Små saker – stora energibesparingar

Ibland kan små saker göra stor skillnad. Nätverksprocessorn Anybus NP40 är ett litet chip – endast 17x17 millimeter stort – men den hanterar kommunikation för många av världens största industriella maskiner och apparater

Anybus utvecklingsteam på HMS Networks i Sverige har kunnat vidta flera åtgärder för att få sina Anybus kommunikationsprodukter att spara ström. Och eftersom miljontals Anybus-produkter skeppas varje år är besparingspotentialen stor.

HMS Networks har ett ambitiöst hållbarhetsmål att bli nettopositiva när det gäller CO2-utsläpp till 2025. Det innebär att alla team måste vända på varje sten för att leta efter hållbarhetsvinster.

Ett team som har haft detta i åtanke är Anybus utvecklingsavdelning i Halmstad. De utvecklar världsledande Anybus industriella kommunikationsprodukter som gör det möjligt för industriella maskiner att kommunicera på alla industriella nätverk (därav namnet Anybus).

Tre små åtgärder – stora effekter

Anybus NP40 är den högpresterande nätverksprocessorn som hanterar kommunikationen i populära Anybus-produkter som Anybus CompactCom eller Anybus Communicator.

Som med de flesta industriella applikationer – Anybus-produkter behöver vara "alltid på" och därför kan energibesparande åtgärder ha stor effekt – särskilt om de används i miljontals applikationer.

Timmy Brolin, Principal Engineer på HMS Anybus-utvecklingsteam, berättar om tre nyligen genomförda initiativ.

Du har implementerat viloläge för CPU:n när det inte finns något arbete att göra. Vilka är effekterna av det?

"Även om vi använder inbyggda processorer med låg effekt förbrukar de fortfarande en del ström. Vi har kunnat minska den genomsnittliga strömförbrukningen med cirka 100 mW (milliwatt) bara genom att se till att CPU-kärnan försätts i viloläge när det inte finns något arbete att göra.

Detta är ibland så enkelt som att bara lägga till en eller några rader i kodbasen. Och även om 100 mW kanske inte verkar så mycket till en början, blir det förvånansvärt stora siffror när produkter produceras i miljontals."

(Se räkneexempel i slutet.)

Ni har även bytt ut inbyggda regulatorer mot switchbuckregulatorer, hur fungerar det?

"Vissa typer av komponenter, t.ex. mikrokontroller, kommunikationsstyrenheter och Ethernet PHYs*, kräver vanligtvis en lågspänningsströmförsörjning för kärnan och en högre spänningsförsörjning för I/O-enheterna**.
 
Vissa av dessa komponenter kommer med en inbyggd linjär effektregulator för kärnan, så att den kan köras från en enda strömförsörjning med högre spänning, t.ex. 3,3 V. Dessa inbyggda linjära regulatorer är dock inte särskilt effektiva, så de slösar energi.

I en ny design inaktiverade vi en inbyggd regulator som hade en verkningsgrad på 36 % och lade till en buckregulator*** från Texas Instruments med 90 % effektivitet. Denna förändring minskade den totala strömförbrukningen med cirka 150 mW.
  
Även om den extra regulatorn ökar den initiala kostnaden för produkten något, sparar den faktiskt mer pengar för kunden längre fram eftersom den minskar energianvändningen."

Vilka energibesparingar är möjliga med moderna energieffektiva Ethernet PHY?

– För några år sedan introducerades en reviderad version av standarden för 10Mbit Ethernet som heter 10BASE-Te. Denna revidering åtgärdar ett äldre problem för Ethernet PHY-konstruktörer och gör det möjligt för en Ethernet PHY att optimeras bättre för 100 Mbit och gigabitdrift med lägre spänningar, utan att offra kompatibiliteten med den gamla 10 Mbit-versionen av Ethernet med högre spänning.

Genom att ersätta äldre Ethernet PHY:er med moderna som är utformade i enlighet med 10BASE-Te-revisionen har vi minskat strömförbrukningen per Ethernet-port med cirka 190 mW vid drift i 100 Mbit-läge.

Denna energibesparing har visat sig vara den mest betydelsefulla, med tanke på att majoriteten av våra produkter har två eller flera Ethernet-portar vardera." 

Samuel Alexandersson är Business Line Director på HMS affärsenhet Anybus:

– Även om vi pratar om energibesparingar i milliwatt så kommer den stora effekten från skalan på att Anybus kommunikationsmoduler används så flitigt. Förra året skeppade HMS 1,2 miljoner Anybus-produkter. Enligt våra beräkningar är den potentiella årliga energibesparingen för dessa implementeringar högre än vad HMS som företag förbrukar under ett år."

Samuel Alexandersson ser en stor efterfrågan på energibesparande åtgärder framöver.

"Våra industrikunder gör allt de kan för att spara energi nuförtiden och med energipriser som skjuter i höjden kan små saker som dessa verkligen göra stor skillnad för att minska energiförbrukningen och CO2-utsläppen från industrimaskiner."

* PHY hänvisar till det fysiska lagret i OSI-modellen – i det här fallet den komponent som driver den elektriska signalen på Ethernet-kabeln.

**I/O – ingångar och utgångar

En buckregulator är en DC-till-DC-strömomvandlare som trappar ner spänningen (samtidigt som strömmen ökar) från dess ingång.