에너지 절약 부품으로 산업 에너지 효율성 향상

지난 몇 년 동안 산업용 사물 인터넷(IIoT) 및 인더스트리 4.0의 초점은 하위 시스템, 센서 및 스위치와 같은 구성 요소, 빅 데이터 및 상호 연결에 전적으로 달려 있었습니다. 그러나 인더스트리 4.0 개발이 계속됨에 따라 진정한 인더스트리 4.0의 발전이 자리를 잡기 위해서는 에너지 효율성이 필수적입니다.

산업 시설은 주요 에너지 소비자이며 신뢰할 수 있는 전력의 가용성은 고급 제조 공정에 매우 중요합니다. 산업 부문은 글로벌 지속 가능성에 중대한 영향을 미칠 수 있습니다. 국제 에너지 기구(International Energy Agency)에 따르면 2016년에 이 부문은 전 세계 전력 소비의 41.6%를 차지했습니다.

전력 및 전력 관리는 1초가 중요하고 가동 중지 시간을 피해야 하는 시장에서 산업용 로봇과 관련하여 유지 관리를 강화하고 중단을 최소화하는 데 필요합니다. 그러나 훨씬 더 중요한 것은 효율성 향상으로 상당한 리소스 절약 가능성이 있습니다.

에너지 효율성을 달성하기 위해 다음을 포함하되 이에 국한되지 않는 여러 방법을 사용할 수 있습니다.

• 재생 가능한 에너지원의 최대 에너지 생성을 추적하기 위해 생산 프로세스를 예약합니다.

• 프로그래밍을 통해 작업 속도를 높이는 것이 아니라 작동 속도를 최적화하여 산업용 로봇의 효율성을 높이고 비용 절감 효과를 최대로 높입니다. 30%까지.

• 3D 프린팅을 사용하여 재료 낭비를 줄입니다.

• 예방 전략을 사용하여 일반적으로 유지 관리에 소비되는 에너지를 줄입니다.

• 가능하면 원격 장비용 스마트 미터와 컨트롤러를 개조하십시오.

• 모든 사람이 교체되는 "소등" 환경을 구현합니다. 이는 공장 현장뿐만 아니라 시설 내의 실제 에너지 시스템에서도 에너지 효율성을 제공합니다.

• 저전력 구성 요소를 사용합니다.

한 가지 방법을 선택하고 충분할 것으로 기대하는 것이 아니라 결과를 낳는 것은 이러한 모든 에너지 효율성 노력의 조합입니다.

에너지 절약 부품

상당한 에너지 절감 효과를 제공하는 많은 신제품이 출시되고 있습니다. 다음은 예시입니다.

Infineon Technologies AG는 배터리 충전 인프라, 무정전 전원 공급 장치, 모터 드라이브 및 에너지 저장 장치와 같은 전력 변환 체계에서 에너지 효율적인 탄화규소(SiC) 솔루션에 대한 빠르게 증가하는 수요를 해결합니다. 예를 들어 이 회사는 하이브리드 SiC 및 IGBT 전원 모듈 EasyPACK 2B에 ANPC 토폴로지를 사용하고 있습니다. 1200-V 제품군에서.

이 모듈은 향상된 전력 밀도와 최대 48kHz의 스위칭 주파수를 제공하여 99% 이상의 시스템 효율성을 지원합니다. 하이브리드 Easy 2B 전원 모듈은 순수 실리콘 부품으로 구성된 해당 인버터보다 훨씬 가볍습니다. 탄화규소 손실은 실리콘보다 작기 때문에 발산할 열이 적고 방열판도 수축할 수 있습니다.

하이브리드 EasyPACK 2B 모듈은 증가된 전력 밀도와 최대 48kHz의 스위칭 주파수가 특징입니다. (이미지:Infineon Technologies AG)

STMicroelectronics는 STM32WBx5와 같은 신제품으로 에너지 효율성을 지속적으로 해결합니다. 듀얼 코어 무선 마이크로컨트롤러(MCU) 및 STM32G4 MCU.

초저전력 성능을 제공하는 STM32WBx5 무선 MCU는 Bluetooth 5, OpenThread 및 ZigBee 3.0 연결과 함께 제공됩니다. 이 제품은 전력을 의식하지만 원격 센서, 웨어러블 추적기, 빌딩 자동화 컨트롤러, 컴퓨터 주변기기, 드론 및 IoT 장치에 적합한 동시 무선 프로토콜 및 실시간 애플리케이션 실행이 가능합니다. 기능에는 13nA 셧다운 모드, 적응형 전압 스케일링, 에너지 효율성을 극대화하고 오래 지속되는 성능을 보장하는 적응형 실시간 ART 가속기와 같은 다중 절전 모드가 포함됩니다. 통합 라디오 송신기는 높은 RF 성능과 낮은 전력 소비에 최적화되어 배터리 사용 시간을 최대화합니다.

STMicro의 STM32WBx5 MCU는 Bluetooth 5, OpenThread 및 ZigBee 3.0 연결과 결합된 초저전력 성능을 제공합니다. (이미지:STMicroelectronics)

소비자 및 산업용 제품뿐만 아니라 고급 디지털 전력 애플리케이션을 대상으로 하는 새로운 STM32G4 마이크로컨트롤러는 CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)를 사용하여 애플리케이션 처리를 향상시키는 2개의 새로운 하드웨어 수학 가속기를 도입했습니다. CORDIC은 기초 수학 함수를 처리하기 위한 계산 효율적인 알고리즘이며 향상된 성능과 에너지 효율성을 지원합니다.

MCU는 에너지 절약형 모터 제어를 위한 계산 속도와 신호 조절 또는 디지털 전력 제어를 위한 필터링을 가속화합니다. 가속기는 범용 메인 프로세서보다 더 빠르고 효율적으로 결과를 계산하여 스마트 공장 및 스마트 에너지 애플리케이션을 다루는 다양한 제품에서 에너지 효율성을 높입니다.

STM32G4의 알고리즘은 향상된 성능과 에너지 효율성을 지원하는 필터링 기능과 정확도가 높은 기본 수학 기능을 처리합니다. (이미지:STMicroelectronics)

Microchip Technology Inc.는 최근 스마트 임베디드 비전을 발표했습니다. 저전력, 소형 폼 팩터 머신 비전 설계를 위한 FPGA 중심 IP, 하드웨어 및 도구를 제공하는 이니셔티브. 회사의 자회사인 Microsemi는 저전력 PolarFire FPGA 제품군을 동시에 공개했습니다. . Microsemi는 PolarFire FPGA가 SRAM 기반 FPGA보다 30~50% 더 낮은 전력을 제공하고 5~10배 더 낮은 정적 전력을 제공한다고 주장합니다. 컴퓨팅 집약적 에지 장치는 물론 열 및 전력이 제한된 환경에서 사용하기에 적합합니다.

Microchip의 Smart Embedded Vision은 저전력 머신 비전을 위한 IP, 하드웨어 및 도구를 제공합니다. (이미지:Microchip Technology Inc.)

Renesas Electronics Corp.은 산업용 이더넷 애플리케이션을 위한 EtherCAT 슬레이브 컨트롤러를 특징으로 하는 단일 칩 마이크로컨트롤러를 출시했습니다. RX72M MCU 제품군은 에너지 효율적인 소형 산업용 로봇, 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC), 원격 I/O 및 산업용 게이트웨이와 같은 애플리케이션에서 강력한 제어 및 통신 기능을 요구하는 산업용 장비에 더 큰 메모리 용량을 제공합니다. Renesas는 1MB의 SRAM과 4MB의 플래시 메모리를 특징으로 하는 EtherCAT 슬레이브 컨트롤러를 포함하는 최초의 RX 마이크로컨트롤러라고 주장합니다.

RX72M 장치는 이전 장치에 비해 회로 기판 면적을 약 50% 줄일 수 있습니다. (이미지:Renesas Electronics Corp.)

또 다른 중요하고 떠오르는 트렌드는 저전력 기계 지능을 제공하는 인공 지능(AI)입니다. 예를 들어, Eta Compute의 최신 기계 학습 SoC인 TENSAI는 초저전력 임베디드 솔루션을 위한 이미지 분류, 키워드 발견 및 깨우기 단어 감지를 수행합니다.

TENSAI 칩에는 Eta의 지연에 둔감한 로직이 포함되어 있어 제품이 가장 낮은 공급 전압에서 안정적으로 작동하여 전력 소비가 매우 낮습니다. 이미지 분류 애플리케이션은 사진당 단 0.4mJ를 소비하며 이는 경쟁 제품에 비해 30배의 전력 감소입니다. 회사의 DIAL 아키텍처는 알고리즘과 결합하여 수백 마이크로와트의 기계 학습 추론을 수행하여 네트워크 에지에 기계 지능을 제공합니다.

요약

IoT 솔루션이 기존 제조 솔루션을 대체함에 따라 산업 자동화가 크게 성장할 것으로 예상됩니다. 고급 로봇 및 센서; 머신 러닝 및 딥 러닝을 포함한 AI 및 그 하위 집합 클라우드 컴퓨팅; 빅 데이터 분석은 계속해서 제조 산업의 지형을 변화시킬 것입니다. 진동 에너지 또는 빛 수확 전원 공급 장치로 구동되는 센서가 표준이 될 것입니다.

공장에서 인더스트리 4.0을 구현하는 데 필요한 자원의 자본 비용은 가까운 시일 내에 잠재적인 절감액을 상쇄할 것입니다. 그러나 통신 기술, 액추에이터, 센서, 프로세서 등을 대체할 시스템은 관련 데이터에 의존하여 효율성을 개선하는 동시에 운영에 필요한 에너지의 일부만 필요로 하고 장기적으로 비용을 절감할 수 있습니다.

>> 이 기사는 원래 다음 날짜에 게시되었습니다. 자매 사이트인 Electronic Products:"공장 현장에서 에너지 효율성 달성"