1 能耗是一個(gè)積分運(yùn)算

　　在工業(yè)生產(chǎn)中，能源消耗是一個(gè)時(shí)間的積分，它在每一個(gè)周期中的能耗都顯得微不足道，但是，它在時(shí)間上的積分往往是巨大的。對(duì)于重資產(chǎn)、連續(xù)生產(chǎn)的高能耗場(chǎng)景尤其如此，細(xì)微處的節(jié)省，都是利潤(rùn)，1%對(duì)于大型企業(yè)來(lái)說(shuō)，甚至都意味著千萬(wàn)級(jí)的能源節(jié)省。

圖 1 節(jié)能的三個(gè)主要途徑

　　如圖1所示，節(jié)能主要有三個(gè)方向，首先，工藝節(jié)能就是在產(chǎn)品制造中，選擇更為有效的工藝控制模型與方法，以達(dá)到低的能耗，其次是設(shè)備節(jié)能，采用更節(jié)能的變頻技術(shù)、伺服傳動(dòng)以獲得高能效，第三種則是基于PDCA循環(huán)的管理節(jié)能，貝加萊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有非常多的精彩之處，能夠?yàn)槠髽I(yè)提供高能源效率，讓我們?yōu)槟?xì)細(xì)道來(lái)。

　　2 設(shè)計(jì)——長(zhǎng)遠(yuǎn)能耗考量

　　節(jié)能首先在于規(guī)劃，在機(jī)器設(shè)計(jì)階段就要考慮這個(gè)問(wèn)題，工程師不僅要完成機(jī)器的功能設(shè)計(jì)，同樣也要評(píng)估能源效率，因?yàn)檫@是您的機(jī)器競(jìng)爭(zhēng)力的一部分，這同樣需要科學(xué)方法與工具支撐，電機(jī)選型就是一個(gè)環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)上，很多機(jī)器制造商習(xí)慣于“銘牌”選型，即，參考他方的電機(jī)參數(shù)來(lái)選型，殊不知，這些電機(jī)本身就是被放了余量，又往往被保守的設(shè)計(jì)思想繼續(xù)放余量，這就使得電機(jī)功率往往選的較大，而電機(jī)就其生命周期而言，采購(gòu)成本通常只占很少的比例(不超過(guò)5%)，它的成本主要是在能耗環(huán)節(jié)，因此，選擇一個(gè)好的電機(jī)，既滿足動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求，又能夠滿足節(jié)能的要求。

　　在Automation Studio中有內(nèi)嵌的ServoSoft它能夠針對(duì)不同的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景(連續(xù)與往復(fù)運(yùn)動(dòng)、各種傳動(dòng)鏈下的運(yùn)動(dòng))的選型，當(dāng)然，如果我們需要更為精準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)性能下選型，可以采用MapleSim對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模仿真，以獲得最佳的電機(jī)匹配，這樣的電機(jī)精準(zhǔn)滿足動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求，又不會(huì)產(chǎn)生功率浪費(fèi)，如圖2所示。

　　例：貝加萊在全電動(dòng)注塑機(jī)的開合模機(jī)構(gòu)傳動(dòng)設(shè)計(jì)中， 采用了MapleSim進(jìn)行了其傳動(dòng)鏈的建模與仿真，并獲得最有效的滿足動(dòng)態(tài)性能的傳動(dòng)設(shè)計(jì)，通過(guò)這一設(shè)計(jì)方法，可以最為精準(zhǔn)的選擇伺服電機(jī)，因?yàn)?，在這種設(shè)計(jì)中能夠獲得最為精準(zhǔn)的電機(jī)，避免過(guò)大的功率消耗。

　　3 算法精妙——同樣節(jié)能

　　對(duì)于很多需要加熱的場(chǎng)景例如吹瓶、注塑的溫區(qū)控制，如果能夠獲得最有效的溫度控制性能，那么，就可以避免過(guò)與不及，貝加萊的溫度控制具有非常好的控制特性：

　　? 嚴(yán)格的斜坡跟蹤能力：確保在設(shè)備的不同加熱階段， 能夠嚴(yán)格遵循加熱工藝曲線來(lái)實(shí)現(xiàn)加熱，這就能確保最優(yōu)的品質(zhì)同時(shí)，又獲得能源節(jié)省;

　　? 參數(shù)自適應(yīng)(如圖3所示)。

圖 2 例 : 注塑機(jī)合模機(jī)構(gòu)選型

圖 3 精準(zhǔn)溫控降低能耗

圖 4 ACOPOSmulti 共直流母線驅(qū)動(dòng)技術(shù)

圖 5 mappEnergy 的模塊關(guān)系

　　4 設(shè)備節(jié)能

　　貝加萊的ACOPOSmulti伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，采用了共直流母線技術(shù)(Common DC-Bus)，簡(jiǎn)單的理解就是一個(gè)電機(jī)它在運(yùn)行時(shí)處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，而當(dāng)它處于制動(dòng)時(shí)，則處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，ACOPOSmulti伺服系統(tǒng)可以將這些制動(dòng)產(chǎn)生的能源通過(guò)匯流二極管回到再生線圈，并產(chǎn)生電流供應(yīng)到直流母線排上，這些電流通過(guò)DC-AC轉(zhuǎn)換又可以供應(yīng)給其它處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的軸，對(duì)于那些經(jīng)常出現(xiàn)大功率、往復(fù)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)景，這種驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以為機(jī)器提供節(jié)能，如圖4所示為ACOPOSmulti伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的路徑，它特別適合于多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。

　　當(dāng)然，這一節(jié)能措施不僅可以節(jié)能，在很多設(shè)備中， 它也是掉電停車的保障，在貝加萊的光伏晶片多線切割系統(tǒng)中，即采用了ACOPOSmulti這樣的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，一天的運(yùn)行中，相較于其它機(jī)器，可以節(jié)省超過(guò)50度電的消耗。同樣，它也被廣泛應(yīng)用于輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)、多軸向經(jīng)編機(jī)、飲料灌裝系統(tǒng)中。

圖 6 APROL EnMon 針對(duì)工廠的能源管理架構(gòu)

圖 7 APROL EnMon 中的能源監(jiān)測(cè)畫面

　　5 單機(jī)能源監(jiān)控

　　對(duì)于工廠來(lái)說(shuō)，小批量、多品種是比較顯著的特征，因此，成本精準(zhǔn)合算就需要更小的數(shù)據(jù)粒度。即，能源精準(zhǔn)計(jì)量、能源的綜合分析都是用以提升生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)效率的重要因素，除了mappControl、mappOEE、mappTweet等mapp 模塊，貝加萊的mappEnergy則為單機(jī)在軟件上提供了能源計(jì)量的手段。圖5中是mappEnergy和mappMotion中的軸進(jìn)行連接，并可以提供給UI接口來(lái)做能源數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)。

圖 8 APROL EnMon 中的能源趨勢(shì)分析

　　mapp的能源模塊賦予了機(jī)器本身的精確能源計(jì)量，也能夠通過(guò)OPC UA被管理系統(tǒng)訪問(wèn)，它體現(xiàn)了貝加萊在機(jī)器的每個(gè)細(xì)節(jié)的雕琢，以用戶為中心的功能設(shè)計(jì)。

　　6 工廠級(jí)管理節(jié)能

　　對(duì)于工廠級(jí)的節(jié)能而言，其設(shè)計(jì)思想基于PDCA循環(huán)，即通過(guò)不斷的能源監(jiān)測(cè)，并不斷去獲得持續(xù)改善，因此，首先要解決的是能源監(jiān)測(cè)問(wèn)題，以獲得管理視角的能源優(yōu)化。工廠的能源管理包括電力系統(tǒng)如變壓器，以及動(dòng)力消耗如空氣壓縮機(jī)、冷水/熱泵機(jī)組、加熱裝置等，都是能源大戶，通過(guò)分布在現(xiàn)場(chǎng)的總線儀表，能源消耗被采集、計(jì)算，并通過(guò)能源分析(如比對(duì)分析、精準(zhǔn)計(jì)量)來(lái)為工廠經(jīng)理提供決策支持。如圖6所示為貝加萊APROL EnMon所提供的能源管理架構(gòu)，其中EnMon提供了能源分析以及計(jì)算，能源電子儀表盤呈現(xiàn)、能源計(jì)量報(bào)表，以及遠(yuǎn)程的Web發(fā)布等功能。

　　圖7與圖8可以看到在APROL的能源管理中針對(duì)數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)，以及能源狀態(tài)的趨勢(shì)分析，當(dāng)然，它也可以提供直觀的數(shù)據(jù)報(bào)表。

圖 9 X20AP 能源監(jiān)測(cè)模塊

　　在現(xiàn)場(chǎng)，貝加萊的AP模塊提供對(duì)電力的數(shù)據(jù)采集，如圖9所示，但是，它也同時(shí)包括了對(duì)電力信號(hào)的處理，并提供給管理系統(tǒng)。

　　它能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：

　　? 無(wú)功功率補(bǔ)償,正常>0.90

　　? 補(bǔ)償值與負(fù)載的均衡

　　? 測(cè)有功/無(wú)功/視在/相序/相位及累積值

　　? 諧波分析(X20AP-31次諧波測(cè)量)

　　? 三相不均衡,電壓不平衡度<2%

　　? 中線電流值

　　不僅包括電力信號(hào)，對(duì)于液體與氣體流量的計(jì)量與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，本身也遵循ISO5167孔板、文丘里噴嘴、文丘里管的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)APROL EnMon可以將來(lái)自于手動(dòng)表格、總線數(shù)據(jù)采集、直接I/O采集的數(shù)據(jù)經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的能源消耗，并提供給決策支持，以實(shí)現(xiàn)全局的能源優(yōu)化，其實(shí)現(xiàn)方式可以是錯(cuò)峰、甩負(fù)荷、I/O遠(yuǎn)程控制等多種方式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行調(diào)度和配置。

　　綜上所述，貝加萊在節(jié)能領(lǐng)域所涵蓋的解決方案從機(jī)器設(shè)計(jì)到工藝、設(shè)備的節(jié)能、軟件中的能源分析，以及針對(duì)管理節(jié)能的APROL EnMon平臺(tái)，幾乎覆蓋了能源消耗的每個(gè)環(huán)節(jié)。