Les composants économes en énergie améliorent l'efficacité énergétique industrielle

Au cours des dernières années, l'Internet industriel des objets (IIoT) et l'industrie 4.0 se sont concentrés sur les sous-systèmes, les composants tels que les capteurs et les commutateurs, les mégadonnées et l'interconnectivité. Cependant, à mesure que le développement de l'Industrie 4.0 se poursuit, l'efficacité énergétique devient impérative pour que les véritables avancées de l'Industrie 4.0 s'implantent.

Les installations industrielles sont de gros consommateurs d'énergie, et la disponibilité d'une énergie fiable est essentielle aux processus de fabrication avancés. Le secteur industriel peut avoir un impact significatif sur la durabilité mondiale. En 2016, selon l'Agence internationale de l'énergie, le secteur représentait 41,6 % de la consommation mondiale d'électricité.

L'alimentation et la gestion de l'alimentation sont nécessaires pour améliorer la maintenance et minimiser les perturbations concernant les robots industriels dans un marché où chaque seconde compte et où les temps d'arrêt doivent être évités. Plus important encore, cependant, les améliorations de l'efficacité offrent un potentiel d'économies de ressources substantielles.

Plusieurs méthodes sont disponibles pour atteindre l'efficacité énergétique, y compris, mais sans s'y limiter, les suivantes :

• Planifier les processus de production pour suivre les pics de production d'énergie à partir de sources renouvelables.

• Augmentez l'efficacité des robots industriels en optimisant la vitesse à laquelle ils fonctionnent plutôt que de simplement les faire travailler plus rapidement via la programmation, augmentant ainsi les économies jusqu'à à 30%.

• Utilisez l'impression 3D pour réduire les déchets de matériaux.

• Réduire l'énergie généralement dépensée pour la maintenance en utilisant une stratégie préventive.

• Dans la mesure du possible, modernisez les compteurs intelligents et les contrôleurs pour les équipements distants.

• Implémentez un environnement « lights out » où tous les humains sont remplacés. Cela offre une efficacité énergétique non seulement à partir de l'usine, mais également dans les systèmes énergétiques réels au sein de l'installation.

• Utilisez des composants à faible consommation.

C'est la combinaison de tous ces efforts d'efficacité énergétique qui produira des résultats, plutôt que de simplement choisir une méthode et s'attendre à ce qu'elle soit suffisante.

Composants économes en énergie

De nombreux nouveaux produits arrivent sur le marché et offrent des économies d'énergie substantielles. Voici des exemples.

Infineon Technologies AG répond à la demande croissante de solutions de carbure de silicium (SiC) écoénergétiques dans les schémas de conversion d'énergie, tels que l'infrastructure de charge de batterie, les alimentations sans interruption, les entraînements de moteur et le stockage d'énergie. Par exemple, l'entreprise utilise la topologie ANPC pour son module de puissance hybride SiC et IGBT EasyPACK 2B dans la famille 1200-V.

Le module présente une densité de puissance accrue et une fréquence de commutation allant jusqu'à 48 kHz, prenant en charge une efficacité du système de plus de 99 %. Le module de puissance hybride Easy 2B pèse nettement moins qu'un onduleur correspondant avec des composants purement en silicium. Les pertes de carbure de silicium sont inférieures à celles du silicium, de sorte qu'il y a moins de chaleur à dissiper et que le dissipateur thermique peut également rétrécir.

Le module hybride EasyPACK 2B présente une densité de puissance accrue et une fréquence de commutation allant jusqu'à 48 kHz. (Image :Infineon Technologies AG)

STMicroelectronics continue d'aborder l'efficacité énergétique avec de nouveaux produits tels que son STM32WBx5 microcontrôleurs sans fil (MCU) double cœur et STM32G4 MCU.

Offrant des performances à très faible consommation d'énergie, les microcontrôleurs sans fil STM32WBx5 sont livrés avec la connectivité Bluetooth 5, OpenThread et ZigBee 3.0. Bien que le produit soit économe en énergie, il est capable d'exécuter simultanément un protocole sans fil et une application en temps réel, adapté aux capteurs à distance, aux trackers portables, aux contrôleurs d'automatisation des bâtiments, aux périphériques informatiques, aux drones et aux appareils IoT. Les fonctionnalités incluent plusieurs modes d'économie d'énergie, tels que le mode d'arrêt de 13 nA, la mise à l'échelle de tension adaptative et un accélérateur ART adaptatif en temps réel qui maximise l'efficacité énergétique et garantit des performances durables. Un émetteur radio intégré est optimisé pour des performances RF élevées et une faible consommation d'énergie afin de maximiser l'autonomie de la batterie.

Les MCU STM32WBx5 de STMicro offrent des performances ultra-faible consommation combinées à la connectivité Bluetooth 5, OpenThread et ZigBee 3.0. (Image :STMicroelectronics)

Destinés aux applications d'alimentation numérique avancées, ainsi qu'aux produits grand public et industriels, les nouveaux microcontrôleurs STM32G4 introduisent deux nouveaux accélérateurs mathématiques matériels qui accélèrent le traitement des applications à l'aide de l'ordinateur numérique à rotation coordonnée (CORDIC). CORDIC est un algorithme efficace du point de vue informatique pour la gestion des fonctions mathématiques élémentaires et prend en charge des performances et une efficacité énergétique accrues.

Le MCU accélère les calculs pour les commandes de moteur à économie d'énergie et le filtrage pour le conditionnement du signal ou la commande de puissance numérique. Les accélérateurs calculent les résultats plus rapidement et plus efficacement que le processeur principal à usage général, augmentant ainsi l'efficacité énergétique d'une large gamme de produits destinés aux usines intelligentes et aux applications énergétiques intelligentes.

Les algorithmes du STM32G4 gèrent des fonctions mathématiques élémentaires avec une grande précision et des fonctions de filtrage qui prennent en charge des performances et une efficacité énergétique accrues. (Image :STMicroelectronics)

Microchip Technology Inc. a récemment annoncé une Smart Embedded Vision initiative offrant une IP, du matériel et des outils centrés sur le FPGA pour des conceptions de vision industrielle à faible consommation et à petit facteur de forme. La filiale de la société, Microsemi, a simultanément dévoilé une famille de FPGA PolarFire basse consommation. . Microsemi affirme que les FPGA PolarFire fournissent une puissance 30 à 50 % inférieure à celle des FPGA basés sur SRAM et une puissance statique 5 à 10 fois inférieure. Ils sont adaptés à une utilisation dans des périphériques de périphérie à forte intensité de calcul ainsi que dans des environnements à contraintes thermiques et énergétiques.

La vision intégrée intelligente de Microchip fournit IP, matériel et outils pour la vision industrielle à faible consommation. (Image :Microchip Technology Inc.)

Renesas Electronics Corp. a introduit un microcontrôleur à puce unique doté d'un contrôleur esclave EtherCAT pour les applications Ethernet industrielles. Le RX72M La famille de microcontrôleurs offre des capacités de mémoire plus importantes pour les équipements industriels qui exigent des fonctions de contrôle et de communication robustes dans des applications telles que les robots industriels compacts économes en énergie, les automates programmables (PLC), les E/S distantes et les passerelles industrielles. Renesas affirme qu'il s'agit du premier microcontrôleur RX à inclure un contrôleur esclave EtherCAT doté de 1 Mo de SRAM et de 4 Mo de mémoire flash.

Les appareils RX72M permettent une réduction d'environ 50 % de la surface de la carte de circuit imprimé par rapport aux appareils précédents. (Image :Renesas Electronics Corp.)

Une autre tendance importante et émergente est l'intelligence artificielle (IA) pour fournir une intelligence machine à faible consommation. Par exemple, Eta Compute Le dernier SoC d'apprentissage automatique, TENSAI, effectue la classification d'images, la détection de mots clés et la détection de mots d'activation pour les solutions embarquées ultra-faible consommation.

La puce TENSAI comprend la logique insensible au retard d'Eta, qui permet aux produits de fonctionner de manière fiable à la tension d'alimentation la plus basse, ce qui entraîne une très faible consommation d'énergie. Son application de classification d'images ne consomme que 0,4 mJ par image, ce qui représente une réduction de puissance de 30 fois par rapport aux résultats concurrents. L'architecture DIAL de l'entreprise se combine avec ses algorithmes pour effectuer des inférences d'apprentissage automatique dans des centaines de microwatts afin de fournir une intelligence artificielle à la périphérie du réseau.

Résumé

L'automatisation industrielle devrait se développer considérablement à mesure que les solutions IoT remplaceront les solutions de fabrication traditionnelles. Robotique et capteurs avancés ; L'IA et ses sous-ensembles, y compris l'apprentissage automatique et l'apprentissage en profondeur ; Cloud computing; et l'analyse des mégadonnées continuera de changer le paysage de l'industrie manufacturière. Les capteurs alimentés par l'énergie de vibration ou les alimentations à récupération de lumière deviendront la norme.

Les coûts d'investissement des ressources nécessaires au déploiement de l'Industrie 4.0 dans les usines compenseront les économies potentielles à court terme. Cependant, les systèmes qui remplaceront les technologies de communication, les actionneurs, les capteurs, les processeurs, etc., s'appuieront sur des données pertinentes pour une efficacité améliorée tout en nécessitant une fraction de l'énergie pour fonctionner et en générant des économies de coûts à long terme.

>> Cet article a été initialement publié le notre site jumeau, Electronic Products :« Atteindre l'efficacité énergétique dans les usines. »