Componentes de economia de energia aumentam a eficiência energética industrial

Nos últimos anos, o foco da Internet das Coisas (IIoT) industrial e da Indústria 4.0 repousou diretamente em subsistemas, componentes como sensores e switches, big data e interconectividade. À medida que o desenvolvimento da Indústria 4.0 continua, no entanto, a eficiência energética torna-se imperativa para que os avanços reais da Indústria 4.0 se consolidem.

As instalações industriais são grandes consumidoras de energia e a disponibilidade de energia confiável é crítica para processos de fabricação avançados. O setor industrial pode ter um impacto significativo na sustentabilidade global. Em 2016, de acordo com a Agência Internacional de Energia, o setor foi responsável por 41,6% do consumo global de energia elétrica.

Energia e gerenciamento de energia são necessários para melhorar a manutenção e minimizar interrupções no que diz respeito a robôs industriais em um mercado onde cada segundo conta e o tempo de inatividade deve ser evitado. Ainda mais importante, entretanto, as melhorias de eficiência têm potencial para economias substanciais de recursos.

Vários métodos estão disponíveis para atingir a eficiência energética, incluindo, mas não se limitando ao seguinte:

• Programe os processos de produção para acompanhar os picos na geração de energia de fontes renováveis.
  

• Aumente a eficiência dos robôs industriais otimizando a velocidade com que operam, em vez de apenas fazê-los trabalhar mais rápido por meio da programação, aumentando assim a economia em até a 30%.
  

• Use a impressão 3D para reduzir o desperdício de material.
  

• Reduza a energia normalmente gasta na manutenção usando uma estratégia preventiva.
  

• Quando possível, adapte medidores e controladores inteligentes para equipamentos remotos.
  

• Implemente um ambiente “apagado” onde todos os humanos são substituídos. Isso proporciona eficiência energética não apenas no chão de fábrica, mas também nos sistemas de energia reais dentro das instalações.
  

• Use componentes de baixo consumo de energia.
  

É a combinação de todos esses esforços de eficiência energética que produzirá resultados, em vez de apenas escolher um método e esperar que seja suficiente.

Componentes de economia de energia

Muitos novos produtos estão chegando ao mercado que oferecem economia de energia substancial. A seguir estão alguns exemplos.

A Infineon Technologies AG atende à demanda crescente por soluções de carboneto de silício (SiC) com eficiência energética em esquemas de conversão de energia, como infraestrutura de carregamento de bateria, fontes de alimentação ininterrupta, acionamentos de motor e armazenamento de energia. Por exemplo, a empresa está usando a topologia ANPC para seu SiC híbrido e módulo de potência IGBT EasyPACK 2B na família 1200-V.

O módulo apresenta maior densidade de potência e uma frequência de chaveamento de até 48 kHz, suportando a eficiência do sistema de mais de 99%. O módulo de potência híbrido Easy 2B pesa significativamente menos do que um inversor correspondente com componentes puramente de silício. As perdas de carboneto de silício são menores do que as de silício, de modo que há menos calor para dissipar e o dissipador de calor também pode encolher.

O módulo híbrido EasyPACK 2B apresenta maior densidade de potência e uma frequência de chaveamento de até 48 kHz. (Imagem:Infineon Technologies AG)



A STMicroelectronics continua a abordar a eficiência energética com novos produtos, como o STM32WBx5 microcontroladores sem fio dual-core (MCUs) e STM32G4 MCUs.

Oferecendo desempenho de ultra-baixo consumo de energia, os MCUs sem fio STM32WBx5 vêm com conectividade Bluetooth 5, OpenThread e ZigBee 3.0. Embora o produto leve em consideração o consumo de energia, ele é capaz de executar protocolos sem fio simultâneos e execução de aplicativos em tempo real, adequado para sensores remotos, rastreadores vestíveis, controladores de automação predial, periféricos de computador, drones e dispositivos IoT. Os recursos incluem vários modos de economia de energia, como modo de desligamento 13-nA, escala de tensão adaptativa e um acelerador ART adaptável em tempo real que maximiza a eficiência energética e garante desempenho de longa duração. Um transmissor de rádio integrado é otimizado para alto desempenho de RF e baixo consumo de energia para maximizar o tempo de execução da bateria.

Os MCUs STM32WBx5 da STMicro oferecem desempenho de consumo ultrabaixo combinado com conectividade Bluetooth 5, OpenThread e ZigBee 3.0. (Imagem:STMicroelectronics)



Voltados para aplicações de energia digital avançada, bem como produtos de consumo e industriais, os novos microcontroladores STM32G4 apresentam dois novos aceleradores matemáticos de hardware que impulsionam o processamento de aplicações usando Computador Digital de Rotação Coordenada (CORDIC). CORDIC é um algoritmo computacionalmente eficiente para lidar com funções matemáticas elementares e oferece suporte a maior desempenho e eficiência energética.

O MCU acelera cálculos para controles de motor de economia de energia e filtragem para condicionamento de sinal ou controle digital de potência. Os aceleradores calculam os resultados com mais rapidez e eficiência do que o processador principal de uso geral, aumentando a eficiência energética em uma ampla gama de produtos voltados para fábricas inteligentes e aplicações de energia inteligente.

Os algoritmos do STM32G4 lidam com funções matemáticas elementares com alta precisão e funções de filtragem que suportam maior desempenho e eficiência energética. (Imagem:STMicroelectronics)



Microchip Technology Inc. anunciou recentemente um Smart Embedded Vision iniciativa que oferece IP centrado em FPGA, hardware e ferramentas para projetos de visão de máquina de fator de forma pequeno e baixo consumo de energia. A subsidiária da empresa, Microsemi, revelou simultaneamente uma família de PolarFire FPGAs de baixo consumo . Microsemi afirma que PolarFire FPGAs fornecem 30% a 50% menos energia do que FPGAs baseados em SRAM e 5x a 10x menos energia estática. Eles são adequados para uso em dispositivos de ponta de computação intensiva, bem como em ambientes com restrição térmica e de energia.

O Smart Embedded Vision da Microchip oferece IP, hardware e ferramentas para visão de máquina de baixo consumo de energia. (Imagem:Microchip Technology Inc.)



A Renesas Electronics Corp. lançou um microcontrolador de chip único que apresenta um controlador escravo EtherCAT para aplicações Ethernet industriais. O RX72M família de MCUs oferece maiores capacidades de memória para equipamentos industriais que exigem funções robustas de controle e comunicação em aplicações como robôs industriais compactos com eficiência energética, controladores lógicos programáveis ​​(PLCs), E / S remotas e gateways industriais. A Renesas afirma que é o primeiro microcontrolador RX a incluir um controlador escravo EtherCAT que possui 1 MB de SRAM e 4 MB de memória flash.

Os dispositivos RX72M permitem uma redução de cerca de 50% na área da placa de circuito em comparação com dispositivos anteriores. (Imagem:Renesas Electronics Corp.)



Outra tendência importante e emergente é a inteligência artificial (IA) para fornecer inteligência de máquina de baixo consumo de energia. Por exemplo, Eta Compute’s O mais recente SoC de aprendizado de máquina, TENSAI, realiza classificação de imagem, localização de palavras-chave e detecção de palavras de ativação para soluções embarcadas de ultra-baixo consumo de energia.

O chip TENSAI inclui a lógica insensível ao atraso da Eta, que permite que os produtos operem de forma confiável na tensão de alimentação mais baixa, resultando em um consumo de energia muito baixo. Sua aplicação de classificação de imagem consome meros 0,4 mJ por imagem, o que é uma redução de energia de 30x em comparação com resultados competitivos. A arquitetura DIAL da empresa se combina com seus algoritmos para realizar inferência de aprendizado de máquina em centenas de microwatts para fornecer inteligência de máquina à borda da rede.

Resumo

A automação industrial deve crescer substancialmente à medida que as soluções de IoT substituem as soluções de manufatura tradicionais. Robótica e sensores avançados; IA e seus subconjuntos, incluindo aprendizado de máquina e aprendizado profundo; computação em nuvem; e a análise de big data continuará a mudar o cenário da indústria de manufatura. Sensores alimentados por energia de vibração ou fontes de alimentação de coleta de luz se tornarão a norma.

Os custos de capital dos recursos necessários para implantar a Indústria 4.0 nas fábricas compensarão as economias potenciais no curto prazo. No entanto, os sistemas que substituirão as tecnologias de comunicação, atuadores, sensores, processadores e muito mais contarão com dados relevantes para maior eficiência, enquanto requerem uma fração da energia para operar e geram economia de custos a longo prazo.

>> Este artigo foi publicado originalmente em nosso site irmão, Electronic Products:“Alcançando eficiência energética no chão de fábrica.”