e絡盟技術團隊

優化電機和相關設備的效率是節省能源的一大機遇，既可以削減運營成本，又可以減少我們的碳排放。

一方面，電機系統通常陳舊且效率低下，在依賴電機和驅動器的行業中占據了70%的電力需求。 另一方面，IEA強調，可以通過加強能源效率措施來實現將溫室氣體排放量減少40%以上，從而在2040年兌現《巴黎協定》承諾并實現氣候目標。目前全球各行各業正在使用的電機驅動系統高達數億，由此可見，高效設備的影響不容小覷。

變頻驅動器與電機效率的未來

變頻驅動器（VFD）通過改變電源的頻率和電壓來驅動電機，并已成為工廠車間極為常見的資產，出現在任何需要改變電機速度之處，例如泵、風扇和輸送機系統。這些類型的控制器以能源效率為焦點不斷演變發展，并與先進的算法和功能集成，以提高精度和靈活性。它們能更好地監測和控制電機速度、扭矩和整體性能，因此可以提高效率、降低消耗，并減少長期磨損。所有這些都有助于優化電機性能并降低運營成本。

此外，在包含可實現遠程監控、實時分析和預測性維護的工業4.0和5.0系統的工業物聯網中，變頻驅動器的重要性日益凸顯。因此，從其收集的數據可用于進一步提高整體系統性能和可靠性。盡管對于任何互聯或智能工業系統而言，網絡安全都是一個關鍵問題，但加密、身份驗證協議以及其他措施等策略正在廣泛實施中，用以確保變頻驅動器和控制系統之間所交換數據的完整性和機密性。

最后，隨著制造商開發出模塊化和可擴展的變頻驅動器設計，通過升級或擴展將其集成至現有系統變得越來越容易，這既增加了配置的靈活性，又使得不同規模企業更容易適應未來不斷變化的需求。

當變頻驅動器和可編程邏輯控制器（PLC）在工業自動化系統中協同工作時，可以監視和控制各種過程和組件，以利用來自邊緣傳感器、控制信號和反饋回路的數據進行實時調整和優化，從而實現最高效、最可靠的運行。此外，可編程邏輯控制器可以處理從變頻驅動器收集的數據，以便在潛在問題導致資源浪費和意外停機之前將它們識別出來。

這正是位于意大利卡內利的領先封蓋機制造商AROL想要實現的目標，該公司目前在世界各地安裝了25000多臺設備。由于生產線每小時處理多達100000個瓶子，保持機器的速度和持續可靠性對于運營至關重要。換言之，任何停電或計劃外停機均不利于完成生產指標，并給客戶帶來高昂的成本。

因此，他們的研發團隊決定將診斷、預測和前瞻性維護功能集成到智能解決方案中，該解決方案能夠從工業設備和周圍環境收集數據，創建基于遠程無線傳感器的機器監控系統，由電池或24伏電源供電。

該項目面臨著一些具體的挑戰，因為傳感器節點必須安裝在旋轉封蓋轉塔中，不但要適應狹小的空間，還要始終保持與生產線底部通信單元的連接。更重要的是，他們必須在邊緣執行部分數據處理，以免中央系統超載。當然，升級后的封蓋機必須實現智能化，同時又不會明顯增加成本。

幸運的是，AROL找出了解決方案：通過利用Arduino Pro的Nicla Sense ME和Portenta MachineControl，AROL能夠加快制定可行的解決方案，該解決方案完全避免了供應商鎖定，同時還升級了其高速生產設備，以實現數據監控和前瞻性維護結果。

不少于15個封蓋轉塔安裝了同樣多的Nicla Sense ME，借助最先進的板載Bosch Sensortec傳感器以及直接在傳感節點級別處理部分數據的計算能力，提供振動和溫度檢測。在機器底部，一個Portenta機器控制器輕松安裝在DIN導軌上，以便通過藍牙集中與所有傳感器進行通信。

Arduino Pro的Nicla Sense ME（其中“ME”代表“Motion”運動和“Environment”環境）是一個緊湊型模塊，通過9DoF智能運動傳感器和具有AI功能的4DoF環境傳感器實現邊緣傳感和智能。它計算能力高，因而減少了延遲和功耗，提供更多的隱私且需要更少的帶寬，而且一切只在一個很小的物理足跡內即可實現。

Arduino Pro的Portenta機器控制器是一個完全集中式、低功耗的工業控制單元，能夠驅動設備和機械，相當于一個可以使用Arduino框架或其他嵌入式開發平臺進行編程的“大腦”，能從工廠車間收集實時數據，并支持設備的遠程控制，甚至在需要時從云端進行控制。

在AROL的案例中，Portenta Machine Control因其32個 I/O成為最佳選擇，而鉸接少的系統可能會受益于Arduino Pro的新型Opta微型PLC解決方案帶來的增強靈活性——基于相同的STM32H747XI雙ARM? Cortex?處理器，可在Arduino草圖中使用C++進行編程，還可以靈活地合并IEC 61131-3標準定義的任意或全部5種傳統自動化控制語言（梯形圖、功能塊圖、結構化文本、順序功能圖或指令表）。

為什么選擇開源解決方案來優化變頻驅動器？

Arduino同時面向軟件和硬件的開源方法使該公司區別于所有其他技術參與者。隨著時間的推移，最初的哲學立場已經發展成為能為世界各地專業客戶帶來廣泛商業利益的源泉。

例如，在確保無供應商鎖定、增強互操作性和減少能源消耗方面，選擇Arduino的產品可以進一步提高解決方案的效率，這要歸功于該公司對低功耗和小尺寸方案的強烈關注。例如，整個Nicla系列將工業級傳感器和計算能力封裝在一個僅22.86x22.86毫米（約拇指大小）的空間內。

此外，Arduino的產品讓邊緣計算觸手可及。在事發地點處理數據，可以實現我們所看到的實時監控和控制，從而提高系統的效率；就其本身而言，它還可以通過減少發送到云端的數據來直接幫助節省能源，從而降低云消耗成本。利用Arduino生態系統和開放式架構，邊緣計算變得更加經濟實惠（得益于可優化物料清單的經濟高效的解決方案），并且也更易于為工程師所用，為他們帶來出色的易用性、廣泛的公共文檔和資源，以及各種可能的編碼語言以供選擇。

一般來說，Arduino產品遵循廣泛的行業標準，促進不同設備和系統之間的互操作性。這樣可以確保更好的兼容性并避免供應商鎖定，從而使開源解決方案面向未來，永不過時。

將變頻驅動器和可編程邏輯控制器功能集成到復雜的自動化系統中，開源解決方案的靈活性和定制機會尤顯價值，因為它們允許對控制算法、接口等進行微調，以滿足特定的項目要求并適應獨特的工業流程。

在安全性和可靠性至關重要的情況下，開源解決方案可以更加透明：這可以讓開發人員更快地識別和修復漏洞。Arduino的產品經過嚴格的質量控制并按照最高標準進行測試。例如，Arduino Pro Opta最近接受了網絡安全態勢評估，并進行了升級，使其比以往更加可靠。

最后但同樣重要的一點是，為電機控制解決方案選擇開源技術意味著能利用這一活力社區的專業知識和支持。就Arduino而言，該社區中的活躍用戶超過3300萬。這可以加快問題解決速度、持續改進并提供豐富的資源，包括論壇、文檔和貢獻的代碼。

總而言之，無論節能是應對氣候變化的關鍵全球戰略，還是降低成本和保持自身競爭優勢的必要條件，通過與Arduino控制器配對使用的變頻驅動器來優化電機效率都會帶來諸多好處。