力士乐 4EE高效节能控制系统

产品介绍

　　纵观世界各地，无论是政府、企业还是消费者，都已认识到必须比以前更高效地利用能源。关于气候变化和温室气体排放的辩论，几乎已经让所有的工业化国家都制定了一些法令性规范。随着能源价格的不断攀升，能源效率也已成为行业的一项关键性竞争要素，因为它对机器或系统的总体拥有成本起着决定性的影响。用户希望在达到高产能的同时，设备的能耗也能得到进一步降低。为实现这一目标，博世力士乐开发了一种融合各项技术的方法。

　　蕴含的节能潜力是巨大的：根据欧委会“世界能源、技术和气候政策展望”报告的统计，工业生产的能耗占全部的 35%，仅次于交通运输。因此，生产环节提高能源效率，其影响无疑是巨大的。然而，设备和系统的节能需要采用一种系统化的整体解决方案，才能充分挖掘各种潜力，在不影响产能的前提下提高能效。

　　作为传动与控制领域的专家，博世力士乐在产品和系统开发的过程中时刻铭记提高能源效率这一关键要素。即便对于某一条技术途径（比如电气驱动器、液压和气动技术的协调整合、直线运动和装配技术），也清晰地指明了节能进程中的一些重要切入点。力士乐不仅为工业生产和装配提供解决方案，而且其本身也是风能发电、潮汐发电和太阳能发电系统的供应商，并为极大降低行走机械的燃油消耗提供系统解决方案。

　　由于各种形式的能量都能被转化为动能，因此生产设备蕴含着巨大的节能潜力。迄今为止，产能仍是企业的重中之重，而设备的能耗只占总体拥有成本的很小一部分；换言之，能源效率通常不是首要的问题。日渐攀升的能源价格和不断增多的企业责任，意味着任何企业都必须持续努力，综合实现产能与能效双高的目标。

　　力士乐以多技术融合的解决方案积极响应这一挑战。如今，力士乐4EE高能效理念，就是适用于设备的整个生命周期、具有更高能源效率的方法：

——高效的元件 — 产品和系统具有最佳的效率
——能量再利用— 恢复并储存过剩的能量
——按需使用能源— 根据需要使用能量，待机模式
——能源系统的设计 — 系统化的总体视角、最佳的项目规划、仿真和技术咨询

　　高效的元件构成了这种方法的物质基础。工业用途的永磁同步电机，早已达到了97% 以上的惊人效率；而最新一代的柱塞泵，也达到了93% 以上的效率水平。

　　能量再利用原理提供新的节能潜力：轴的每一次加速，在下一个时间点都需要相应的制动作用。只需将电机切换成发电机模式，就可以把原先未加以利用的制动能转变成电能。根据适用性，既可以通过相连的某一中间电路让这部分再生的能量为其它驱动器供电，也可以加以蓄能暂存，或者送回电网。具体到液压驱动器环节，就是用液压蓄能器对这部分能量加以收集和重新分配。

适用于各种传动技术的智能解决方案

　　即便在能源变换阶段也能调节驱动器的能源需求，因而实现了原本难以达到的高效节能目标；比如，通过电气驱动式液压泵产生压力和流量。力士乐开发的变转速液压泵驱动器，利用智能电子控制器实现了目标流量控制的方法，从而代替了原先的节流阀环节。根据周期曲线，这种解决方案的效率比非调速设备高 40% 至 70%。

　　气动系统中，也包含着不少节能技术的有效切入点。集成式气缸/气动阀单元，有助于预防产生闭锁体积和压力损失（这种压力损失是在排气和抽气过程中，由于管线较长而产生的）。采用电气-启动压力控制阀，就能将动作周期分隔成不同压力水平的几个阶段：工作模式下采用高压，缩回时采用较低压力。一旦与其它节能措施组合使用，这些解决方案就能为气动设备降低55%的总能耗作出重要贡献。

　　系统化的总体视角，源自于设计各种元件以满足特定要求的种种努力；具体采用的方式，则是利用“按需调节”和“能量再利用”的概念。这种系统化的总体视角，对于设计阶段的影响尤其强烈。此外，在设备运行期间，用户还能以符合能效目标的方式提高产能：力士乐的IndraMotion MTX CNC 控制器已集成了软件工具，可以分析运行周期和能耗。对于机床而言，这套程序能让用户访问各个子系统的数据，并持续检测这些系统的状态；这就意味着能以目标导向的方式，实现各个分制程优化和同步的目标。能耗分析能记录各个元件的耗能数据，并分析这些元件的调节方法。采用图形监测功能，则有助于最佳地实现能源需求和生产绩效这二者之间的平衡。

显著降低运营成本

　　只要持续推行 4 EE 的理念，就能在实际应用中显著降低能耗，提高能源效率。经过与机器制造商和运营商之间多年的紧密合作，力士乐得到的初步结论是：能效的显著提高是有可能的，主要取决于机器的类型和初始设计。如果需要对原本年功耗112,000 kWh 的车身成形机进行改造，就可以更换一直沿用至今的液压设备，代之以变速泵驱动器，并采用能量再生式高效伺服电机。这些措施综合作用的结果，每年就能节省功耗87,000 kWh；这就意味着取得了 78% 的节能效益。

　　力士乐包装分选系统实现每年降低能耗42,000 kWh 的方法是：采用分散式驱动技术，将变频器与电机集成在一起，实现能量再生，并通过一套中间回路引入能源交换环节。这套解决方案甚至摒弃了控制柜所需要的冷却环节和很大一部分的布线。这样在系统的整个生命周期中，就通过持续降低运营成本而缩减附加的资金投入。

　　这些例子证明：工厂自动化环节蕴藏着提高能效的巨大潜力。无论是各种技术措施和途径，还是力士乐4EE高能效理念所采用的系统化方法，都能让机器制造商和用户获得各种支持。通过各种节能措施的合理组合，就能在不影响产能的前提下充分利用可再生能源。