借助运动和控制解决方案提高各行业的效率和可持续性

图 1：大型发电厂中的水泵。（图片来源：Shutterstock）

面对环境挑战以及对可持续电子产品的需求，全球各行各业都在寻求解决方案，以优化运营并最大限度减少碳足迹。无论哪个行业，都需要对流程进行控制，以降低能耗、减少浪费并实现产出最大化。

运动和控制产品协同工作，控制电子应用中机械元件的运动、速度和位置。这些产品旨在对运动的各个方面进行精确、高效、可靠的控制，使机器和设备在执行其功能时实现最佳性能和最小误差。

DigiKey 是一家全球性的电子元器件分销商，提供来自多家供应商的各种运动和控制产品，使客户能够提高其自动化系统的可持续性和效率。

运动和控制系统的核心部件

电机是运动和控制解决方案的核心，是将电能转化为机械能的主要方式。应用中常用的电机有几类，每一类都有独特的特性和优势。例如，交流电机以其耐用性、效率和高速运转能力而著称，适用于工业机器、HVAC 系统和其他需要长久可靠性能的应用。另一方面，直流电机具有出色的扭矩和速度控制能力，非常适合机器人和汽车系统等需要精确运动的应用。步进电机提供高精度定位，可用于 3D 打印机、数控机床和其他需要精确增量运动的设备。伺服电机具有响应快、扭矩输出高的特点，用于需要快速、精确运动的应用，如航空航天系统。

为了有效控制和调节电机的运行，运动和控制解决方案依赖于各种驱动器和控制器。变频驱动器 (VFD) 用来控制交流电机的速度和扭矩，从而实现平稳、高效的运行并节约能源。伺服驱动器专为伺服电机设计，可提供闭环控制，实现高精度定位和运动。运动控制器能够同时处理多个运动轴，用于在复杂应用中协调和同步各种部件的运动，实现平稳、精确的运行。

致动器在运动和控制系统中也起着至关重要的作用，因为它们负责将能量转化为运动，并提供让机械部件运动的力。液压致动器的优点是输出力大并且能够处理重负载，应用于需要原始动力的建筑设备、工业机械等。气动致动器依靠压缩空气产生运动并提供快速响应，适用于涉及快速重复运动的应用，如包装和装配线。电动致动器包括线性和旋转类，可在医疗、汽车和航空航天装置和设备等应用中提供精确控制。

图 2：智能工厂中的机器人视觉传感器相机系统。（图片来源：Shutterstock）

传感器、反馈装置和控制系统

为确保运动和控制系统以最高的精度和可靠性运行，采用传感器和反馈装置来监控和测量运动的各个方面。位置传感器（如线性和旋转电位计）可提供有关机械元件确切位置的实时数据，从而实现精确的定位和跟踪。编码器（如增量编码器和绝对编码器）用于确定旋转轴的角位置和速度，从而实现精确的速度和位置控制。旋转变压器与编码器类似，但专门用于恶劣环境，也能在敏感应用中提供高精度和高可靠性。

控制系统将所有这些组件组合起来，协调和管理运动和控制解决方案的整体运行。可编程逻辑控制器 (PLC) 是坚固耐用的工业计算机，专为控制和自动化而设计，可在工厂自动化、过程控制和其他应用中同时处理多个输入和输出信号。与 PLC 相比，工业 PC 具有更强的灵活性和处理能力，通常与先进的运动控制软件配合使用，模拟复杂多轴系统中的运动控制算法。

工业应用中的运动和控制元器件

运动和控制解决方案对于提高各种工业流程的效率、精度和生产率至关重要。例如，它们管理机械臂和机床等设备，以增强工业运作并最大程度减少错误。在汽车生产工厂和仓库中，运动和控制系统协调工业机器人、协作机器人 (cobot) 和自主移动机器人 (AMR) 的运动，以执行搬运、装配和检查等任务。同样，在工业包装应用中，运动和控制解决方案通过传送带系统、分拣机和自动化仓储系统 (AS/RS) 拾取和运输纸箱和托盘等物品。

在医疗领域，运动和控制系统改变了提供医疗服务以及进行研究的方式。它们可实现医疗器械和设备（如手术机器人、诊断成像系统和实验室仪器）的精确定位、计量和自动化。例如，配备运动和控制元器件的手术机器人可以精确地完成微创手术，缩短病人康复时间，提高整体疗效。制药研究实验室的自动化液体处理系统也使用运动和控制系统，精确分配和混合试剂，从而简化药物研发过程，加快新疗法的开发。

在卫星定位、飞机控制系统和导弹制导等任务关键型应用中，航空航天与国防工业也依赖于精密运动和控制解决方案。在这些领域，即使预期运动或位置出现最轻微的偏差，也会造成灾难性影响。运动和控制技术确保这些系统的运行具有极高的准确性和可靠性，使卫星能够保持轨道运行，飞机能够安全飞行，导弹能够命中目标。此外，这些解决方案还有助于开发和测试新型航空航天与国防技术，使工程师能够在复杂系统部署到现场之前对其进行模拟和验证。

了解 DigiKey 的多供应商策略

通过与多家供应商合作，DigiKey 确保为工程师和系统设计人员提供广泛的产品选择。这一策略不仅增加了产品种类，还改善了供应情况，增强了定价竞争力，并提供了获得丰富技术专长的机会。DigiKey 多供应商方法的一个明显优势是能够满足大量行业需求。无论是用于精密仪器的紧凑型步进电机，还是用于重型自动化的大扭矩伺服驱动器，DigiKey 的库存都可为所有应用提供解决方案。这种多样性使工程师能够找到满足其特定需求的最适合产品，从而优化整个系统的性能和效率。此外，通过从多家供应商采购，DigiKey 将供应链中断的风险降至最低——当一家制造商出现生产问题或延误时，可从其他供应商采购替代产品，确保为客户提供可靠、稳定的供应。这种弹性会让一切截然不同，因为在工业设施中，即使是最短的停机时间也会对资源、预算和运营产生重大影响。

来自行业领先企业的先进运动和控制产品

DigiKey 与 Schneider Electric、Siemens 和 Omron 等领先制造商的合作伙伴关系体现了其对质量和创新的承诺。这些行业巨头以其尖端的运动和控制解决方案著称，这些解决方案采用了先进的功能和技术，以提高效率和可持续性。

Schneider Electric 的 Altivar™ 软起动器 ATS480（图 3）在以往迭代产品的起动/停止性能基础上，进一步延长了设备的使用寿命，并最大限度地提高了苛刻环境中的应用可用性。Altivar 212 VSD 为 HVAC 系统集成商和最终用户提供最大程度的易用性和安全性，节约能源并提高建筑物的舒适度和管理水平。同样，ATV320 VFD 具有安全、可靠和简单的特点，外形小巧，便于安装和高效利用空间。

图 3：Schneider Electric 的 Altivar™ 软起动器 ATS480。（图片来源：Schneider Electric）

Schneider Electric 的 Easy TeSys 系列包括手动电机起动器（其磁性保护能力为最大额定值的 13 倍）、带螺丝夹端子连接的热过载继电器以及使用寿命约为一百万次电气操作的三极接触器。这些装置设计用于开关和保护常见的电机应用。TeSys™ island 通信电机起动器只需装上单根带状电缆，即可通过工业通信协议访问数据，不再需要使用控制线路和 PLC IO。

Siemens 的 SINAMICS V20 驱动器设计紧凑、坚固耐用，是过程和制造设施中各种基本驱动应用的理想之选。此外，SIRIUS 3RA23 系列换向接触器组件还能防止主电路和控制电路出现接线错误。控制 SIRIUS 接触器为电气负载切换提供了灵活的选择，包括传统和固态操作机构。

Omron 的 MX2 系列变频驱动器采用 VFD 技术提供先进的电机和机器控制，可实现精确运行、节能和故障保护。得益于其先进的设计和算法，MX2 能够提供平滑的降至零速度的控制，并在开环中拥有扭矩控制能力。

图 4：Schneider Electric 的 TeSys 热过载继电器。（图片来源：Schneider Electric）

提高自动化生产线的可持续性

为了说明运动和控制技术对可持续性的影响，我们来看看一家制造工厂的自动化生产线。从精确控制传送带速度和包装机电机，到集成机械臂和实施安全系统，这些组件助力制造商实现最大限度减少能耗和浪费的目标，同时确保操作的安全性和可靠性：

传送带系统：在自动化生产线上，传送带系统发挥着关键作用，用于在生产过程的不同阶段之间运送材料和产品。通过采用 Schneider Electric 的 Altivar 212 VSD 或 Omron 的 MX2 系列 VFD，可以控制传送带电机的速度，使其与所需的生产率相匹配。通过确保传送带以最佳速度运行，可以降低能耗，减少机械部件的磨损。此外，像 Schneider Electric 的 Altivar™ ATS480 这样的软起动器可平稳起动和停止传送带电机，降低机械应力，并延长设备使用寿命。

包装机：包装机是自动化生产线不可或缺的一部分，负责对产品进行包装、密封和贴标。这类机器通常需要精确控制电机的速度和扭矩，确保包装的一致性和准确性。通过集成 Schneider Electric 的 ATV320 VFD，可以对包装机电机进行高精度控制，从而提高系统的整体性能和能效。

机械臂：机械臂广泛应用于自动化生产线上的物料搬运、装配和质检等任务。这类工具需要精确控制多个运动轴，才能准确高效地完成任务。Schneider Electric 的 TeSys island 通信电机起动器可控制机械臂电机。由于不需要复杂的布线和 PLC IO，TeSys island 还能加快安装速度，方便配置机械臂控制系统。内置的数字接口和智能配置工具简化了调试和调节过程，而通过通信协议访问关键数据的功能则可实现远程监控和预测性维护。

泵和风扇：泵和风扇在自动化生产线的各个方面扮演着关键角色，如冷却系统、液压动力装置和通风系统。优化这些组件的性能可以降低能耗，确保最长的正常运行时间。Siemens 的 SINAMICS V20 驱动器设计紧凑、坚固耐用，适用于在工业环境中控制泵和风机。SINAMICS V20 驱动器具有多种功能，如 PID 控制、多泵控制和节能模式等。

安全系统：在生产设施中，确保人员和设备的安全至关重要。借助安全等级接触器组件，生产线可以实现高水平的安全性，降低事故和停机风险。Siemens 的 SIRIUS 3RA23 系列换向接触器组件可在电机控制系统中实现安全功能。这些组件可无缝集成到符合 IEC 61508 和 ISO 13849-1 等国际标准的功能安全系统中。3RA23 系列中的集成机械和电气互锁功能还可避免接线错误，确保换向电机电路的安全运行。

图 5：数字化工厂生产中采用的智能工业机械臂。（图片来源：Shutterstock）

结语

先进的运动和控制解决方案是各行各业提高效率和实现可持续性的关键驱动力。通过将这些技术集成到自动化生产线中，制造商可以提高运营效率，降低能耗，最大限度地减少材料浪费，并延长设备的使用寿命。DigiKey 的产品组合来自多家供应商，支持工程师和设计师创造出高性能环保系统。DigiKey 提供了一个平台，工程师可以在此探索、比较和采购最适合其应用的运动和控制产品。