省エネ部品は産業エネルギー効率を高めます

過去数年間、産業用モノのインターネット（IIoT）とインダストリー4.0の焦点は、サブシステム、センサーやスイッチなどのコンポーネント、ビッグデータ、および相互接続性に真っ向から依存してきました。ただし、インダストリー4.0の開発が続くにつれ、実際のインダストリー4.0の進歩を定着させるには、エネルギー効率が不可欠になります。

産業施設は主要なエネルギー消費者であり、信頼できる電力の可用性は高度な製造プロセスにとって重要です。産業部門は、世界の持続可能性に大きな影響を与える可能性があります。国際エネルギー機関によると、2016年には、このセクターが世界の電力消費量の41.6％を占めました。

毎秒のカウントとダウンタイムを回避する必要がある市場で、産業用ロボットに関するメンテナンスを強化し、混乱を最小限に抑えるには、電力と電力の管理が必要です。ただし、さらに重要なのは、効率の向上により、大幅なリソース節約の可能性があることです。

エネルギー効率を達成するために、以下を含むがこれらに限定されない複数の方法が利用可能です。

• 再生可能エネルギー源からのエネルギー生成のピークに合わせて生産プロセスをスケジュールします。

• プログラミングによって動作を高速化するだけでなく、動作速度を最適化することで産業用ロボットの効率を向上させ、それによって節約を最大化30％まで。

• 3D印刷を使用して材料の無駄を減らします。

• 予防戦略を使用して、メンテナンスに通常費やされるエネルギーを削減します。

• 可能であれば、リモート機器用のスマートメーターとコントローラーを後付けします。

• すべての人間が置き換えられる「ライトアウト」環境を実装します。これにより、工場のフロアだけでなく、施設内の実際のエネルギーシステムでもエネルギー効率が向上します。

• 低電力コンポーネントを使用します。

1つの方法を選択してそれで十分であると期待するのではなく、結果を生み出すのは、このようなすべてのエネルギー効率の取り組みの組み合わせです。

省エネコンポーネント

大幅な省エネを実現する多くの新製品が市場に登場しています。以下は例です。

Infineon Technologies AGは、バッテリー充電インフラストラクチャ、無停電電源装置、モータードライブ、エネルギー貯蔵などの電力変換スキームにおけるエネルギー効率の高い炭化ケイ素（SiC）ソリューションに対する急成長する需要に対応しています。たとえば、同社はハイブリッドSiCおよびIGBTパワーモジュール EasyPACK 2B にANPCトポロジを使用しています。 1200Vファミリで。

このモジュールは、電力密度の向上と最大48 kHzのスイッチング周波数を特長としており、99％を超えるシステム効率をサポートします。ハイブリッドEasy2Bパワーモジュールは、純粋なシリコンコンポーネントを備えた対応するインバーターよりも大幅に軽量です。炭化ケイ素の損失はシリコンよりも小さいため、放散する熱が少なく、ヒートシンクも収縮する可能性があります。

ハイブリッドEasyPACK2Bモジュールは、電力密度が向上し、最大48kHzのスイッチング周波数を備えています。 （画像：インフィニオンテクノロジーズAG）

STMicroelectronicsは、 STM32WBx5 などの新製品でエネルギー効率に取り組み続けています。 デュアルコアワイヤレスマイクロコントローラー（MCU）と STM32G4 MCU。

超低電力パフォーマンスを提供するSTM32WBx5ワイヤレスMCUには、Bluetooth 5、OpenThread、およびZigBee3.0接続が付属しています。この製品は電力を意識していますが、ワイヤレスプロトコルとリアルタイムのアプリケーション実行を同時に実行でき、リモートセンサー、ウェアラブルトラッカー、ビルディングオートメーションコントローラー、コンピューター周辺機器、ドローン、IoTデバイスに適しています。機能には、13 nAシャットダウンモード、適応型電圧スケーリング、エネルギー効率を最大化し、長期的なパフォーマンスを保証する適応型リアルタイムARTアクセラレータなどの複数の省電力モードが含まれます。統合された無線送信機は、バッテリーのランタイムを最大化するために、高RFパフォーマンスと低消費電力に最適化されています。

STMicroのSTM32WBx5MCUは、Bluetooth 5、OpenThread、およびZigBee3.0接続と組み合わせて超低電力パフォーマンスを提供します。 （画像：STMicroelectronics）

新しいSTM32G4マイクロコントローラーは、高度なデジタル電源アプリケーション、および民生製品と工業製品を対象としており、Coordinate Rotation Digital Computer（CORDIC）を使用してアプリケーションの処理を強化する2つの新しいハードウェア数学アクセラレーターを導入しています。 CORDICは、基本的な数学関数を処理するための計算効率の高いアルゴリズムであり、パフォーマンスとエネルギー効率の向上をサポートします。

MCUは、省エネモーター制御の計算と、信号調整またはデジタル電力制御のフィルタリングを高速化します。アクセラレータは、汎用のメインプロセッサよりも高速かつ効率的に結果を計算し、スマートファクトリおよびスマートエネルギーアプリケーションに対応する幅広い製品のエネルギー効率を向上させます。

STM32G4のアルゴリズムは、高精度の基本的な数学関数と、パフォーマンスとエネルギー効率の向上をサポートするフィルタリング関数を処理します。 （画像：STMicroelectronics）

Microchip Technology Inc.は最近、スマートエンベデッドビジョンを発表しました。 低電力、スモールフォームファクタのマシンビジョン設計のためのFPGA中心のIP、ハードウェア、およびツールを提供するイニシアチブ。同社の子会社であるMicrosemiは、同時に低電力の PolarFire FPGA のファミリーを発表しました。 。 Microsemiは、PolarFire FPGAはSRAMベースのFPGAよりも30％から50％低い電力を提供し、静的電力は5倍から10倍低いと主張しています。これらは、計算量の多いエッジデバイスや、熱および電力に制約のある環境での使用に適しています。

MicrochipのSmartEmbedded Visionは、低電力マシンビジョン用のIP、ハードウェア、およびツールを提供します。 （画像：Microchip Technology Inc。）

ルネサスエレクトロニクスは、産業用イーサネットアプリケーション向けのEtherCATスレーブコントローラを搭載したシングルチップマイクロコントローラを発表しました。 RX72M MCUファミリは、エネルギー効率の高いコンパクトな産業用ロボット、プログラマブルロジックコントローラ（PLC）、リモートI / O、産業用ゲートウェイなどのアプリケーションでロバスト制御および通信機能を必要とする産業用機器に大容量のメモリを提供します。ルネサスは、1MBのSRAMと4MBのフラッシュメモリを備えたEtherCATスレーブコントローラを搭載した最初のRXマイクロコントローラであると主張しています。

RX72Mデバイスでは、以前のデバイスと比較して、回路基板の面積を約50％削減できます。 （画像：ルネサスエレクトロニクス株式会社）

もう1つの重要で新しいトレンドは、低電力のマシンインテリジェンスを提供する人工知能（AI）です。たとえば、 EtaComputeの 最新の機械学習SoCであるTENSAIは、超低電力組み込みソリューション向けに画像分類、キーワードスポッティング、ウェイクアップ単語検出を実行します。

TENSAIチップには、Etaの遅延に影響されないロジックが含まれているため、製品は最低の電源電圧で確実に動作し、消費電力を非常に低く抑えることができます。その画像分類アプリケーションは、画像あたりわずか0.4 mJを消費します。これは、競合する結果と比較して30分の1の電力削減です。同社のDIALアーキテクチャは、アルゴリズムと組み合わせて数百マイクロワットで機械学習推論を実行し、ネットワークエッジに機械知能を提供します。

概要

IoTソリューションが従来の製造ソリューションに取って代わるにつれて、産業用自動化は大幅に成長すると予想されます。高度なロボット工学とセンサー。機械学習とディープラーニングを含むAIとそのサブセット。クラウドコンピューティング;ビッグデータ分析は、製造業の状況を変え続けます。振動エネルギーまたは光収穫電源を動力源とするセンサーが標準になります。

工場でインダストリー4.0を展開するために必要なリソースの資本コストは、短期的には潜在的な節約を相殺します。ただし、通信技術、アクチュエータ、センサー、プロセッサなどに取って代わるシステムは、関連データに依存して効率を向上させると同時に、運用に必要なエネルギーの一部を必要とし、長期的にコストを削減します。

>>この記事はもともと姉妹サイトであるElectronicProducts：「工場フロアでのエネルギー効率の達成」