機(jī)電執(zhí)行器需要智能集成驅(qū)動(dòng)器解決方案以增強(qiáng)邊緣智能

引言

在尋求增強(qiáng)邊緣智能的過程中，機(jī)電執(zhí)行器等物理邊緣設(shè)備需要更多智能，才能獲得更好的機(jī)器實(shí)時(shí)決策等優(yōu)勢(shì)。這些執(zhí)行器提供智能、有價(jià)值和豐富的傳感器式反饋。此類邊緣設(shè)備是工業(yè)4.0及更高階段的關(guān)鍵。它們控制機(jī)器人，操縱工廠流程并使之自動(dòng)化，將數(shù)字信息轉(zhuǎn)化為物理運(yùn)動(dòng)，同時(shí)提供高水平的智能和自我意識(shí)1。當(dāng)執(zhí)行器操縱物體時(shí)，傳感器則用于測(cè)量和量化實(shí)際參數(shù)，并將物理值轉(zhuǎn)換回?cái)?shù)字值。因此，執(zhí)行器和傳感器在大多數(shù)時(shí)候仍被認(rèn)為是不同的設(shè)備或部件。

步進(jìn)電機(jī)和電磁閥占據(jù)了這些機(jī)電執(zhí)行器的很大一部分，在每個(gè)工廠車間、各種汽車應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化等場(chǎng)合都可以看到。在實(shí)驗(yàn)室和醫(yī)療應(yīng)用、工業(yè)應(yīng)用以及汽車應(yīng)用的推動(dòng)下，全球的步進(jìn)電機(jī)和電磁閥市場(chǎng)已達(dá)數(shù)十億美元，且在不斷增長(zhǎng)。這些應(yīng)用對(duì)執(zhí)行器和驅(qū)動(dòng)器電子設(shè)備的自動(dòng)化和小型化要求越來越高。傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器解決方案不能適應(yīng)這些新的要求，并且缺乏檢測(cè)能力。

全新的硅cDriver?解決方案由智能控制器和驅(qū)動(dòng)器組成，它將傳感器和執(zhí)行器功能融合到單個(gè)集成元件中，以便用在嵌入式運(yùn)動(dòng)控制解決方案內(nèi)部，從而實(shí)現(xiàn)邊緣智能執(zhí)行器2,3。對(duì)于只能在機(jī)電執(zhí)行器中直接獲得的系統(tǒng)參數(shù)和狀態(tài)變量，可以就地進(jìn)行測(cè)量和評(píng)估（如溫度、電磁閥反應(yīng)時(shí)間和電機(jī)負(fù)載值）。

傳感器功能與執(zhí)行器的這種融合改變了機(jī)電執(zhí)行器的范式。它們從簡(jiǎn)單的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)發(fā)展成自我意識(shí)傳感器，可以有效地控制執(zhí)行器，并向更高的控制層級(jí)、云或AI生產(chǎn)力解決方案提供原位反饋數(shù)據(jù)。機(jī)電單元成為了傳感器。

機(jī)電執(zhí)行器——概述

步進(jìn)電機(jī)和電磁閥廣泛應(yīng)用于汽車、工業(yè)和醫(yī)療健康領(lǐng)域。兩者有很多相似之處：銅線圈通電引起機(jī)械運(yùn)動(dòng)。

兩相步進(jìn)電機(jī)通常由兩個(gè)電流源控制，這兩個(gè)電流源在步進(jìn)電機(jī)的兩相中感應(yīng)產(chǎn)生90°相移的正弦和余弦形狀的電流。流過步進(jìn)電機(jī)線圈（定子）的電流決定磁場(chǎng)的方向。轉(zhuǎn)子像指南針一樣在定子線圈的磁場(chǎng)中定向。以電氣方式控制磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子就能通過在磁場(chǎng)中的定向來旋轉(zhuǎn)。圖1顯示了標(biāo)準(zhǔn)混合步進(jìn)電機(jī)的定子/轉(zhuǎn)子布置和一些不同類型步進(jìn)電機(jī)的示例。

圖1 具有50個(gè)磁極對(duì)的混合步進(jìn)電機(jī)（左）和不同類型的步進(jìn)電機(jī)（右）

電磁閥可與步進(jìn)電機(jī)相比擬。線圈通電引起機(jī)械運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)部件不是旋轉(zhuǎn)磁體，而是金屬柱塞，產(chǎn)生線性運(yùn)動(dòng)。從控制角度看，電磁閥有兩種類型：開關(guān)閥和比例閥。開關(guān)電磁閥用于實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)或液壓閥的開/關(guān)功能。當(dāng)線圈通電時(shí)，磁場(chǎng)產(chǎn)生，金屬柱塞沿磁場(chǎng)方向移動(dòng)。為使柱塞移動(dòng)，初始電流（沖擊電流）相當(dāng)高，但只需要較小的電流即可將柱塞保持在適當(dāng)位置（保持電流）。當(dāng)線圈斷電時(shí)，磁場(chǎng)消失，柱塞可以在外力（彈簧、重力）的作用下自由回退。圖2顯示了驅(qū)動(dòng)開關(guān)閥時(shí)的典型電流曲線。電流上升階段（通電時(shí)間）的小幅下降是由柱塞運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)(BEMF)引起的。當(dāng)激勵(lì)時(shí)間結(jié)束時(shí)，電流可以降低到保持水平，以根據(jù)需要將柱塞保持在適當(dāng)位置。比例閥可以通過控制能量流和調(diào)節(jié)電磁閥電流將柱塞保持在任何位置。比例閥通常在閉環(huán)控制系統(tǒng)中用于控制特定的系統(tǒng)變量，例如壓力、空氣或流體流量。

圖2 開關(guān)閥的電流波形

為什么需要采用新方法來控制機(jī)電執(zhí)行器？

當(dāng)今市場(chǎng)上的驅(qū)動(dòng)器IC解決方案并不是為電磁閥驅(qū)動(dòng)應(yīng)用和高效經(jīng)濟(jì)的實(shí)施方案而量身定制的。它們?nèi)狈η度胧綍r(shí)序控制器、特定于應(yīng)用的功能、診斷功能和保護(hù)功能。每當(dāng)需要高級(jí)控制特性（驅(qū)動(dòng)器時(shí)序控制器、擾動(dòng)、快速消磁、電流測(cè)量）或高級(jí)診斷功能（柱塞運(yùn)動(dòng)檢測(cè)4、開/關(guān)狀態(tài)檢測(cè)、電感測(cè)量、負(fù)載開路檢測(cè)）時(shí)，系統(tǒng)復(fù)雜性就會(huì)顯著增加，因?yàn)樾枰捎妙~外的外部變通方法和電路5,6,7,8。設(shè)計(jì)人員需要分別設(shè)計(jì)每個(gè)模塊（數(shù)字控制器、電流檢測(cè)、信號(hào)調(diào)理、功率級(jí)、保護(hù)）并將其相互連接。設(shè)計(jì)人員仍然必須面對(duì)一些問題，包括電路板空間的占用、漫長(zhǎng)的設(shè)計(jì)時(shí)間、應(yīng)用可靠性、長(zhǎng)長(zhǎng)的物料清單(BOM)和缺乏靈活性。

下面介紹一些全球趨勢(shì)，這些趨勢(shì)導(dǎo)致人們對(duì)機(jī)電執(zhí)行器的嵌入式控制和驅(qū)動(dòng)器解決方案提出了額外要求和需求。

微型執(zhí)行器的演變

持續(xù)的小型化使機(jī)電執(zhí)行器成為醫(yī)療設(shè)備、化學(xué)工業(yè)、實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化、半導(dǎo)體制造、食品和飲料行業(yè)以及工業(yè)和汽車應(yīng)用中具有成本和空間效益的部件。小型化閥門和歧管以及混合解決方案（步進(jìn)電機(jī)+電磁閥）的示例如圖3所示。直徑尺寸小到只有幾毫米。雖然微型執(zhí)行器的優(yōu)勢(shì)有望推動(dòng)增長(zhǎng)，但這些市場(chǎng)提出了更多要求，例如：更長(zhǎng)的有效壽命、耐用性和可靠性、小尺寸嵌入式控制器和驅(qū)動(dòng)器解決方案（由于空間限制）以及簡(jiǎn)化的操作和控制。

圖3 微型電磁閥、歧管和混合歧管示例

（圖片來源：經(jīng)Lee Hydraulische Miniaturkomponenten GmbH/The Lee Company許可）

增強(qiáng)型診斷

機(jī)電執(zhí)行器在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中容易退化，并可能出現(xiàn)其他故障情況，包括電氣方面（線圈問題、殘余線圈功率、過熱、絕緣故障）和機(jī)械方面（閥門部分關(guān)閉或開啟、手動(dòng)超控、壓力差、灰塵聚集、閥門機(jī)械損壞、油脂干燥）。這些挑戰(zhàn)會(huì)影響執(zhí)行器及其所在系統(tǒng)的性能、壽命和工作可用性。因此，數(shù)字化需求非常迫切：關(guān)于本地系統(tǒng)參數(shù)的詳細(xì)和高質(zhì)量的診斷反饋，用于監(jiān)測(cè)執(zhí)行器及其控制電子設(shè)備的健康狀態(tài)，以便在本地機(jī)器層面更好地進(jìn)行決策，對(duì)變化做出反應(yīng)，并將預(yù)處理的診斷信息或原始數(shù)據(jù)從邊緣傳遞到更高的控制層級(jí)。除了簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)器錯(cuò)誤標(biāo)志之外，還需要反饋和診斷！

能源效率

如今，碳足跡扮演著重要角色。能源效率受到全球環(huán)境政策、成本和應(yīng)用限制的推動(dòng)。能源是全球極寶貴的資源之一，其成本持續(xù)增長(zhǎng)。因此，我們需要有效控制并盡可能降低執(zhí)行器的功耗。另一個(gè)積極的副作用是，當(dāng)功耗得到有效控制時(shí)，電磁閥或步進(jìn)電機(jī)在應(yīng)用中可保持較低溫度。這將會(huì)簡(jiǎn)化系統(tǒng)散熱工作，并可能使其可用于對(duì)溫度有嚴(yán)格要求的特定應(yīng)用，例如敏感的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。

上市時(shí)間

在系統(tǒng)復(fù)雜性增加的同時(shí)，開發(fā)時(shí)間需要縮短。高度集成、經(jīng)過驗(yàn)證且隨時(shí)可用的構(gòu)建模塊和子系統(tǒng)有助于降低或隱藏整體復(fù)雜性，降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，從而將上市周期保持在合理水平9。系統(tǒng)設(shè)計(jì)越來越多地由通信接口和以軟件為中心的觀點(diǎn)主導(dǎo)。因此，有源系統(tǒng)器件和構(gòu)建模塊的選擇將以其通信和控制接口的靈活性和能力為依據(jù)。

總擁有成本

與產(chǎn)品整個(gè)生命周期相關(guān)的總成本通常被理解為總擁有成本(TCO)。這不僅涵蓋開發(fā)成本或其他非經(jīng)常性工程成本，還包括所有直接和間接類型的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用：能源成本（能效）、維護(hù)成本、工作可用性和供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)。能源成本可以直接衡量，而維護(hù)成本可以提前估算。在產(chǎn)品壽命很長(zhǎng)的細(xì)分市場(chǎng)中，例如在工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用中，需要考慮并將盡可能降低總擁有成本。

cDriver中傳感器-執(zhí)行器融合的影響

參考所討論的不同全球趨勢(shì)，我們需要將類似傳感器的能力集成到機(jī)電執(zhí)行器的cDriver中。多芯片和單芯片的芯片級(jí)解決方案不斷出現(xiàn)，它們不僅包含模擬驅(qū)動(dòng)器部分，還將由增強(qiáng)的數(shù)字功能、檢測(cè)能力和決策以及通信接口來主導(dǎo)和定義。這種傳感器-執(zhí)行器融合滿足了許多需求，并為基于電磁閥和步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用帶來了廣泛的優(yōu)勢(shì)。

微型執(zhí)行器的演變：緊湊型嵌入式硬件解決方案

對(duì)于微型閥門、歧管和多軸步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用，使用高度集成和嵌入式硬件解決方案來驅(qū)動(dòng)和控制它們很有利。如果控制器和驅(qū)動(dòng)器電子設(shè)備可以同樣小巧緊湊，那么整個(gè)執(zhí)行器子系統(tǒng)將能為空間受限的應(yīng)用帶來尺寸縮小的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

單電磁閥、歧管或多軸步進(jìn)系統(tǒng)的典型嵌入式硬件解決方案由一個(gè)用于通信的總線接口、一個(gè)用于應(yīng)用控制的微控制器單元(MCU)以及一個(gè)或多個(gè)控制器/驅(qū)動(dòng)器單元組成，如圖4所示。

圖4 典型電磁閥或步進(jìn)電機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)器解決方案/簡(jiǎn)圖

通信接口和MCU取決于應(yīng)用和整體系統(tǒng)架構(gòu)，通常每個(gè)單元只需要一次。相反，歧管/多軸系統(tǒng)可能多次需要執(zhí)行器控制器/驅(qū)動(dòng)器級(jí)，這就提供了極大的優(yōu)化潛力。電磁閥的典型驅(qū)動(dòng)器方案也提供擴(kuò)展特性，但BOM較大，并且需要很大的空間來放置所有器件5,6,7,8。

將這些擴(kuò)展的控制和檢測(cè)功能完全集成到單個(gè)器件中，所需的電路板空間便可充分減小。例如，采用集成電流檢測(cè)的解決方案消除了較大的外部檢測(cè)電阻和額外的分流放大器。低RDS(ON)集成驅(qū)動(dòng)器級(jí)可實(shí)現(xiàn)出色效率并降低熱損耗，這對(duì)所需的散熱面積或在關(guān)鍵應(yīng)用環(huán)境中也有積極影響。

圖5顯示了典型的歧管示例?？臻g的節(jié)省和BOM的減少有助于實(shí)現(xiàn)超緊湊的解決方案，并節(jié)約這些應(yīng)用內(nèi)部的元器件、PCB和外殼材料的成本。

圖5 歧管示例

（圖片來源：經(jīng)Lee Hydraulische Miniaturkomponenten GmbH/The Lee Company許可）

像電磁閥一樣，步進(jìn)電機(jī)解決方案同樣由驅(qū)動(dòng)器部分主導(dǎo)。高度集成的步進(jìn)cDriver可極大地節(jié)省空間，同時(shí)提供出色的控制。除了診斷和反饋功能外，它們還配備了集成運(yùn)動(dòng)控制器和電源級(jí)10,11，以及完全集成的電流檢測(cè)功能12,13。

瑞士Hombrechtikon Systems Engineering AG的首席電子工程師Reto Himmler證實(shí)：“我們使用ADI公司Trinamic?步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)超過十年，它們具有行業(yè)出色的特性。TMC524013正是我們期待已久的器件！更高的電機(jī)電流、小尺寸和集成的電流檢測(cè)功能有助于節(jié)省實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化設(shè)備中寶貴的電路板空間。低RDS(ON)帶來的低損耗為機(jī)械設(shè)計(jì)提供了更大的自由度。8點(diǎn)斜坡很不錯(cuò)，盡管現(xiàn)有產(chǎn)品的6點(diǎn)斜坡就已經(jīng)非常適合我們的應(yīng)用?！?/p>

增強(qiáng)型診斷：為預(yù)測(cè)性維護(hù)和自我意識(shí)鋪平道路

智能cDriver可在本地提供類似傳感器的數(shù)據(jù)。但是，使用這組豐富的信息能做些什么呢？

智能cDriver解決方案提供的參數(shù)包括：驅(qū)動(dòng)器溫度、線圈電阻和溫度信息、線圈電感估計(jì)值、電源電壓、實(shí)際線圈電流和BEMF信息。通過智能集成算法和函數(shù)可以推導(dǎo)出系統(tǒng)和應(yīng)用條件以及其他系統(tǒng)參數(shù)，例如：電磁閥的反應(yīng)和行程時(shí)間、局部電流驟降、負(fù)載開路檢測(cè)、過流和短路檢測(cè)、部件閉合和柱塞運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、柱塞位移測(cè)量及實(shí)時(shí)電流監(jiān)測(cè)。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，還可以讀出基于StallGuard?的實(shí)際負(fù)載信息和CoolStep?電流降低水平14,15。對(duì)于許多應(yīng)用，StallGuard負(fù)載值是非常有價(jià)值的信息，因?yàn)殚L(zhǎng)期漂移可能表明應(yīng)用中機(jī)械和齒輪的性能降級(jí)或機(jī)械端位止動(dòng)裝置有缺陷。StallGuard值與電機(jī)軸上的負(fù)載情況直接相關(guān)，并且可以在應(yīng)用中隨著時(shí)間變化，具體取決于電機(jī)加速度或外力。利用StallGuard值甚至可以提前檢測(cè)實(shí)際電機(jī)是否要失速，此信息隨后可用于應(yīng)用中的無傳感器端位止動(dòng)裝置檢測(cè)或校準(zhǔn)。

本地檢測(cè)能力和診斷以及這種原位反饋的獲取，在三個(gè)不同層面上為預(yù)測(cè)性維護(hù)和自我意識(shí)鋪平了道路，如圖6所示：

■   本地，cDriver部件內(nèi)部

■   應(yīng)用層面上，嵌入式子系統(tǒng)的本地MCU中

■   更高層面上，如工廠車間、工廠控制或云

圖6 傳感器和診斷數(shù)據(jù)的可用性和流程

得益于本地監(jiān)測(cè)和自診斷功能，可以直接在控制器和驅(qū)動(dòng)器電子設(shè)備內(nèi)部做出更好的實(shí)時(shí)決策。這些功能包括：可配置的熱保護(hù)限值，可配置的短路檢測(cè)，故障情況下的驅(qū)動(dòng)器保護(hù)，沖擊電流到保持電流的自動(dòng)切換，以及即時(shí)故障報(bào)告，例如當(dāng)電磁閥的柱塞卡住時(shí)。

使用本地MCU在應(yīng)用上下文中解譯類似傳感器的數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的功能。通過cDriver的串行接口可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。診斷信息和參數(shù)可作為連續(xù)反饋流從執(zhí)行器和cDriver獲得。這有助于實(shí)現(xiàn)更具體的狀態(tài)監(jiān)控、長(zhǎng)期故障識(shí)別，甚至模式檢測(cè)。反應(yīng)和行程時(shí)間測(cè)量、局部驟降搜索、柱塞位移和負(fù)載值：這些參數(shù)隨時(shí)間的漂移是執(zhí)行器老化的征兆，表明在其使用壽命期間需要預(yù)防性維護(hù)。傳感器數(shù)據(jù)可以聚合。除了檢測(cè)簡(jiǎn)單故障之外，還可以對(duì)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并將其轉(zhuǎn)換為正確的格式，然后通過通信總線接口（如IO-Link?、CANopen，甚至工業(yè)以太網(wǎng)的衍生接口）傳送到更高控制層。

在更高控制層上，數(shù)據(jù)來自分散的各個(gè)執(zhí)行器、歧管或多軸系統(tǒng)。另一種可能性是，工廠車間的信息孤島集中起來并提供額外的選項(xiàng)，以便改善控制，監(jiān)控系統(tǒng)健康狀況，簡(jiǎn)化維護(hù)，或者將其與元數(shù)據(jù)一起放入上下文中。例如，知道歧管的反應(yīng)和行程時(shí)間有助于同步多個(gè)閥門，或改善不同電磁閥和其他執(zhí)行器的編排，以實(shí)現(xiàn)更好的交互和吞吐量。有缺陷的執(zhí)行器得以識(shí)別和定位。

能源效率：出色的控制質(zhì)量

測(cè)量電磁閥反應(yīng)和行程時(shí)間以及檢測(cè)電流局部驟降的功能可對(duì)功耗產(chǎn)生積極影響。目標(biāo)電流和擺率等控制參數(shù)得以調(diào)整，從而優(yōu)化反應(yīng)和行程時(shí)間。此外，從沖擊電流到保持電流的自動(dòng)切換可以發(fā)生在最佳時(shí)間點(diǎn)，而不是等待某個(gè)靜態(tài)的預(yù)配置命中時(shí)間窗口。不必要的能量不會(huì)泵入電磁閥線圈，可以節(jié)省下來，而這又能進(jìn)一步提高電磁閥單元的效率。在雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥（閂鎖閥）的情況下尤其如此，因?yàn)楸３譅顟B(tài)通過機(jī)械方式（彈簧）加以保證，使得保持電流為零，總功耗的來源只有激勵(lì)沖擊電流。

在步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用中，在StallGuard負(fù)載值的基礎(chǔ)上使用ADI Trinamic CoolStep解決方案也可以節(jié)省大量能源14,15。CoolStep由此提供一種無傳感器動(dòng)態(tài)電流水平控制，其將電機(jī)軸上的實(shí)際負(fù)載考慮在內(nèi)。當(dāng)軸上的負(fù)載很低時(shí)，不需要用滿標(biāo)稱目標(biāo)電流來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。目標(biāo)電流可以調(diào)整到所需的最小值。當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，目標(biāo)電流以同樣的方式進(jìn)行調(diào)整，以提供更大的電機(jī)轉(zhuǎn)矩。甚至峰值負(fù)載也可以捕獲，目標(biāo)電流可以暫時(shí)提升到標(biāo)稱電流以上而不會(huì)損壞電機(jī)。它將以最小電流驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，使電機(jī)的能耗降低高達(dá)90%。

這種能效的提高還使得散熱更少且熱應(yīng)力更小，從而延長(zhǎng)了電磁閥16或步進(jìn)電機(jī)的壽命，并提高了其可靠性和功能可用性。將執(zhí)行器保持在較低溫度為更廣泛的應(yīng)用和用例提供了可能。例如，在實(shí)驗(yàn)室、化學(xué)或醫(yī)療領(lǐng)域，需要適當(dāng)控制溫度，避免其達(dá)到臨界限值。

上市時(shí)間：簡(jiǎn)化控制/易于使用

cDriver部件采用以接口為中心的架構(gòu)。接口的雙向特性支持采集cDriver內(nèi)部提供的傳感器數(shù)據(jù)和參數(shù)，并根據(jù)應(yīng)用對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行配置和調(diào)整。cDriver部件本身就是子系統(tǒng)，為電磁閥和步進(jìn)電機(jī)控制提供隨時(shí)可用且支持廣泛配置的高端構(gòu)建模塊。軟件開發(fā)（針對(duì)電磁閥或步進(jìn)電機(jī)部分）被大幅壓縮——基本上完全不需要。開發(fā)者無需成為電磁閥或步進(jìn)電機(jī)控制方面的專家，而是可以將重點(diǎn)放在其自己的專用功能和通信方面。這種以通信為中心、聚焦于接口的思維方式催生了“軟件定義硬件”，不僅對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)或軟件工程師有利，而且縮短了上市時(shí)間，有效地降低了設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

總擁有成本

本文討論的智能和高度集成的cDriver部件有助于降低總擁有成本。三個(gè)不同層面上的成本有望得到節(jié)?。耗茉闯杀?、維護(hù)成本和因緩解風(fēng)險(xiǎn)而產(chǎn)生的計(jì)劃外費(fèi)用。

提高能效和降低功耗的功能直接影響到運(yùn)營(yíng)費(fèi)用——節(jié)能就是節(jié)約成本。

基于大量診斷數(shù)據(jù)和傳感器式反饋的預(yù)測(cè)性維護(hù)措施有助于降低計(jì)劃外維護(hù)成本，并普遍地簡(jiǎn)化維護(hù)流程，因?yàn)楣收宵c(diǎn)可以輕松定位。來自執(zhí)行器子系統(tǒng)的連續(xù)反饋流有助于監(jiān)控系統(tǒng)狀況并提高工作可用性，這反過來又能防止因生產(chǎn)停機(jī)時(shí)間而產(chǎn)生的額外成本。

cDriver部件高度集成的另一個(gè)重要影響是BOM大幅減少，同樣不可低估，如上述示例所示。但是，這不單是BOM成本的降低。貿(mào)易戰(zhàn)或其他全球事件導(dǎo)致的全球供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)、晶圓廠產(chǎn)能以及半導(dǎo)體和電子元器件短缺，損害了及時(shí)制造和交付產(chǎn)品的能力，甚至造成了根本無法制造和交付的境地。這不僅僅是一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，更是一個(gè)事實(shí)。BOM元器件數(shù)量的減少有助于消除依賴性，并防止控制器和驅(qū)動(dòng)器電子設(shè)備的計(jì)劃外重新設(shè)計(jì)以及隨后的重新認(rèn)證工作。

結(jié)語

憑借傳感器和執(zhí)行器的融合，新的cDriver部件實(shí)現(xiàn)了邊緣智能機(jī)電執(zhí)行器。cDriver部件不僅僅能切換電磁閥或轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，還提供廣泛的診斷功能，因此其本身就是一種傳感器。它利用預(yù)處理數(shù)據(jù)在本地做出決策，并提供安全和監(jiān)控功能。這種智能檢測(cè)執(zhí)行器解決了機(jī)械挑戰(zhàn)，隱藏了復(fù)雜性，封裝了復(fù)雜功能，為更高控制層提供了豐富的信息以供進(jìn)一步處理，并且降低了成本和功耗，可為未來的信息-物理系統(tǒng)和工廠車間提供額外的價(jià)值。這是數(shù)字化的全新水平，也是邊緣機(jī)電執(zhí)行器控制的一個(gè)范式變化。德國(guó)MEV Elektronik Service GmbH的運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品線經(jīng)理Guido Gandolfo表示：“新的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系列使我們的客戶能夠在更短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)出更小、更智能、效率更高的產(chǎn)品。這是維持ADI公司Trinamic驅(qū)動(dòng)器先進(jìn)地位的下一利器?！盡EV是一家專業(yè)從事運(yùn)動(dòng)控制和設(shè)計(jì)導(dǎo)入支持的代理商。

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作者簡(jiǎn)介

Stephan Kubisch是ADI Trinamic?、INA、CMR解決方案總監(jiān)。Stephan在工業(yè)自動(dòng)化事業(yè)部的互聯(lián)運(yùn)動(dòng)和機(jī)器人團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)電機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制解決方案的研發(fā)管理工作。在Trinamic Motion Control（原屬于Maxim Integrated，現(xiàn)為ADI公司一部分），他擔(dān)任過多種職位，包括產(chǎn)品定義總監(jiān)、研發(fā)主管和高級(jí)IC設(shè)計(jì)師。Stephan擁有信息技術(shù)博士學(xué)位。