工業4.0(Industry4.0)是德國政府《高技術戰略2020》確定的項目之一,該項目旨在通過利用信息通訊技術和網絡技術,將制造業向智能化轉型,工業4.0已上升為德國的國家戰略。“工業4.0”分為兩大主題,一是“智能工廠”,重點研究智能化生產系統及過程,以及網絡化分布式生產設施的實現,意味著設備之間可以相互溝通,并能在智能聯網的生產流程中獨立運作;二是“智能生產”,主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用等。
IHS公司高級分析師周萬木指出,德國提出工業4.0,美國提出先進制造業國家戰略計劃,我國也在推進傳統制造業的轉型與升級,在這樣的大背景下,傳統的電機和電機控制行業也正在發生變化,對電機控制芯片也提出了新的需求。分析師周萬木認為主要的趨勢包括以下三個方面:
分布式電機控制系統與集成的電機控制產品趨勢
單獨的機械設備中電機的軸數正變得更多,多軸控制越來越多的應用在包裝機械、電子組裝機械、食品飲料機械,機械手和印刷機械中。為了滿足小批量,定制化和柔性化的加工需求,客戶需要靈活的調整電機控制的軸數,要求電機控制系統更加開放,可以重復編程。
另外,現代工廠的生產線正變得越來越復雜,比如汽車制造,包裝,食品飲料,倉儲物流等產線正在使用成百上千個變頻器、伺服和電機來控制物料流動,這些產線對分布式電機控制系統需求量比較大。以前的電機控制系統會有個中央電氣控制柜安裝電機驅動器,而分布式電機控制系統可提供一套緊湊的模塊化解決方案,有助于簡化接線、縮短調試時間和降低對額外機柜空間的需求,更少的線纜連接也可以減少干擾,提高生產線的可靠性,無需使用電氣控制柜使得電機可以快速連接到工業以太網。
電機控制系統的分布式同時意味著電機控制產品的集成化,比如電機和電機驅動的集成,電機控制器和PLC的集成,電機控制器和驅動的集成。電機,電機驅動及其控制系統的高度集成化,使得三者的設計,制造和運行都緊密融為一體,與傳統電力傳動系統相比,它們體積更小,重量更輕,功率密度更高。IHS公司高級分析師周萬木提到,集成的概念不僅僅停留在電機,電機驅動和電機控制器,還包括整個電機系統的集成。西門子公司正在推廣IDS(IntegratedDriveSystem)集成驅動系統包括兩個層面,第一個層面是橫向集成,包括電機控制器,電機驅動,電機和減速機的集成;第二個層面是縱向集成,是將電機系統納入到整個工業控制系統,也叫TIA(TotallyIntegratedAutomationPortal)。
電機控制的集成化趨勢使客戶對電機控制MCU,FPGA和DSP性能的要求越來越高,同時要求半導體芯片廠商也能提供集成的解決方案,在單顆芯片中集成更多的功能,I/O,驅動,控制算法以及工業以太網模塊等。
智能化、網絡化和遠程控制趨勢
整個電機控制系統的智能化、網絡化和遠程控制將是大勢所趨。電機控制系統不但是轉換和傳送能量的裝置,也是傳遞和交換信息的通道,未來的工業電機系統不僅僅是一個執行機構,同時也會是整個工廠系統的一個有機組成部分和能源使用監控點。IHS公司高級分析師周萬木舉例說,比如西門子,ABB生產的一些電機,可以自動的采集和記錄電機內的電壓,電流,溫升,振動等狀態變化,并通過以太網將數據實時的送到控制中心,以供對電機的運行狀態進行檢測和故障診斷,使操作員無論身在何處均可訪問參數、狀態和診斷信息,并可進行參數設置。