Los componentes que ahorran energía mejoran la eficiencia energética industrial

Durante los últimos años, el enfoque de la Internet industrial de las cosas (IIoT) y la Industria 4.0 se ha centrado directamente en los subsistemas, componentes como sensores e interruptores, big data e interconectividad. Sin embargo, a medida que continúa el desarrollo de la Industria 4.0, la eficiencia energética se vuelve imperativa para que los avances reales de la Industria 4.0 se afiancen.

Las instalaciones industriales son grandes consumidores de energía y la disponibilidad de energía confiable es fundamental para los procesos de fabricación avanzados. El sector industrial puede tener un impacto significativo en la sostenibilidad global. En 2016, según la Agencia Internacional de Energía, el sector representó el 41,6% del consumo mundial de electricidad.

La energía y la administración de energía son necesarias para mejorar el mantenimiento y minimizar las interrupciones con respecto a los robots industriales en un mercado donde cada segundo cuenta y el tiempo de inactividad debe evitarse. Sin embargo, lo que es aún más importante, las mejoras en la eficiencia tienen el potencial de ahorros sustanciales de recursos.

Hay varios métodos disponibles para lograr la eficiencia energética, incluidos, entre otros, los siguientes:

• Programe los procesos de producción para realizar un seguimiento de los picos en la generación de energía a partir de fuentes renovables.

• Aumente la eficiencia de los robots industriales optimizando la velocidad a la que operan en lugar de simplemente hacer que funcionen más rápido a través de la programación, lo que aumenta los ahorros en hasta al 30%.

• Utilice la impresión 3D para reducir el desperdicio de material.

• Reduzca la energía que normalmente se gasta en mantenimiento mediante el uso de una estrategia preventiva.

• Cuando sea posible, actualice los medidores y controladores inteligentes para equipos remotos.

• Implemente un entorno de "luces apagadas" donde todos los humanos sean reemplazados. Esto ofrece eficiencia energética no solo desde la planta de la fábrica, sino también en los sistemas de energía reales dentro de la instalación.

• Utilice componentes de bajo consumo.

Es la combinación de todos estos esfuerzos de eficiencia energética lo que producirá resultados, en lugar de simplemente elegir un método y esperar que sea suficiente.

Componentes de ahorro de energía

Están llegando al mercado muchos productos nuevos que ofrecen importantes ahorros de energía. Los siguientes son ejemplos.

Infineon Technologies AG aborda la creciente demanda de soluciones de carburo de silicio (SiC) energéticamente eficientes en esquemas de conversión de energía, como infraestructura de carga de baterías, fuentes de alimentación ininterrumpidas, accionamientos de motores y almacenamiento de energía. Por ejemplo, la empresa está utilizando la topología ANPC para su módulo de potencia híbrido SiC e IGBT EasyPACK 2B en la familia 1200-V.

El módulo presenta una mayor densidad de potencia y una frecuencia de conmutación de hasta 48 kHz, lo que respalda la eficiencia del sistema de más del 99%. El módulo de potencia híbrido Easy 2B pesa significativamente menos que un inversor correspondiente con componentes puramente de silicio. Las pérdidas de carburo de silicio son menores que las del silicio, por lo que hay menos calor para disipar y el disipador de calor también puede encogerse.

El módulo híbrido EasyPACK 2B presenta una mayor densidad de potencia y una frecuencia de conmutación de hasta 48 kHz. (Imagen:Infineon Technologies AG)

STMicroelectronics continúa abordando la eficiencia energética con nuevos productos como su STM32WBx5 microcontroladores inalámbricos de doble núcleo (MCU) y STM32G4 MCU.

Las MCU inalámbricas STM32WBx5, que brindan un rendimiento de consumo ultra bajo, vienen con conectividad Bluetooth 5, OpenThread y ZigBee 3.0. Aunque el producto es consciente de la energía, es capaz de ejecutar un protocolo inalámbrico simultáneo y una ejecución de aplicaciones en tiempo real, adecuado para sensores remotos, rastreadores portátiles, controladores de automatización de edificios, periféricos de computadora, drones y dispositivos de IoT. Las características incluyen múltiples modos de ahorro de energía, como el modo de apagado 13-nA, escalado de voltaje adaptativo y un acelerador ART adaptativo en tiempo real que maximiza la eficiencia energética y garantiza un rendimiento duradero. Un transmisor de radio integrado está optimizado para un alto rendimiento de RF y bajo consumo de energía para maximizar el tiempo de ejecución de la batería.

Las MCU STM32WBx5 de STMicro ofrecen un rendimiento de consumo ultra bajo combinado con conectividad Bluetooth 5, OpenThread y ZigBee 3.0. (Imagen:STMicroelectronics)

Dirigidos a aplicaciones avanzadas de energía digital, así como a productos de consumo e industriales, los nuevos microcontroladores STM32G4 introducen dos nuevos aceleradores matemáticos de hardware que impulsan el procesamiento de aplicaciones utilizando la computadora digital de rotación coordinada (CORDIC). CORDIC es un algoritmo computacionalmente eficiente para manejar funciones matemáticas elementales y admite un mayor rendimiento y eficiencia energética.

El MCU acelera los cálculos para los controles de motor que ahorran energía y el filtrado para el acondicionamiento de señales o el control de potencia digital. Los aceleradores calculan los resultados de forma más rápida y eficiente que el procesador principal de uso general, lo que aumenta la eficiencia energética en una amplia gama de productos que abordan aplicaciones de energía inteligente y fábricas inteligentes.

Los algoritmos del STM32G4 manejan funciones matemáticas elementales con alta precisión y funciones de filtrado que respaldan un mayor rendimiento y eficiencia energética. (Imagen:STMicroelectronics)

Microchip Technology Inc. anunció recientemente un Smart Embedded Vision iniciativa que ofrece IP, hardware y herramientas centrados en FPGA para diseños de visión artificial de factor de forma pequeño y bajo consumo. La subsidiaria de la compañía, Microsemi, presentó simultáneamente una familia de FPGA PolarFire de bajo consumo. . Microsemi afirma que los FPGA PolarFire proporcionan entre un 30% y un 50% menos de energía que los FPGA basados ​​en SRAM y una potencia estática de 5 a 10 veces menor. Son adecuados para su uso en dispositivos periféricos de procesamiento intensivo, así como en entornos con restricciones térmicas y de energía.

Smart Embedded Vision de Microchip ofrece IP, hardware y herramientas para visión artificial de bajo consumo. (Imagen:Microchip Technology Inc.)

Renesas Electronics Corp. ha introducido un microcontrolador de un solo chip que cuenta con un controlador esclavo EtherCAT para aplicaciones Ethernet industriales. El RX72M La familia de MCU ofrece mayores capacidades de memoria para equipos industriales que exigen funciones de comunicación y control robustas en aplicaciones como robots industriales compactos de bajo consumo, controladores lógicos programables (PLC), E / S remotas y puertas de enlace industriales. Renesas afirma que es el primer microcontrolador RX que incluye un controlador esclavo EtherCAT que cuenta con 1 MB de SRAM y 4 MB de memoria flash.

Los dispositivos RX72M permiten una reducción del 50% en el área de la placa de circuito en comparación con los dispositivos anteriores. (Imagen:Renesas Electronics Corp.)

Otra tendencia importante y emergente es la inteligencia artificial (IA) para ofrecer inteligencia artificial de baja potencia. Por ejemplo, Eta Compute's El último SoC de aprendizaje automático, TENSAI, realiza clasificación de imágenes, detección de palabras clave y detección de palabras de activación para soluciones integradas de muy bajo consumo.

El chip TENSAI incluye la lógica insensible al retardo de Eta, que permite que los productos funcionen de manera confiable con el voltaje de suministro más bajo, lo que resulta en un consumo de energía muy bajo. Su aplicación de clasificación de imágenes consume solo 0,4 mJ por imagen, lo que representa una reducción de energía de 30 veces en comparación con los resultados de la competencia. La arquitectura DIAL de la empresa se combina con sus algoritmos para realizar inferencias de aprendizaje automático en cientos de microvatios para brindar inteligencia de máquina al borde de la red.

Resumen

Se espera que la automatización industrial crezca sustancialmente a medida que las soluciones de IoT reemplacen las soluciones de fabricación tradicionales. Robótica y sensores avanzados; IA y sus subconjuntos, incluido el aprendizaje automático y el aprendizaje profundo; computación en la nube; y el análisis de macrodatos continuará cambiando el panorama de la industria manufacturera. Los sensores que funcionan con energía de vibración o fuentes de alimentación que recolectan luz se convertirán en la norma.

Los costos de capital de los recursos necesarios para implementar la Industria 4.0 en las fábricas compensarán los ahorros potenciales a corto plazo. Sin embargo, los sistemas que reemplazarán las tecnologías de comunicación, actuadores, sensores, procesadores y más dependerán de datos relevantes para mejorar la eficiencia, mientras que requieren una fracción de la energía para operar y generar ahorros de costos a largo plazo.

>> Este artículo se publicó originalmente el nuestro sitio hermano, Productos electrónicos:"Lograr la eficiencia energética en la fábrica".