Komponen hemat energi meningkatkan efisiensi energi industri

Selama beberapa tahun terakhir, fokus industri Internet of Things (IIoT) dan Industri 4.0 telah bertumpu tepat pada subsistem, komponen seperti sensor dan sakelar, data besar, dan interkonektivitas. Namun, seiring perkembangan Industri 4.0 yang terus berlanjut, efisiensi energi menjadi keharusan agar kemajuan nyata Industri 4.0 dapat terwujud.

Fasilitas industri adalah konsumen energi utama, dan ketersediaan daya yang andal sangat penting untuk proses manufaktur tingkat lanjut. Sektor industri dapat memiliki dampak yang signifikan terhadap keberlanjutan global. Pada tahun 2016, menurut Badan Energi Internasional, sektor ini menyumbang 41,6% dari konsumsi listrik global.

Manajemen daya dan daya diperlukan untuk meningkatkan pemeliharaan dan meminimalkan gangguan yang berkaitan dengan robot industri di pasar di mana setiap detik penting dan waktu henti harus dihindari. Namun, yang lebih penting lagi, peningkatan efisiensi memiliki potensi penghematan sumber daya yang substansial.

Berbagai metode tersedia untuk mencapai efisiensi energi, termasuk namun tidak terbatas pada hal berikut:

• Jadwalkan proses produksi untuk melacak dengan puncak pembangkitan energi dari sumber terbarukan.

• Tingkatkan efisiensi robot industri dengan mengoptimalkan kecepatan operasinya daripada hanya membuatnya bekerja lebih cepat melalui pemrograman, sehingga meningkatkan penghematan hingga hingga 30%.

• Gunakan pencetakan 3D untuk mengurangi limbah material.

• Kurangi energi yang biasanya dihabiskan untuk pemeliharaan dengan menggunakan strategi pencegahan.

• Jika memungkinkan, pasang kembali smart meter dan pengontrol untuk peralatan jarak jauh.

• Terapkan lingkungan "padam" di mana semua manusia diganti. Ini menghasilkan efisiensi energi tidak hanya dari lantai pabrik, tetapi juga dalam sistem energi aktual di dalam fasilitas.

• Gunakan komponen berdaya rendah.

Ini adalah kombinasi dari semua upaya efisiensi energi yang akan membuahkan hasil, bukan hanya memilih satu metode dan mengharapkannya cukup.

Komponen hemat energi

Banyak produk baru datang ke pasar yang menawarkan penghematan energi yang besar. Berikut ini adalah contohnya.

Infineon Technologies AG menjawab permintaan yang berkembang pesat akan solusi silikon karbida (SiC) hemat energi dalam skema konversi daya, seperti infrastruktur pengisian daya baterai, catu daya tak terputus, penggerak motor, dan penyimpanan energi. Misalnya, perusahaan menggunakan topologi ANPC untuk modul daya SiC dan IGBT hybridnya EasyPACK 2B dalam keluarga 1200-V.

Modul ini memiliki fitur peningkatan kepadatan daya dan frekuensi switching hingga 48 kHz, mendukung efisiensi sistem lebih dari 99%. Modul daya Easy 2B hybrid memiliki bobot yang jauh lebih ringan daripada inverter yang sesuai dengan komponen silikon murni. Kehilangan silikon karbida lebih kecil daripada silikon, sehingga lebih sedikit panas yang hilang dan heat sink juga dapat menyusut.

Modul hybrid EasyPACK 2B menampilkan peningkatan kepadatan daya dan frekuensi switching hingga 48 kHz. (Gambar:Infineon Technologies AG)

STMicroelectronics terus mengatasi efisiensi energi dengan produk baru seperti STM32WBx5 mikrokontroler nirkabel inti ganda (MCU) dan STM32G4 MCU.

Menghadirkan kinerja daya sangat rendah, MCU nirkabel STM32WBx5 hadir dengan konektivitas Bluetooth 5, OpenThread, dan ZigBee 3.0. Meskipun produk ini hemat daya, ia mampu menjalankan protokol nirkabel bersamaan dan eksekusi aplikasi waktu nyata, cocok untuk sensor jarak jauh, pelacak yang dapat dipakai, pengontrol otomatisasi bangunan, periferal komputer, drone, dan perangkat IoT. Fitur termasuk beberapa mode hemat daya, seperti mode shutdown 13-nA, penskalaan voltase adaptif, dan akselerator ART real-time adaptif yang memaksimalkan efisiensi energi dan memastikan kinerja tahan lama. Pemancar radio terintegrasi dioptimalkan untuk kinerja RF tinggi dan konsumsi daya rendah untuk memaksimalkan waktu kerja baterai.

MSU STM32WBx5 STMicro menghadirkan kinerja daya sangat rendah yang dikombinasikan dengan konektivitas Bluetooth 5, OpenThread, dan ZigBee 3.0. (Gambar:STMicroelectronics)

Ditargetkan pada aplikasi daya digital canggih, serta produk konsumen dan industri, mikrokontroler STM32G4 baru memperkenalkan dua akselerator matematika perangkat keras baru yang meningkatkan pemrosesan aplikasi menggunakan Coordinate Rotation Digital Computer (CORDIC). CORDIC adalah algoritme komputasi yang efisien untuk menangani fungsi matematika dasar dan mendukung peningkatan kinerja dan efisiensi energi.

Perhitungan kecepatan MCU untuk kontrol motor hemat energi dan pemfilteran untuk pengkondisian sinyal atau kontrol daya digital. Akselerator menghitung hasil lebih cepat dan lebih efisien daripada prosesor utama untuk keperluan umum, meningkatkan efisiensi energi di berbagai produk yang menangani aplikasi smart factory dan smart energy.

Algoritme STM32G4 menangani fungsi matematika dasar dengan akurasi tinggi dan fungsi penyaringan yang mendukung peningkatan kinerja dan efisiensi energi. (Gambar:STMicroelectronics)

Microchip Technology Inc. baru-baru ini mengumumkan Smart Embedded Vision inisiatif yang menawarkan IP, perangkat keras, dan alat FPGA-sentris untuk desain visi mesin dengan faktor bentuk kecil dan berdaya rendah. Anak perusahaan perusahaan, Microsemi, secara bersamaan meluncurkan rangkaian PolarFire FPGA berdaya rendah . Microsemi mengklaim bahwa FPGA PolarFire memberikan daya 30% hingga 50% lebih rendah daripada FPGA berbasis SRAM dan daya statis 5x hingga 10x lebih rendah. Mereka cocok untuk digunakan di perangkat edge yang intensif komputasi serta lingkungan yang dibatasi daya dan termal.

Microchip's Smart Embedded Vision menghadirkan IP, perangkat keras, dan alat untuk penglihatan alat berat berdaya rendah. (Gambar:Microchip Technology Inc.)

Renesas Electronics Corp. telah memperkenalkan mikrokontroler chip tunggal yang dilengkapi pengontrol slave EtherCAT untuk aplikasi Ethernet industri. RX72M keluarga MCU menawarkan kapasitas memori yang lebih besar untuk peralatan industri yang mengamanatkan fungsi kontrol dan komunikasi yang kuat dalam aplikasi seperti robot industri kompak hemat energi, pengontrol logika yang dapat diprogram (PLC), I/O jarak jauh, dan gerbang industri. Renesas mengklaim bahwa ini adalah mikrokontroler RX pertama yang menyertakan pengontrol slave EtherCAT yang memiliki 1 MB SRAM dan 4 MB memori flash.

Perangkat RX72M memungkinkan pengurangan sekitar 50% pada area papan sirkuit dibandingkan dengan perangkat sebelumnya. (Gambar:Renesas Electronics Corp.)

Tren penting dan baru lainnya adalah kecerdasan buatan (AI) untuk menghadirkan kecerdasan mesin berdaya rendah. Misalnya, Eta Compute's SoC pembelajaran mesin terbaru, TENSAI, melakukan klasifikasi gambar, pencarian kata kunci, dan deteksi kata bangun untuk solusi tersemat dengan daya sangat rendah.

Chip TENSAI mencakup logika delay-insensitive Eta, yang memungkinkan produk beroperasi dengan andal pada tegangan suplai terendah, menghasilkan konsumsi daya yang sangat rendah. Aplikasi klasifikasi gambarnya hanya menghabiskan 0,4 mJ per gambar, yang merupakan pengurangan daya 30x dibandingkan dengan hasil yang kompetitif. Arsitektur DIAL perusahaan digabungkan dengan algoritmenya untuk melakukan inferensi pembelajaran mesin dalam ratusan mikrowatt untuk menghadirkan kecerdasan mesin ke tepi jaringan.

Ringkasan

Otomatisasi industri diharapkan tumbuh secara substansial karena solusi IoT menggantikan solusi manufaktur tradisional. Robotika dan sensor canggih; AI dan subsetnya, termasuk pembelajaran mesin dan pembelajaran mendalam; komputasi awan; dan analitik data besar akan terus mengubah lanskap industri manufaktur. Sensor yang ditenagai oleh energi getaran atau catu daya pemanen cahaya akan menjadi hal yang biasa.

Biaya modal dari sumber daya yang diperlukan untuk meluncurkan Industri 4.0 di pabrik akan mengimbangi potensi penghematan dalam waktu dekat. Namun, sistem yang akan menggantikan teknologi komunikasi, aktuator, sensor, prosesor, dan banyak lagi akan bergantung pada data yang relevan untuk meningkatkan efisiensi sekaligus membutuhkan sebagian kecil energi untuk beroperasi dan menghasilkan penghematan biaya dalam jangka panjang.

>> Artikel ini awalnya diterbitkan pada situs saudara kami, Produk Elektronik:“Mencapai efisiensi energi di lantai pabrik.”