工业

4.0 时代电机控制系统的发展趋势

工业

4.0（Industry 4.0）是德国政府《高技术战略 2020》确定的项目之一，该项目旨在通

过利用信息通讯技术和网络技术，将制造业向智能化转型，工业

4.0 已上升为德国的国家

战略。

“工业 4.0”分为两大主题，一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及

网络化分布式生产设施的实现，意味着设备之间可以相互沟通，并能在智能联网的生产流
程中独立运作；二是

“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及 3D 技

术在工业生产过程中的应用等。
　　

IHS 司高级分析师周万木指出，德国提出工业 4.0， 美国提出先进制造业国家战略计划，

我国也在推进传统制造业的转型与升级，在这样的大背景下，传统的电机和电机控制行业
也正在发生变化，对电机控制芯片也提出了新的需求。分析师周万木认为主要的趋势包括以
下三个方面：
　　单独的机械设备中电机的轴数正变得更多，多轴控制越来越多的应用在包装机械、电子
组装机械、食品饮料机械，

 机械手和印刷机械中。为了满足小批量，定制化和柔性化的加工

需求，客户需要灵活的调整电机控制的轴数，要求电机控制系统更加开放，可以重复编程。
　　另外，现代工厂的生产线正变得越来越复杂，比如汽车制造，包装，食品饮料，仓储
物流等产线正在使用成百上千个变频器、伺服和电机来控制物料流动，

 这些产线对分布式

电机控制系统需求量比较大。以前的电机控制系统会有个中央电气控制柜安装电机驱动器，
而分布式电机控制系统可提供一套紧凑的模块化解决方案，有助于简化接线、缩短调试时间
和降低对额外机柜空间的需求，更少的线缆连接也可以减少干扰，提高生产线的可靠性，
无需使用电气控制柜使得电机可以快速连接到工业以太网。
　　电机控制系统的分布式同时意味着电机控制产品的集成化，

 比如电机和电机驱动的集

成，电机控制器和

PLC 的集成，电机控制器和驱动的集成。电机，电机驱动及其控制系统

的高度集成化，使得三者的设计，制造和运行都紧密融为一体，与传统电力传动系统相比
它们体积更小，重量更轻，功率密度更高。

IHS 公司高级分析师周万木提到，集成的概念不

仅仅停留在电机，电机驱动和电机控制器，还包括整个电机系统的集成。

 西门子公司正在

推广

IDS（Integrated Drive System）集成驱动系统包括两个层面，第一个层面是横向集成，

包括电机控制器，电机驱动，电机和减速机的集成；第二个层面是纵向集成，是将电机系
统纳入到整个工业控制系统，也叫

TIA（Totally Integrated Automation Portal）。

　　电机控制的集成化趋势使客户对电机控制

MCU， FPGA 和 DSP 性能的要求越来越高，

同时要求半导体芯片厂商也能提供集成的解决方案，在单颗芯片中集成更多的功能，

I/O，

驱动，控制算法以及工业以太网模块等。
　　整个电机控制系统的智能化、网络化和远程控制将是大势所趋。电机控制系统不但是转
换和传送能量的装置，也是传递和交换信息的通道，未来的工业电机系统不仅仅是一个执
行机构，同时也会是整个工厂系统的一个有机组成部分和能源使用监控点。

IHS 公司高级分

析师周万木举例说，比如西门子，

ABB 生产的一些电机，可以自动的采集和记录电机内的

电压，电流，温升，振动等状态变化，并通过以太网将数据实时的送到控制中心，以供对
电机的运行状态进行检测和故障诊断，使操作员无论身在何处均可访问参数、状态和诊断信