)動(dòng)程序并不是限制在一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元中的，取而代之的是耦合軸運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)品。在這種情況下，帶完整功能塊的運(yùn)動(dòng)控制軟件就成為提高能效的基礎(chǔ)。
這就需要一款軟件，它能夠指引軸之間進(jìn)行運(yùn)動(dòng)能量的優(yōu)化，并且提供不同行業(yè)伺服控制功能塊。貝加萊最終想到了這一解決方法：通用運(yùn)動(dòng)控制（Generic Motion Control）概念，在單一系統(tǒng)中融合了機(jī)器人技術(shù)、CNC技術(shù)、多軸運(yùn)動(dòng)和單軸定位。貝加萊的客戶可以從中獲益：通過運(yùn)用技術(shù)協(xié)同效應(yīng)如集成單個(gè)生產(chǎn)程序來實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效。
結(jié)論：
軟件形成了一個(gè)現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)——有針對性地使用軟件為現(xiàn)代化生產(chǎn)提供了有力的支持，特別是針對節(jié)能的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。
避免過大選擇
選擇過大的驅(qū)動(dòng)器是效率低下的主要來源，這里存在節(jié)約購置成本和能源成本的巨大潛力。針對最新貝加萊用戶的一份調(diào)查顯示，在過去使用的驅(qū)動(dòng)組件中，約20%選擇過大。實(shí)際上，這些選擇過大的電機(jī)運(yùn)行功率遠(yuǎn)低于額定輸出。其結(jié)果就是：能效下降，能源成本上升——花費(fèi)由終端用戶支付而非機(jī)器制造商。
貝加萊致力于為客戶提供優(yōu)化選擇的驅(qū)動(dòng)器。優(yōu)化選擇中最重要的數(shù)據(jù)包括：功率、速度及使用效率的精確分析，運(yùn)動(dòng)條件，機(jī)械耦合，環(huán)境條件，還有與熱條件相關(guān)的廣泛信息?，F(xiàn)有的規(guī)劃工具是軟件包ServoSoft。ServoSoft結(jié)合了電氣和機(jī)械驅(qū)動(dòng)組件設(shè)置，它是整個(gè)貝加萊伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具。
結(jié)論：
對驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行簡單精確的選擇沒有任何問題。避免過大選擇不僅有助于降低驅(qū)動(dòng)單元的購置成本，而且有助于降低能源成本。
避免能源損失
驅(qū)動(dòng)效率隨著時(shí)間的推移不斷提高。然而，能源及與熱生成相關(guān)的損耗依舊是一個(gè)重要問題。如果遵循以下準(zhǔn)則，那么就很容易避免能源損失。
l 有源供電：按實(shí)際需求使用能源
l 電力再生單元：阻止制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱量
l 冷卻技術(shù)：盡量減少散熱
l 電機(jī)技術(shù)：使用高效電機(jī)
有源供電
你如何確保能源有效利用？帶功率因數(shù)校正功能的有源供電模塊確保電路中的純正弦電流消耗。其同樣可以用于非正弦值，并將電流有效值降到最小。在有功功率和視在功率間存在一個(gè)最佳關(guān)系（幾乎為1）。
電動(dòng)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效：由于具有功率因數(shù)校正功能，ACOPOSmulti可以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)φ=1。這意味著在電路中節(jié)能達(dá)50%
當(dāng)傳統(tǒng)帶小功率因數(shù)的逆變器明顯具有較高有效能耗的時(shí)候，貝加萊ACOPOSmulti的有源供電確保了能源的高效使用。成本考慮為：所有系統(tǒng)事實(shí)上在安裝時(shí)都會(huì)有補(bǔ)償措施以降低視在功率。如果逆變器安置于電機(jī)和電源電路間，那么運(yùn)營商只為有功功率買單。有源功率因數(shù)校正并不會(huì)直接降低電力成本。然而，通過以下方面它卻體現(xiàn)了巨大的間接成本優(yōu)勢：有源供電模塊再生能源，熱優(yōu)化，以及修正所有電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、安全保護(hù)裝置、接線截面和變壓器的過大選擇。
電力再生
所有ACOPOSmulti供電模塊都具有電力再生能力，它可以防止制動(dòng)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱量。和傳統(tǒng)設(shè)備不同，制動(dòng)電阻絕不會(huì)產(chǎn)生熱量。集成的電力再生系統(tǒng)以高效環(huán)保的方式避免了制動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)榕潆姽裰械臒崃俊?/span>
冷卻技術(shù)
即使運(yùn)用最現(xiàn)代化的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，配電柜中的熱量標(biāo)度仍是一個(gè)問題：在配電柜和生產(chǎn)車間中使用風(fēng)機(jī)和氣溫控制單元會(huì)產(chǎn)生更高的能源成本和額外的維護(hù)費(fèi)用。冷卻板冷卻法可以稍微減輕這一問題。該方法中使用水或油將散發(fā)的熱量排出配電柜，并完美地進(jìn)入現(xiàn)有的冷卻回路中。這樣就能緩解生產(chǎn)間中的驅(qū)動(dòng)器散熱問題。這樣的安排比傳統(tǒng)的冷卻單元更有效，因此也更節(jié)能。
在冷卻板冷卻法中，使用水或油將散發(fā)的熱量排出配電柜，并完美地進(jìn)入現(xiàn)有的冷卻回路中
電機(jī)技術(shù)
現(xiàn)代化的生產(chǎn)設(shè)備要求電機(jī)緊湊且動(dòng)力十足，它還要有極低的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和最佳的效率。同步伺服電機(jī)在這里就是理想的解決方案，它相比異步電機(jī)顯然更有能效，因?yàn)樗拇艌鍪抢糜谰么盆F建立的。其結(jié)果就是：視在功率更低，熱量損失更低，效率更高，因此也更能提高能源效率。
結(jié)合驅(qū)動(dòng)能量利用制動(dòng)能量
如果你能制動(dòng)，那么你就能勝出：有源供電模塊實(shí)際增加的效率是將制動(dòng)產(chǎn)生的能量送回電源電路中。這里適用兩個(gè)基本條件：
1） 機(jī)器是否使用制動(dòng)？
這個(gè)問題聽起來微不足道，但是連續(xù)工作的電機(jī)不可能利用制動(dòng)能量。在這種情況下，相比無源供電來說，有源供電單元并不能節(jié)約成本——這里能耗是相同的，驅(qū)動(dòng)單元的初始購置成本就成為唯一相關(guān)的因素。
如果機(jī)器部件運(yùn)行啟動(dòng)/停止操作（驅(qū)動(dòng)軸加速然后制動(dòng)），你就能依靠能量再生單元節(jié)省開支。通過再生25%的能量，有源供電相比無源供電額外的價(jià)格支出就能在一年半之后收回。而后節(jié)能仍在繼續(xù)——25%的成本節(jié)約來自再生能源。另一個(gè)優(yōu)勢是：能量再生過程中，制動(dòng)能量并不會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能。
該圖顯示了2002年德國的工業(yè)能耗分布。驅(qū)動(dòng)技術(shù)帶來的潛在節(jié)能是顯而易見的。（圖表來源：ZVEI）
2） 電源損耗有多大？
在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，制動(dòng)再生能量必須大于所有電源損耗，否則就無法節(jié)約能源。ACOPOSmulti系統(tǒng)擁有引領(lǐng)潮流的電源設(shè)計(jì)，將濾波器、扼流圈、電源模塊和24V輔助電源模塊的能耗降到最低，因此它可以為能源再生提高效率提供最佳條件。
生命周期成本實(shí)例：酸奶罐裝機(jī)9kW傳送伺服驅(qū)動(dòng)器
通過有源電力再生，冷卻板冷卻，功率因數(shù)為1，可以潛在節(jié)省27900歐元（全生命周期的43%）。（計(jì)算：貝加萊）
分析并優(yōu)化應(yīng)用
有多少機(jī)器制造商會(huì)在原型機(jī)設(shè)計(jì)制造完之后投入時(shí)間和精力來驗(yàn)證驅(qū)動(dòng)單元的過大選擇？又有多少系統(tǒng)運(yùn)營商會(huì)去分析有功功率、視在功率或電源干路的質(zhì)量？在這里，投入時(shí)間和精力獲取必要的分析數(shù)據(jù)很重要。
結(jié)論：
如果沒有時(shí)間和精力，那么就需要正確的軟件工具來幫忙。
在貝加萊Automation Studio中，高級控制單元可以得到所有驅(qū)動(dòng)軸的當(dāng)前和歷史功率數(shù)據(jù)用于診斷——優(yōu)化驅(qū)動(dòng)，并最大化地提高效率。集成于Automation Studio中的Power Meter是一款用于全面分析電源電路的工具，它可以對有功功率、無功功率和視在功率進(jìn)行高質(zhì)量的測量。
信賴專業(yè)的合作伙伴
通常機(jī)器供應(yīng)商為客戶安裝機(jī)器的成本較低，僅能滿足當(dāng)前需求。然而，如果能源成本在機(jī)器購買三年后開始超過其初始成本時(shí)，整個(gè)生命周期成本就變得不利于客戶。此外，如果系統(tǒng)運(yùn)營商指定機(jī)器制造商必須使用某些分包商，那么就會(huì)變得極其令人不快：分包商如果提供的是效率低下的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和概念，那么機(jī)器制造商就無法真正獲得對其它供應(yīng)商的選擇權(quán)。
結(jié)論：
如果機(jī)器供應(yīng)商被證明是節(jié)能增效方面的專家，那么通常他也將成為后續(xù)商業(yè)活動(dòng)中很好的合作伙伴。比如，如果兩年后一個(gè)有源供電單元在生產(chǎn)中明顯體現(xiàn)其附加值，那么它很輕易就能被銷售給終端用戶。
信賴并依靠優(yōu)秀的驅(qū)動(dòng)方案供應(yīng)商很重要，他們會(huì)建議客戶優(yōu)化設(shè)備選擇，并通過創(chuàng)新產(chǎn)品和自動(dòng)化方案來實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效。貝加萊的銷售和應(yīng)用工程師可以為驅(qū)動(dòng)技術(shù)提供最優(yōu)的設(shè)置和出色的工程設(shè)計(jì)。此外，貝加萊的客戶顧問也可以就節(jié)能增效方面給予系統(tǒng)運(yùn)營商和生產(chǎn)企業(yè)全面的咨詢。
作者介紹：
Ralf Henkel先生自從2000年一月份以來一直受雇于位于巴特洪堡的貝加萊德國分公司。在2000年至2006年期間，他擔(dān)任應(yīng)用工程師一職，從事項(xiàng)目包括包裝機(jī)械、擠出機(jī)械和印刷設(shè)備。2006年至今，他一直擔(dān)任貝加萊的技術(shù)銷售工程師。
