可持续性和减少能源消耗的愿望——无论是出于哲学上的还是经济上的原因——已经渗透到整个国家的意识中。而且，考虑到工业过程是地球上能源最密集的操作之一，制造业对提高能源效率的推动比几乎任何其他行业都要大。因此，几乎每一个新设备、机器和系统都在宣传自己的能效。
但工程师和工厂经理如何评估这些说法呢?他们可信吗?
“我们的很多客户都有同样的问题，”菲尔·考夫曼(Phil Kaufman)说罗克韦尔自动化。“我们从客户那里听说，他们试图通过包括节能估算来击败(比较和淘汰)各种竞争对手。”
客户会说，“我喜欢你的功能和成本，但我不喜欢你的能源使用，”考夫曼解释说。但能耗更低的产品功能更少，平均故障间隔时间(MTBF)也更短，所以没有一个是明显的赢家。特性提高了性能，同时也消耗了更多的能量。而这个MTBF数字是因为制造商把马达过大了。”
中国、印度和欧盟都有关于节能工业机械的法律，而美国没有这方面的要求。也没有类似于美国环境保护署(U.S. Environmental Protection Agency)基于能源效率来比较机器的燃料经济性评估的工业设备测试。1992年，美国环保署的“能源之星”标签首次出现在一些电脑显示器上。今天，这种省钱、节能和环保的“绿色”认证只适用于消费品，而且遵守它完全是自愿的。
“我们没有法律强制要求一定的能源效率，但制造商正在寻找节能产品，以降低成本，”工厂自动化服务总监阿尼·穆勒(Arnie Mueller)说博世力士乐。“至于一个产品的能效声明是否可信，如果产品制造商给出了这些能效数字，你就可以相信。但你也必须记住，一块拼图并不能解决整个问题。这不仅是机器的成本，还有运行机器的成本。”
澄清一下，当我们谈论能源时，我们谈论的是电。气动和液压系统虽然本身也能产生能量，但仍然需要电力来驱动泵。“所以，即使机器系统是液压的，60%的时间你真的依赖电力，所以你必须看看整个系统，”穆勒说。
Markus Tegethoff是博世力士乐电液解决方案的产品经理，该解决方案包括Sytronix变速泵驱动器和变频驱动器(vfd)。“当像博世力士乐这样的工业产品供应商提供电液系统的能效规格时，我们会计算其组件的功耗和效率:液压泵和马达组合、变频器或伺服驱动器、阀门、气缸、液压马达、油冷却器(冷却器)等，”他解释道。“要让客户知道好处是什么，他们必须知道他们的流程是什么。”
Tegethoff说，大多数电液系统在不做功的情况下消耗能量。他说:“虽然过程中心或执行机构没有任何动作，但你会听到泵的电机在运转。”“我们的系统被设计成只在应用程序需要时使用能量。在某些操作中，我们可以使用更小的电机，而过去需要使用更大的电机。”
穆勒说:“对于一台注塑机或一台4000吨重的压力机来说，你需要在一个很小的空间里消耗大量的能量。当我中风的时候，我需要很大的压力。在停留期间，我需要保持压力，但我不需要加速。回程时，我可以滑行。我不需要那么多的能量。”
一个应用程序的循环时间可能只需要25%的电力。穆勒说:“你可以通过伺服系统或变频器获得这种可变性，但不能通过连续运行的泵。”Tegethoff补充说，根据应用周期、部分负载操作的比例和所需的等待/停留时间，使用博世力士乐组件的液压系统可以减少10- 70%的能源。
机器制造商的困境
其他类型的机器和工业过程在监控和优化电力使用时也可以看到类似的节省。但这可以由机器制造商来解释细节。罗克韦尔自动化的考夫曼表示:“我的客户要求在电机不使用时保持低功耗状态。“但是时间窗口是30分钟，需要45分钟来稳定加热元件。除非你的反应足够快，否则你无法进入低功耗状态。这些类型的东西是看不见的，这取决于机器制造商指出这一点。在这种情况下，使用性能更高的组件并不是过度使用，而是适当使用。”
性能更高的组件可以使整个系统更节能，但通常成本更高。穆勒说:“整车厂陷入了两难境地。“他们希望提供节能产品，但最终用户采购部门仍在关注机器的成本，而不是总拥有成本。”
像宝洁、通用磨坊或福特这样的大型制造商都有一些节能目标，这些公司的车间工作人员通常都明白这种权衡。穆勒说:“我们可以和工厂的人谈谈，他们知道这台机器的前期成本要高出10%、20%或30%，但随着时间的推移，它会节省资金。”“他们通常必须向管理层推销自己的想法。”
施耐德包装设备该公司副总裁皮特•斯奎尔斯(Pete Squires)表示，该公司制造了大量定制设备，因此“对于我们这种类型的OEM来说，很难用任何指标来衡量去年的机器。”“很多做二次包装的人都很相似。”
斯奎尔斯说，他的公司使用罗克韦尔自动化的5500驱动器，一种节能的共享驱动器，“我们关闭了所有不必要的电机。我们寻找高效的电气产品。我们在不需要的时候关闭输送系统，但我们必须增加几个传感器来做到这一点。我们已经讨论了如何展示节能效果，并尝试了一些能源监测设备，但我们一直在努力解决这些设备的成本问题。”
斯奎尔斯说，他的公司能够节省的地方是安装机器。他说:“随着机器老化，空气系统也会老化，效率也会降低。”“东西开始泄漏，过滤器变脏了。”
SMC公司。斯奎尔斯说，这家专门从事工业自动化气动控制工程的日本公司有一个非常好的程序，可以审计现有的机器，显示有多少空气没有被消耗。博世力士乐为液压系统提供类似的审计服务。
能源监测
制造商可以通过嵌入在机器控制系统中的系统或使用外部工具来监控机器的能源使用情况。Beckhoff自动化的EtherCAT I/O系统和TwinCAT基于pc的控制软件将电源监控集成到用于机器控制，运动控制等的同一系统中。
“倍福生产四种功率监测I/O终端，可测量三相或单相功率。这些终端在同一机架上采用相同的标准I/O格式——这不是一个单独的系统，”倍福I/O产品专家Kurt Wadowick说。其中一个电力监控终端是XFC终端——XFC代表eXtreme Fast control——提供高速监控，在PLC扫描之间收集数据。这些设备可以低到微秒范围来检测谐波。这很重要，因为更多的谐波意味着更多的热量，这转化为浪费的能源。”
Wadowick指出，这种集成电源监测对oem来说是一个福音，因为“非倍福三相电源监测仪通常在数千美元的范围内运行，而我们的通常是几百美元一个终端。数据处理通过基于pc的控制器完成，大大节省了成本。”
为了准确地监测能量，你必须在传感器和网络技术上非常快速。“响应时间越快，你浪费的能量就越少，”Wadowick说。他的监测产品提供亚毫秒级的响应时间，这是EtherCAT网络和TwinCAT软件平台的高性能和准确性的功能。
倍福的控制软件还包括一个状态监控库，因此它可以分析来自多种传感器的动态能源数据，并协助做出预测性维护决策。以轴承振动传感器为例，较大的谐波失真可能表明轴承即将失效，这会导致电机更加努力地工作并浪费能量。
此外，与倍福的TwinCAT控制软件一起使用时，步进电机矢量控制的新发展提供了类似伺服的响应。“由于这项技术，使电机运动所需的热量/能量已经减少了，”Wadowick说。“你只需要使用足够的能量来完成这项工作。”
OEE中的能量
嵌入式能源监控可以提供实时生产和能源使用数据，从而实现主动节能计划。例如，如果您发现某个系统今天使用30千瓦，第二天使用60千瓦，您可以深入挖掘原因。
Wadowick说:“以这种粒度收集能源使用数据，并通过一个标准系统使其在整个系统中可用，这确实为提出和回答我们以前无法解决的能源使用问题奠定了基础。”倍福控制系统使用OPC UA连接，将能源数据安全地传输到智能手机等移动设备。
考夫曼同样热衷于能源使用信息如何在优化制造过程中发挥作用。他在罗克韦尔的职责是“将能源功能嵌入到所有业务中”。我们希望能源管理融入我们所做的一切，包括生命安全和保障，”他表示。“我们说的不是电能质量;我们讨论的是总能源消耗。我们希望能够可视化生产强度，即每件产品消耗了多少能量，同时也能够可视化生产效率。”
与其他公司一样，罗克韦尔的目标是将能源使用作为整体设备效率(OEE)计算的一部分。他说:“总能量包括一个过程中使用的所有能量:在保持期、转换和发射期间，以及在生产期间。”如果一台机器的效率是60%，但在午餐时间和一天结束时，你的效率只有40%，你想知道这一点。”
如果升级控制系统以包括综合能源监测、分析和反馈似乎不可行，你可以使用外部能源使用监测来创建基线并衡量进展。“如果你正在节食，你会定期称体重。能源使用也是如此。侥幸。“我们的工具可以量化效率，并验证你实际使用的电力。”
汤普森说，你需要在整个工厂的几个点和多个层次上连接电表。“你想把整个系统分解成足够分散的部分，这样你就能真正找到节能的机会——部门层面、生产线、机械部件等。”
Fluke的1730能源记录仪是一款易于使用的能源监测仪，剔除了电能质量信息，因此用户可以只关注使用情况。他说，福禄克能源监测器和电表所做的另一件事是，像公用事业公司一样，以千瓦为单位测量电力，所以所有的数据都与总账单相符，便于比较。
