利用動作與控制解決方案推動工業效率和永續性

圖 1：大型發電廠的水幫浦圖片。(圖片來源：Shutterstock)

面對各種環境挑戰以及對於永續電子產品的需求，全球各產業皆積極尋求理想的解決方案，以便最佳化營運，同時最大程度減少碳足跡。無論哪個產業，皆需要對製程進行控制，以達到降低能耗、最大程度減少浪費並提高產出的目標。

動作與控制產品搭配，可管理電子應用內部機械元件的移動、速度和位置。這些產品專為精準、高效率且可靠地控制各種層面的動作所設計，使機器和設備能夠展現最佳效能並在最小誤差的情況下，執行其各種功能。

全球電子元件經銷商 DigiKey 提供來自多家供應商的各種動作與控制產品供客戶選擇，協助客戶增進其自動化系統的永續性與效率。

動作與控制系統的核心元件

電動馬達為動作與控制解決方案的核心，其主要功能是將電能轉換為機械能。電動馬達有數種應用類型，各有獨特的特性與優點。例如，AC 馬達以其耐用性、效率和高速運作能力而著稱，因此適合用於工業機器、HVAC 系統，以及需要效能長期可靠的其他應用。另一方面，DC 馬達具有卓越的扭矩與速度控制能力，因此非常適合需要精準移動的應用領域，例如機器人和汽車系統。步進馬達具有高度精準的定位能力，適合用於需要精準增量動作的 3D 列印機、CNC 機器和其他裝置。伺服馬達具有快速反應時間和高扭矩輸出等優點，適合需要快速、精準移動的應用領域，例如航太系統。

動作與控制解決方案會仰賴各式各樣的驅動器與控制器，以達到高效率控制和調節馬達的運作。變頻器 (VFD) 用於管理 AC 馬達的速度和扭矩，可達到順暢、高效率的運作並節能。伺服驅動器專為伺服馬達所設計，可提供閉迴路控制，且支援高度精準的定位和動作。動作控制器能夠同時處理多個動作軸，在複雜的應用領域中，用於協調和同步各種元件的移動，達到順暢、精準的運作。

致動器在動作與控制系統中亦有關鍵作用，其負責將能量轉換為動作，並提供移動機械元件的力。液壓式致動器以高強力輸出和重度負載處理能力著稱，適用於需要原始動力的建築設備、工業機械等。氣動致動器仰賴壓縮空氣來產生動作並提供快速反應時間，適合需要快速、重複移動的應用領域，例如包裝和裝配線。電動致動器 (包括線性和旋轉類型) 可為醫療、汽車以及航太裝置和設備等各種應用，提供精準的控制能力。

圖 2：智慧工廠中的機器人視覺感測器攝影機系統。(圖片來源：Shutterstock)

感測器、回饋元件、控制系統

為了確保動作與控制系統以最高等級的準確度和可靠度運作，業界會使用感測器和回饋元件來監控和測量動作的各個層面。線性和旋轉電位器等位置感測器，可提供機械元件確切位置的相關即時資料，達到精準定位和追蹤。增量型和絕對型等編碼器，可用於判定旋轉軸的角位置和速度，達到精準的速度和位置控制。解角器與編碼器類似，但其專為在嚴峻環境中使用所設計，在敏感應用中亦能提供高準確度和可靠度。

控制系統將所有這些元件連結在一起，並負責協調和管理動作與控制解決方案的所有作業。可編程邏輯控制器 (PLC) 是專為控制與自動化設計的耐用型工業電腦，可在工廠自動化、製程控制和其他應用領域中，同時處理多個輸入和輸出訊號。與 PLC 相比，工業 PC 可提供更優異的彈性和處理能力，常與進階動作控制軟體配合使用，在複雜的多軸系統中模擬動作控制演算法。

工業應用中的動作與控制元件

動作與控制解決方案對於提高各式各樣工業製程的效率、準確度和生產力非常重要。例如，這些解決方案可管理機械手臂和機床等設備，以提高工業運作效率並將誤差降至最低。在汽車工廠和倉庫中，動作與控制系統會協調工業機器人、協作機器人 (cobot) 和自主行動機器人 (AMR) 的移動，以執行搬運、裝配和檢驗等任務。同樣地，在工業包裝應用領域中，動作與控制解決方案會使用輸送帶系統、分揀機以及自動儲存／擷取系統 (AS/RS) 來揀選和運送各種品項，例如箱盒和棧板。

在醫療產業，動作與控制系統塑造了提供醫療保鍵和開展研究的方式。其可在各種醫療裝置和設備 (例如手術機器人、診斷造影系統和實驗室儀器) 中進行精準定位、分劑和自動化作業。例如，配備動作與控制元件的手術機器人可採用精準的微創作法來實施手術，進而縮短病患的復原時間並提高整體療效。製藥研究實驗室中的自動化液體處理系統亦使用動作與控制系統來精準配藥和混藥，進而簡化新藥研發流程並加速新療法的開發。

航太與國防產業亦仰賴精準的動作與控制解決方案，如衛星定位、飛行器控制系統和飛彈導引等任務關鍵型應用。在這些產業中，即使是從預期動作或位置產生輕微偏差，也會造成災難性的影響。動作與控制技術可確保這些系統在運作時展現卓越的準確度和可靠度，使衛星能夠維持軌道運行、飛行器能夠安全飛行，飛彈能夠到達目標。不僅如此，這些解決方案亦可協助開發和測試全新的航太與國防技術，使工程師能夠在實際部署前模擬和驗證複雜系統。

瞭解 DigiKey 的多供應商策略

DigiKey 與多家供應商合作，確保為工程師和系統設計人員提供豐富多樣的產品選擇。此策略不僅可豐富產品種類，亦可增進供應能力、提升價格競爭力，以及提供豐富的技術專業知識。DigiKey 多供應商策略的其中一項顯著優勢，即是能夠滿足大量工業需求。無論是適合精密儀器的精巧型步進馬達，還是適合重型自動化的高扭矩伺服驅動器，DigiKey 的庫存產品都能為所有應用領域提供解決方案。這種多樣化的特色，可協助工程師針對其特定需求找到最適合的產品，最佳化整體系統效能和效率。不僅如此，DigiKey 藉由從多家供應商採購的作法，將供應鏈中斷的風險降至最低：若有一家製造商出現生產問題或延誤，即可從其他供應商採購替代產品，確保為客戶提供穩定可靠的供應服務。在工業設施中，即使是最短的停機時間也會對資源、預算和營運帶來巨大影響，而這種恢復力能讓一切徹底改觀。

來自業界領導廠商的進階動作與控制產品

DigiKey 與 Schneider Electric、Siemens 和 Omron 等業界領導廠商合作，展現對於品質與創新的承諾。這些業界大廠以其尖端的動作與控制解決方案著稱，這些解決方案具備先進的功能和技術，可推動效率與永續性。

Schneider Electric 的 Altivar™ 軟啟動器 ATS480 (圖 3) 在前幾代產品的啟動／停止效能基礎上，進一步延長設備的使用壽命，並最大程度提高嚴苛環境中應用的可用性。Altivar 212 VSD 為 HVAC 系統的系統整合商和最終用戶，提供最大的使用簡便性和安全性，不僅節能，還可增進建築舒適度和管理水準。同樣地，ATV320 VFD 以小型尺寸提供安全性、可靠度和精簡度，可簡化安裝並高效率利用空間。

圖 3：Schneider Electric 的 Altivar™ 軟啟動器 ATS480。(圖片來源：Schneider Electric)

Schneider Electric 的 Easy TeSys 系列包括具備最大標度盤示值 13 倍磁保護功能的手動馬達啟動器、配備螺絲夾端子連接的熱過載繼電器，以及提供約一百萬次電氣操作使用壽命的 3 極接觸器。這些元件專為切換和保護常見的馬達應用所設計。TeSys™ 孤島通訊馬達啟動器配備單一帶狀纜線扣，無需控制佈線和 PLC IO，且可透過工業通訊協定存取資料。

Siemens 的 SINAMICS V20 驅動器設計精巧、堅固耐用，非常適合製程與製造設施中的各種基本驅動應用。不僅如此，SIRIUS 3RA23 系列可逆式接觸器組件還能防止主電路與控制電路發生配線錯誤。SIRIUS 控制接觸器為電氣負載切換提供彈性選項，有傳統和固態操作機制可供選擇。

Omron 的 MX2 系列變頻器提供採用 VFD 技術的先進馬達與機器控制，具備精準操作、節能和故障保護等特色。MX2 採用先進的設計和演算法，提供順暢的控制能力，可低至零速，並在開迴路下提供扭矩控制能力。

圖 4：Schneider Electric 的 TeSys 熱過載繼電器。(圖片來源：Schneider Electric)

提升自動化生產線的永續性

為了說明動作與控制技術對永續性帶來的影響，讓我們來看看製造工廠中的自動化生產線。從精準控制輸送帶速度和包裝機器馬達，到整合機械手臂和實作安全系統，這些元件可讓製造商達到最大程度減少能耗和浪費的目標，同時確保操作安全性與可靠度：

輸送帶系統：在自動化生產線中，對於在製造流程各個不同階段之間運送物料和產品，輸送帶系統發揮關鍵作用。採用 Schneider Electric 的 Altivar 212 VSD 或 Omron 的 MX2 系列 VFD，可以控制輸送帶馬達的速度，使其匹配所需的生產率。可確保輸送帶以最佳化速度運作，能降低能耗，並減少機械元件的磨損。此外，諸如 Schneider Electric 的 Altivar™ 軟啟動器 ATS480 等軟啟動器產品，可平穩啟動和停止輸送帶馬達，進而減少機械應力，並延長設備使用壽命。

包裝機：包裝機是自動化生產線不可或缺的組成部分，負責對產品進行包裝、密封和貼標。這些機器通常需要精準控制馬達速度和扭矩，以確保包裝作業的一致性和準確性。透過整合 Schneider Electric 的 ATV320 VFD，可以十分精準地控制包裝機馬達，提高系統的整體效能和能效。

機械手臂：機械手臂在自動化生產線中受到廣泛採用，用於執行物料搬運、裝配和品質檢驗等任務。這些工具需要精準控制多個運動軸，以精準、高效率執行任務。Schneider Electric 的 TeSys 孤島通訊馬達啟動器可控制機械手臂馬達。TeSys 孤島通訊馬達啟動器無需複雜的佈線和 PLC IO，亦有助於快速安裝和簡易設定機械手臂的控制系統。透過內建的數位介面和智慧設定工具，簡化調試和調整作業，同時可透過通訊協定存取關鍵資料，進行遠端監控和預測性維護。

幫浦和風扇：幫浦和風扇對自動化生產線的各個層面 (例如冷卻系統、液壓動力裝置、通風系統) 都非常重要。最佳化這些元件的效能，不僅可以降低能耗，還可確保將停機時間縮到最短。Siemens 的 SINAMICS V20 驅動器設計精巧、堅固耐用，適合用來控制工業環境中的幫浦和風扇。SINAMICS V20 驅動器提供各式各樣的功能，包括 PID 控制、多幫浦控制以及節能模式。

安全系統：在製造設施中，確保人員和設備安全極其重要。透過安全級接觸器組件，可讓生產線達到高度安全性，並降低事故風險和停機時間。Siemens 的 SIRIUS 3RA23 系列可逆式接觸器組件可在馬達控制系統中實作安全功能。這些組件可無縫整合到符合 IEC 61508 和 ISO 13849-1 等國際標準的功能安全性系統中。3RA23 系列整合的機械與電氣聯鎖功能，還可避免佈線錯誤，並確保可逆式馬達電路運作安全。

圖 5：適合數位工廠生產的智慧工業機械手臂。(圖片來源：Shutterstock)

結論

各式各樣的產業若要增進效率和永續性，先進的動作與控制解決方案是關鍵驅動力。透過將這些技術整合至自動化生產線，製造商不僅可以提高運作效率、降低能耗，還可以最大程度減少材料浪費，並延長設備的使用壽命。DigiKey 的產品組合來自多家供應商，可協助工程師和設計人員打造出既能提供高效能又環保的系統。DigiKey 提供的平台可讓工程師探索、比較和採購最適合其應用的動作與控制產品。