工業(yè)4.0的難點和挑戰(zhàn)，他們的創(chuàng)新點

　　工業(yè)4.0，你理不理他，他都將席卷全球。索性，我們還是拿出萬分的創(chuàng)新精神來迎接它。

Maxim：對新型控制IC的需求比以往都高得多

　　這是一個有趣的問題，因為在存在了近半個世紀(jì)后，人們可能會有這樣的想法：PLC已經(jīng)非常成熟，因而沒有多少改進的空間。然而，我們卻看到對新型控制IC的需求比以往都高得多。Maxim Integrated中小客戶市場產(chǎn)品線系統(tǒng)及應(yīng)用總監(jiān)Duc Ngo指出，除了提升分辨率、加快速度、縮小尺寸、降低功耗和成本等需求外，對安全和認證的需求也很大。

Maxim Integrated中小客戶市場產(chǎn)品線系統(tǒng)及應(yīng)用總監(jiān)Duc Ngo

　　對PLC供應(yīng)商來說，采用能夠應(yīng)對未來更高分辨率、易于擴展的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器是個方向。16位分辨率在現(xiàn)階段幾乎成為必要條件，然而未來幾年內(nèi)，可能會需要更高的分辨率，因此應(yīng)當(dāng)將引腳兼容的系列產(chǎn)品納入考慮范圍。盡可能多的在系統(tǒng)中進行認證。如果您認為目前沒有安全功能的需求，則無需現(xiàn)在加入，但要做好準(zhǔn)備，以便在未來某天需求陡增時能夠迅速應(yīng)對。

　　工業(yè)4.0和智能工廠意味著我們處于一個需要變革的階段，工廠互聯(lián)程度比以往更高，能夠適應(yīng)最新的傳感器技術(shù)，并且在高度安全的環(huán)境中快速處理“大數(shù)據(jù)”。在此種環(huán)境下，不允許發(fā)生單點故障的情況。系統(tǒng)要能夠智能地進行自調(diào)節(jié)，并在所有情況下保持高精度工作性能。因此，需要進行大量的數(shù)據(jù)監(jiān)測、電源跟蹤，以便降低發(fā)熱、提升整合度。

　　那么，在過去的5年多里，Maxim的PLC芯片特點發(fā)生了哪些改變?

　　許多人認為要想降低方案尺寸，需要依靠數(shù)字技術(shù)。這在PLC領(lǐng)域是不正確的，因為數(shù)字芯片在PLC模塊中只占據(jù)不到四分之一的電路板空間。問題的根源是模擬IC和分立元件所占據(jù)的空間，這些器件并非像數(shù)字芯片那樣易于改變尺寸。在Maxim，我們對該問題有很好的認識，并已經(jīng)著手尋求將多種分立功能集成至單顆IC的方法，從而為系統(tǒng)設(shè)計人員提供尺寸、功耗和成本方面的顯著優(yōu)勢。例如：Maxim的微型PLC技術(shù)演示平臺展示了模擬整合如何能夠?qū)崿F(xiàn)PLC尺寸縮小10倍、功耗降低50%、數(shù)字I/O速度加快70倍。Maxim的智能整合方式以及自身專有的工業(yè)技術(shù)確保上述性能得以實現(xiàn)。

　　電源效率是關(guān)鍵特性之一。例如：眾所周知24V常用于PLC背板，12V多用于板上電源分配。如果我們能夠在板間使用48V，則可使電流降低4倍，從而使功耗降低16倍。為實現(xiàn)這一點，我們需要一款具有高壓負載點DC-DC轉(zhuǎn)換器的IC，從而省去中間的DC-DC轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。

　　如前所述，高度模擬整合和提升電源效率是Maxim一直以來的關(guān)注重點。此外，由于工業(yè)4.0下的PLC高度互聯(lián)，工廠必須進行安全保護，以應(yīng)對各種威脅，包括：黑客、惡意軟件和病毒等。系統(tǒng)級軟件安全等級不夠，必須尋求基于硬件的安全措施，以應(yīng)對上述威脅。Maxim在硬件安全領(lǐng)域擁有20余年的豐富經(jīng)驗，涉及ATM、POS系統(tǒng)和打印機墨盒等消耗品。我們的安全產(chǎn)品線十分豐富，從簡單的認證引擎，到能夠?qū)崿F(xiàn)基于高級標(biāo)準(zhǔn)加密算法的復(fù)雜安全微控制器。

　　為了適應(yīng)未來需求，我們還有不少IO-Link方案，如：IO-Link光傳感器、IO-Link接近檢測傳感器、IO-Link 16通道數(shù)字輸入集線器。您可以在我們網(wǎng)站的參考設(shè)計中了解這些方案的更多信息：http://www.maximintegrated.com/cn/design/reference-design-center.html。

　　除了微型PLC的項目外，IO-Link和超聲流量計也是我們重點關(guān)注的。我們計劃打造更多采用超聲技術(shù)的計量方案，包括：氣表。此外，我們還有三個面向電能計量的設(shè)計，包括交流監(jiān)測方案和電能測量方案。這些方案的更多信息，請參見我們的網(wǎng)站。

　　Maxim幫助系統(tǒng)供應(yīng)商或者制造商集成PLC芯片，我們稱之為Maxim智能整合方式。例如：我們知道I/O是PLC和工業(yè)4.0所需的大量傳感器和執(zhí)行器之間的必備鏈路。當(dāng)制造商在工廠車間內(nèi)增設(shè)更多傳感器時，設(shè)備設(shè)計商必須做到使通道密度更高，即便在PLC尺寸持續(xù)縮減的情況下。

　　I/O隔離架構(gòu)為顯著降低空間提供了機會。傳統(tǒng)方法是每通道采用一個光耦，這種方法使用的器件數(shù)量多，占用較大的電路板空間以及需要使用數(shù)字I/O引腳。Maxim推出的多通道串行器(如MAX31911)能夠?qū)鞲衅骱烷_關(guān)的24V數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換、調(diào)理、串行化至PLC微控制器所需的5V、CMOS兼容電平，從而將多路隔離通道數(shù)量減至三路。

　　英飛凌多元化身份推動工業(yè)4.0發(fā)展

　　工業(yè)4.0旨在通過信息通訊技術(shù)和信息物理系統(tǒng)相結(jié)合，推動制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。智能制造、智能工廠、智能產(chǎn)品都是其核心的應(yīng)用熱點。

　　在工業(yè)4.0愿景中，不僅生產(chǎn)線和生產(chǎn)設(shè)備更加智能化，被生產(chǎn)和加工的產(chǎn)品本身也將參與到被生產(chǎn)的制造的流程中，變得智能。處于如此高度智能化、自動化的環(huán)境中，任何的惡意入侵、破壞、攻擊以及信息篡改都回給生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備、產(chǎn)品和人員帶來不可預(yù)估的損失。因此，工業(yè)環(huán)境下的安全和安防是工業(yè)自動化的關(guān)鍵組成部分，也是其應(yīng)用的難點。另外，大量的生產(chǎn)線、生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)部件實現(xiàn)互聯(lián)，如何實現(xiàn)彼此間高效地溝通，節(jié)省能耗，是另一大難點。

　　英飛凌科技(中國)有限公司總裁兼執(zhí)行董事賴群鑫

　　英飛凌科技(中國)有限公司總裁兼執(zhí)行董事賴群鑫坦言，對英飛凌來說，優(yōu)勢在于：

　　在工業(yè)4.0計劃中，英飛凌具有多元化的身份，從多重角度推動工業(yè)4.0發(fā)展。首先，英飛凌是德國工業(yè)4.0的創(chuàng)始成員之一，參與討論制定相關(guān)的規(guī)則;其次，英飛凌也是工業(yè)4.0的使用者，位于奧地利菲拉赫的工業(yè)4.0試點基地擁有世界上最尖端的生產(chǎn)系統(tǒng)之一，包含高度現(xiàn)代化生產(chǎn)控制與自動化系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)安全與數(shù)據(jù)完整性水準(zhǔn)達到最高等級的前提下，人機互動在試點工廠中將提升至一新的層次;最后，面向工業(yè)4.0和物聯(lián)網(wǎng)，我們提供大量領(lǐng)先的半導(dǎo)體解決方案。

　　高能效和安全性是英飛凌重點關(guān)注的領(lǐng)域。其不僅是全球最大的功率半導(dǎo)體供應(yīng)商，在工業(yè)4.0節(jié)能方面發(fā)揮著重要作用;同時，作為25年來安全智能卡芯片的世界領(lǐng)導(dǎo)者，安全解決方案為工業(yè)4.0 中的設(shè)備溝通、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、專利防偽等提供最高等級的安全保障。

　　英飛凌提供有創(chuàng)新的產(chǎn)品和技術(shù)：

　　- 安全解決方案，可以為聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)和設(shè)備提供保護。

　　o 備件防偽解決方案有效地保護系統(tǒng)，可避免他人擅自更換部件。

　　o 提供軟件知識產(chǎn)權(quán)保護，支持激活和遠程軟件更新。

　　o 通過數(shù)據(jù)加密，幫助實現(xiàn)保密通信，從而保護工業(yè)專門知識。

　　o 比如，在2014德國 IT峰會上，與德國電信股份有限公司共同推出一款用于保護網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)的安全解決方案。英飛凌首席執(zhí)行官Reinhard Ploss博士現(xiàn)場向德國總理默克爾演示了工業(yè)4.0代表的智能生產(chǎn)流程，涉及下單，生產(chǎn)，運輸方案和交貨，我們的安全芯片對下單的人、用于下單的平板電腦、連接一切信息的路由器和生產(chǎn)線本身等各個環(huán)節(jié)進行身份認證，以確保整個生產(chǎn)過程的安全性。

　　o 此外，為樓宇自控提供高能效和門禁控制安全解決方案。

　　- 作為IGBT的世界領(lǐng)導(dǎo)者，英飛凌的功率半導(dǎo)體具有極高的功率密度，能在工業(yè)自動化生產(chǎn)中最大限度地提高效率、降低損耗，實現(xiàn)高度自動化。

　　- XMC系列微控制器可提供實時控制和保護開關(guān)特性，在各種自動化設(shè)備中發(fā)揮重要的控制和傳輸功能。

　　- 工業(yè)應(yīng)用傳感器具有極佳的精準(zhǔn)度和穩(wěn)定的控制效果，能夠準(zhǔn)確地捕捉工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的運動、外形尺寸、壓力或電流，幫助提升工業(yè)生產(chǎn)的能效和安全。

　　ADI：工業(yè)4.0，將人，機器設(shè)備和信息連接在一起

　　第四次工業(yè)革命是綠色工業(yè)革命,一系列生產(chǎn)函數(shù)發(fā)生從自然要素投入為特征，到以綠色要素投入為特征的躍遷，并普及至整個社會。ADI亞太區(qū)電機與電源控制行業(yè)市場部專員于常濤認為，其核心特征應(yīng)該是高效節(jié)能，網(wǎng)絡(luò)化與模塊化。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/270388.htm

　　工業(yè)4.0，將會通過自動控制，網(wǎng)絡(luò)及計算將人，機器設(shè)備和信息連接在一起。就生產(chǎn)制造的流程而言，就是將這一切整合到一個數(shù)字化的企業(yè)平臺。通過數(shù)據(jù)采集，分析，優(yōu)化，得到最佳化的方式。從而實現(xiàn)更具效率的生產(chǎn)方式。

　　ADI亞太區(qū)電機與電源控制行業(yè)市場部專員于常濤

　　就未來的發(fā)展而言，有幾大特點：

　　第一：互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)給工業(yè)生產(chǎn)帶來的革命性變化。

　　第二：其次，虛擬與實際的界限似被消除。所有生產(chǎn)程序均可提前在計算機中仿真模擬，可在虛擬世界中就完成生產(chǎn)的分析與優(yōu)化。

　　第三：人工將在很大程度上被機器智能取代。

　　于常濤指出，機器人是一個快速增長的行業(yè)，據(jù)統(tǒng)計，安裝量保持了近30%年增長率。同時，機器人所應(yīng)用的行業(yè)，由之前用于汽車焊接、噴繪的產(chǎn)業(yè)，擴展到常規(guī)的工業(yè)應(yīng)用場景，如搬運，碼垛，點焊等等。應(yīng)用與汽車行業(yè)的機器人，是屬于技術(shù)高端的產(chǎn)品，一直由國外公司所壟斷，如ABB，F(xiàn)ANUC等。常規(guī)工業(yè)所需要的，往往是小尺寸，緊湊型的機器人(或者說機器手臂)，技術(shù)水平要求相對偏低，也是目前國內(nèi)企業(yè)所主攻的市場。

　　從技術(shù)角度看，機器人是屬于伺服控制的系統(tǒng)級產(chǎn)品，伺服電機仍然是執(zhí)行機構(gòu)，運動軌跡規(guī)劃和運動控制是核心功能，再加上若干的安全保護功能以及機械加工，很顯然，比傳統(tǒng)的電機控制復(fù)雜很多。但不管是怎樣的架構(gòu)，電機控制仍然是核心功能，這也是ADI所關(guān)注的重點。

　　ADI公司張鵬表示，智能系統(tǒng)包含若干關(guān)鍵技術(shù)，但電機控制一定是核心技術(shù)之一。針對電機控制，ADI有著完整的系統(tǒng)方案，包括處理器，安全隔離相關(guān)的派生產(chǎn)品，位置檢測，以及模擬信號處理等，甚至延伸到軟件算法。

　　比如，ADI在電機控制應(yīng)用領(lǐng)域有非常完整地信號鏈，無論是驅(qū)動器、變頻器和伺服系統(tǒng)。在伺服控制中，高精度電流和電壓檢測可提高速度和扭矩控制性能，要求12位及以上的性能的多通道ADC;ADI具有業(yè)界領(lǐng)先的ADC技術(shù)，包括了隔離ADC產(chǎn)品，它們可以很好地滿足高精度控制的要求。位置檢測性能是伺服控制的關(guān)鍵，常常使用光學(xué)編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置傳感器，對于高污染及強震動的工業(yè)及汽車應(yīng)用環(huán)境，旋轉(zhuǎn)變壓器將會被越來越多采用;ADI可以提供高精度RDC來滿足使用旋轉(zhuǎn)變壓器的位置檢測場合。伺服控制技術(shù)從模擬向數(shù)字的轉(zhuǎn)換推動了現(xiàn)代伺服系統(tǒng)的發(fā)展，也滿足了對于電機控制的性能和效率的高要求。從優(yōu)先考慮安全和保護的角度，信號采樣和功率器件驅(qū)動應(yīng)采用隔離技術(shù)，ADI公司的iCoupler數(shù)字隔離器產(chǎn)品可滿足高壓安全隔離要求。為實現(xiàn)矢量控制和無傳感器控制，對DSP等高性能處理器提出了更高的要求。在工業(yè)應(yīng)用的設(shè)計中，IC產(chǎn)品需要更長的生命周期和更高的可靠性。普通的交流感應(yīng)電機向永磁同步電機轉(zhuǎn)變已是大勢所趨，要求系統(tǒng)設(shè)計師能提供更高效率和更靈活的算法。另外，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展也給電機應(yīng)用帶來了一些新的變化，越來越多的電機控制系統(tǒng)考慮增加網(wǎng)絡(luò)功能，可作為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的一個結(jié)點。

　　除此以外，針對電機控制解決方案，ADI公司提供了門類齊全的產(chǎn)品組合，其中包括了模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器、放大器、嵌入式處理器、iCoupler®數(shù)字隔離器和電源管理器件;這些高性能的器件和增加系統(tǒng)集成度有助于實現(xiàn)更新型的拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計，為客戶實現(xiàn)系統(tǒng)的差異化設(shè)計帶來價值, 伺服驅(qū)動系統(tǒng)的性能同用戶最終所構(gòu)建的運動控制系統(tǒng)的性能和所能提供的精度密切相關(guān)，多數(shù)情況下，最終的用途可以是一個高精度數(shù)控機床系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)或機器人系統(tǒng)，這些系統(tǒng)要求能夠精確控制位置及電機的扭矩;ADI公司能夠提供涵蓋信號鏈中所有重要器件的完整解決方案。

　　于常濤補充，MEMS產(chǎn)品，如陀螺儀、加速度計，也是ADI針對電機控制應(yīng)用的核心產(chǎn)品之一。目前，我們看到的一個應(yīng)用就是設(shè)備的工作狀態(tài)監(jiān)控，它是這樣的一個系統(tǒng)應(yīng)用。

Littelfuse：保護系統(tǒng)的可靠性

　　許多消防和保安系統(tǒng)的檢測元件，諸如視頻攝像頭、溫度傳感器、門窗入侵傳感器等，都在一個以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中被聯(lián)系在一起。在商業(yè)/工業(yè)系統(tǒng)中，該網(wǎng)絡(luò)通常包含一個具有記錄功能的中央監(jiān)控站。可以通過選擇以太網(wǎng)供電(PoE)對該網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備進行供電。選擇以太網(wǎng)供電，具體的以太網(wǎng)版本(100BaseT、千兆以太網(wǎng)等)以及是否涉及室內(nèi)或室外應(yīng)用，將決定所需要的電路保護器件。

　　從應(yīng)用的角度看，要回答的基本問題是用戶是不是唯一的威脅(即：靜電放電考慮)，還是以太網(wǎng)端口也會暴露于雷擊瞬態(tài)威脅之下。對于以太網(wǎng)端口連接到本地交換機或設(shè)施內(nèi)攝像機的應(yīng)用安裝，雷電耦合進入到電路的可能性較小。在這種情況下，由于數(shù)據(jù)速率可能會大于或等于100Mbps，應(yīng)使用電容約為4pF或更低的TVS二極管陣列進行靜電放電保護。

　　杜志德 (Teddy To)，美國力特公司全球技術(shù)營銷經(jīng)理

　　在電纜敷設(shè)距離很長(>100m)且以太網(wǎng)硬件在機柜里與電氣硬件和電路混雜在一起，請參考GR-1089和其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來確定保護要求。適用該建筑內(nèi)規(guī)范的應(yīng)用所需要的保護應(yīng)比在靜電放電是主要威脅的應(yīng)用中的要更加強大。如果以太網(wǎng)電路包含一個能承受和限制雷擊瞬變的變壓器，可能只需要使用物理層側(cè)保護，相反，室外系統(tǒng)需要更多的保護。在室外系統(tǒng)中，直接耦合雷擊瞬變的可能性非常高。由于浪涌能量非常高，在以太網(wǎng)線路側(cè)需將需要使用SIDACtor器件。對于變壓器的物理層側(cè)，安裝一個TVS二極管陣列以“清理”線路側(cè)保護允許通過的任何能量。

　　以太網(wǎng)供電保護考慮因素

　　以太網(wǎng)供電大大地簡化了以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的安裝。正如人們預(yù)料的一樣，視頻攝像頭和其他現(xiàn)場安裝的安全傳感器組合在一起增加了保護方案所需考慮的因素。而和純數(shù)據(jù)以太網(wǎng)系統(tǒng)相比，以太網(wǎng)供電系統(tǒng)具有一個連接于以太網(wǎng)線路上的電源供應(yīng)器，通常在安裝的每端。在端點插入系統(tǒng)的一側(cè)是電源供應(yīng)設(shè)備(PSE)。另一側(cè)是使用電能的用電設(shè)備(PD)，如IP攝像頭。

　　除了保護以太網(wǎng)數(shù)據(jù)線，以太網(wǎng)供電還需要對電源供應(yīng)設(shè)備和用電設(shè)備進行保護。在這兩種情況下，應(yīng)安裝保護器件，以滿足特定應(yīng)用的需求。

　　對于太網(wǎng)供電電路，常用的解決方案是使用TeleLink熔斷器進行過電流保護，使用雙向TVS二極管為整個電源供應(yīng)提供保護。無論極性如何，選擇雙向TVS二極管以避開線路電壓。在必須符合安全標(biāo)準(zhǔn)(如UL60950-1)的應(yīng)用中，會使用熔斷器。要得到更為強大的保護解決方案，可以使用力特SMB、SMC、或SMD版本來代替SMAJ58CA。

　　沒有系統(tǒng)的可靠性，智能工業(yè)系統(tǒng)將無法正常運作。那些不受保護的系統(tǒng)將不會以我們想要的方式智能地運轉(zhuǎn)。因此，工業(yè)市場的智能系統(tǒng)將給予系統(tǒng)設(shè)計師更多的機會來布署電路保護產(chǎn)品。由于智能系統(tǒng)的復(fù)雜性不斷增加，對于較小的尺寸的電路保護產(chǎn)品的需求非常大。力特公司已經(jīng)有投資于較小尺寸的電路保護產(chǎn)品開發(fā)和工業(yè)系統(tǒng)高功率元件的發(fā)展。例如，我們已經(jīng)開發(fā)了一些新的差異化產(chǎn)品如高功率SMT TVS二極管，與我們傳統(tǒng)的通孔TVS二極管產(chǎn)品進行區(qū)分，以應(yīng)對這種應(yīng)用的新趨勢。我們的一些靜放電TVS二極管陣列可以從常見的0402縮小到01005的尺寸，這也是我們在市場上的主要領(lǐng)域之一。我們還將推出可以處理1200伏應(yīng)用系統(tǒng)的可控硅/雙向可控硅產(chǎn)品和一些IGBT產(chǎn)品(1200伏，450安)。

　　新產(chǎn)品的開發(fā)是力特公司的關(guān)鍵舉措之一。今年我們已經(jīng)推出了許多針對智能工業(yè)市場的新產(chǎn)品，而且來年也會繼續(xù)推出新的產(chǎn)品。針對我們的TVS二極管陣列產(chǎn)品線，我們已經(jīng)推出了一系列高電壓產(chǎn)品SD和SDxxC系列用以保護工業(yè)控制輸入/輸出和工作電壓可高達36伏的靜電放電的傳輸接口。對于取代傳統(tǒng)的壓敏電阻方案，這將是一個很理想的解決方案。同時，新的SM712雙重TVS二極管陣列旨在保護具有不對稱信號-7 / +12伏的RS485收發(fā)器接口。對于功率控制區(qū)域，我們在上面已經(jīng)提到，我們今年已經(jīng)推出了1200伏IGBT和可控硅/雙向可控硅用以應(yīng)對工業(yè)市場上的高壓功率控制。此外，我們已經(jīng)在我們的產(chǎn)品線中增加了高可靠性TVS二極管產(chǎn)品的新系列，以利于我們在智能工業(yè)市場上占據(jù)更好的位置。

　　力特不再是一個純粹的電路保護產(chǎn)品供應(yīng)商，如今已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿螂娐繁Ｗo產(chǎn)品、功率控制和傳感器的領(lǐng)先供應(yīng)商。自動化的調(diào)速技術(shù)，對于常規(guī)的交流異步電機的速度無機調(diào)節(jié)，變頻器幾乎無處不在，在以后只要電機的存在，變頻調(diào)速裝置也就應(yīng)運而生，極大地節(jié)約了我們的能源，面對現(xiàn)在能源緊缺的狀況，這類產(chǎn)品也擔(dān)負起了歷史的使命，需求數(shù)量跟隨市場的需求總量急劇增加。

　TI：提升機器的智能化程度

　　工業(yè)4.0即通過高級集成電路 (IC) 實現(xiàn)機器智能，進而推動整個變革進程。而我們正處于這次革命的風(fēng)口浪尖，面臨著許多挑戰(zhàn)與機遇。用戶希望通過提升機器的智能化程度，一方面可以提高質(zhì)量、可靠性和安全性，進而改善整個制造流程;另一方面可以繼續(xù)保持低廉成本帶來的優(yōu)勢，對全球范圍內(nèi)的商品需求作出靈活響應(yīng)。

　　德州儀器(TI)馬達驅(qū)動產(chǎn)品線應(yīng)用工程師左巍

　　馬達作為在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的產(chǎn)品之一，工業(yè)4.0時代對芯片的高集成度硬件和算法、高效率和低功耗、高可靠性的要求更為嚴苛，也是難點所在。德州儀器馬達驅(qū)動產(chǎn)品持續(xù)向更智能，更節(jié)能，更可靠方向發(fā)展。借助于長期積累的設(shè)計、算法和工藝優(yōu)勢，德州儀器的馬達驅(qū)動產(chǎn)品均具備完備的保護、靈活的配置、低損耗和優(yōu)良的散熱性能。并且我們正在持續(xù)的改進和優(yōu)化馬達驅(qū)動的控制算法，實現(xiàn)更加智能、易用和可靠。

　　據(jù)德州儀器(TI)馬達驅(qū)動產(chǎn)品線應(yīng)用工程師左巍介紹，在工業(yè)4.0時代，德州儀器的DRV8x系列步進電機和直流無刷電機(BLDC)驅(qū)動器在智能飛行器、3D打印、機器人、電動工具等領(lǐng)域都發(fā)展迅猛并取得了用戶的一致好評。

　　德州儀器全新開辟了DRV5x系列霍爾傳感器產(chǎn)品系列，以優(yōu)異的指標(biāo)和性能滿足工業(yè)、汽車等領(lǐng)域智能化時代對傳感器的部分需求。

　　德州儀器的DRV10x系列，尤其是新推出的DRV10983，其無傳感器正弦波驅(qū)動算法將智能化的BLDC電機的驅(qū)動提升到新的高度。

　　因應(yīng)需求，德州儀器馬達驅(qū)動產(chǎn)品線新推出了多款創(chuàng)新性的電機產(chǎn)品。根據(jù)馬達和應(yīng)用的不同主要有以下幾類：

　　(1)步進電機及直流有刷驅(qū)動器產(chǎn)品：

　　最新推出的DRV8848，DRV8846具備最新優(yōu)化的電流衰減模式，實現(xiàn)對電流的精確控制，提高電機運行的平穩(wěn)性和精確性。

　　DRV8711高細分步進電機驅(qū)動器，在片內(nèi)集合了幾乎所有的步進電機控制需求，內(nèi)置高細分，高精度電流控制。采用外置MOSFETs方案，實現(xiàn)不同電流檔位的靈活配置。完善的保護措施大大提升了驅(qū)動器系統(tǒng)的整體可靠性，在實現(xiàn)通用驅(qū)動器功能的前提下，大幅縮減驅(qū)動器系統(tǒng)的體積和成本。

　　(2)三相無刷電機驅(qū)動器產(chǎn)品：

　　DRV8307，DRV8308涵蓋了帶霍爾(Hall)傳感器三相無刷電機驅(qū)動器的大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用需求。DRV8303在繼承DRV8301/DRV8302的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了更低的系統(tǒng)成本。DRV10983在無傳感三相無刷電機領(lǐng)域獨樹一幟，其可配置性和適應(yīng)性，8V到24V寬電壓范圍，使其在各種風(fēng)扇、水泵以及常規(guī)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

　　(3)霍爾傳感器產(chǎn)品：

　　DRV5x霍爾傳感器產(chǎn)品是德州儀器2014推出的全新產(chǎn)品，其具備工業(yè)等級或更高的可靠性，寬電壓范圍和豐富的靈敏度選擇范圍。DRV5013，DRV5023，DRV5033，DRV5053涵蓋了霍爾傳感器的絕大多數(shù)應(yīng)用范圍，包含了開關(guān)量輸出，鎖存輸出，無極性檢測輸出，模擬輸出等多種檢測和輸出特性。

　　(4)線圈、繼電器驅(qū)動產(chǎn)品：

　　大部分馬達驅(qū)動芯片都可以用于線圈和繼電器驅(qū)動，針對這一領(lǐng)域TI也推出了創(chuàng)新型的器件，包括DRV8803/DRV8804/DRV8806等，最具代表性的是DRV8860，八路帶串行控制接口的可級聯(lián)低邊驅(qū)動器，內(nèi)置自動PWM發(fā)生器，在驅(qū)動電磁鐵和繼電器時可以在不損失吸合力的前提下自動節(jié)省保持電流，使得相比傳統(tǒng)方案最高可節(jié)省70%以上的電流消耗，節(jié)能意義巨大。

Xilinx：FPGA和SoC顛覆傳統(tǒng)控制

　　FPGA的特點是擅長做信號的并行處理和硬件加速。Xilinx亞太區(qū)Zynq業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理羅霖認為，在電機方面，由于現(xiàn)在中高端的機器人、數(shù)控機床等會用到六軸及以上的電機，這方面基本是FPGA一統(tǒng)天下。而三軸、四軸方案有時會看到x86、DSP和FPGA方案并存。

　　機器人的智能控制示意圖

　　中國現(xiàn)在四軸方案多一些，但是未來會向中高端去做。因為現(xiàn)在中國的電子元器件加工，食品飲料生產(chǎn)線、汽車生產(chǎn)線還主要靠采購國外設(shè)備，未來會逐漸國產(chǎn)化。

　　“針對工廠自動化設(shè)備、高端數(shù)控機床、機器人等方面，Xilinx主推基于Zynq處理器的解決方案，” Xilinx亞太區(qū)Zynq業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理羅霖說，“好處是可以把電機控制和工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)合起來，即用戶可以通過工業(yè)以太網(wǎng)(例如EtherCAT, Profinet, Powerlink等)把電機作為伺服從機，工業(yè)電腦是主機來控制(圖1)。”對此，Xilinx有相應(yīng)的參考設(shè)計，比如有Zynq開發(fā)板，上面可帶4個步進電機/BLDC(無刷電機)，并提供相應(yīng)的算法，例如FOC(矢量控制)算法，另外，電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)等都可以在FPGA上進行硬件實現(xiàn)。這樣的優(yōu)勢是性能會大大提高，像電流環(huán)控制只需要1.6μs，速度環(huán)3.2μs，位置環(huán)6.4μs，即用戶可以在6.4μs內(nèi)就能完成4個馬達的實時控制。

　　機器視覺助力精確

　　為了執(zhí)行器的路線走得準(zhǔn)確，還需要機器視覺來判斷物體的位置和大小。傳統(tǒng)的做法是前端會用一個攝像頭，采集的圖像會通過視頻采集卡傳到工業(yè)電腦上，比如可以用x86的處理器做后面的圖像處理和分析，即把智能放到后端去了?，F(xiàn)在，新的趨勢是把智能移向前端，即把越來越多的圖像采集、處理、實時分析做到攝像頭端，為此，Xilinx專門推出了基于Zynq的開發(fā)套件——Smart Vision Dev Kit。

　　PLC革命

　　PLC可以理解成主站。過去PLC可能在工業(yè)電腦上，工業(yè)電腦運行PLC的功能?，F(xiàn)在出現(xiàn)了嵌入式PLC，例如有一些ARM處理器做的PLC。而且一些較高端的PLC希望集成更多的功能，諸如HMI(人機界面)和一些運動控制功能，這時，F(xiàn)PGA和Zynq也是非常好的選擇。因為今天的PLC上會集成工業(yè)實時以太網(wǎng)，可以利用FPGA的硬件加速或者Zynq去運行一些協(xié)議棧。相比x86通用處理器，由于x86沒有針對具體的應(yīng)用進行專門的設(shè)計(例如多軸的運動控制)，用FPGA做并行的處理、硬件加速更合適。另外，x86上可能會帶有一些標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)口，但是這些并不一定是實時的工業(yè)以太網(wǎng)(因為實時的工業(yè)以太網(wǎng)的協(xié)議跟一般的以太網(wǎng)不同，需要做一些專門的定制和修改。)。因此借助FPGA和Zynq的靈活性和性能，可以實現(xiàn)業(yè)界主流的所有工業(yè)以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，還可以把網(wǎng)絡(luò)和處理這兩部分整合在一個單芯片的解決方案里。

XMOS：智能工業(yè)需要全新的系統(tǒng)架構(gòu)

　　對于XMOS而言，工業(yè)4.0的應(yīng)用熱點是智能制造和機器人;XMOS公司市場營銷和業(yè)務(wù)拓展副總裁Paul Neil博士認為，在這些領(lǐng)域中，為迎接工業(yè)4.0動議的挑戰(zhàn)，將會需要全新的系統(tǒng)架構(gòu)。XMOS的多核微控制器將迎來機會。

　　XMOS的xCORE多核微控制器系列擁有8到32個總頻率高達500 MHz 的、并行運行的32位RISC內(nèi)核。xCORE器件還帶有Hardware ResponseTM I/O接口，它們可提供卓越的硬件實時I/O性能，同時伴隨很低的延遲。

　　XMOS公司市場營銷和業(yè)務(wù)拓展副總裁Paul Neil博士

　　這種多核解決方案支持完全獨立地執(zhí)行系統(tǒng)控制與通信任務(wù)，不產(chǎn)生任何實時操作系統(tǒng)(RTOS)開銷。xCORE微控制器的硬件實時性能使得我們的客戶能夠?qū)崿F(xiàn)非常精確的控制算法，同時在系統(tǒng)內(nèi)無抖動。

　　這支持了分布式控制架構(gòu)的快速、輕松實現(xiàn)，同時也使機器人制造系統(tǒng)能夠被快速重構(gòu)。XMOS與一位重要的合作伙伴Synapticon 合作來提供這些應(yīng)用。Synapticon在提供用于信息物理網(wǎng)絡(luò)(cyber-physical)系統(tǒng)的分布式控制架構(gòu)等方面擁有多年經(jīng)驗。

　　XMOS也渴望在這個市場中與正在尋找伙伴的創(chuàng)新型中國公司的合作。

　　他介紹，XMOS擁有多樣化的、可適用于工業(yè)4.0應(yīng)用的多核微控制器，包括8到32核xCORE General Purpose通用產(chǎn)品系列，以及將我們獨特的多核架構(gòu)與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)與電源管理電路集成在一起的xCORE Analog系列。

　　“我們也提供免費的xTIMEcomposer開發(fā)工具和xSOFTip庫，以支持我們的客戶去快速實現(xiàn)其應(yīng)用。”

Molex：智能工業(yè)為創(chuàng)新性的互連方案帶來大量機會

　　工業(yè) 4.0 的特點在于物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 的形成，其中網(wǎng)絡(luò)化的傳感器陣列將監(jiān)控生產(chǎn)環(huán)境中的無數(shù)因素。例如，除了庫存水平、能耗以及資產(chǎn)跟蹤和資產(chǎn)管理之外，對于倉庫還將監(jiān)控其溫度、濕度和照明條件。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/270390.htm

　　工業(yè)流程優(yōu)化帶來的復(fù)雜挑戰(zhàn)將推動高效人機界面 (HMI) 中的眾多應(yīng)用，而 Molex 在這方面可以為結(jié)合并使用了多開關(guān)格式和布局的設(shè)計提供電容式觸摸傳感器。

　　工業(yè) 4.0 將部署使用極低功率無線技術(shù)的、具有移動、微型化和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)特點的“智能”設(shè)備，而 Molex 則供應(yīng)一系列多種標(biāo)準(zhǔn)天線，適用于各種 IoT 和 M2M 應(yīng)用。這些產(chǎn)品可以極快的部署，加快上市速度。當(dāng)前選用的 Molex 標(biāo)準(zhǔn)天線設(shè)計用于 ISM 和蜂窩基帶上的 M2M 通信，以及運行 Wi-Fi® 和移動電視的應(yīng)用。

　　Molex中國區(qū)域銷售經(jīng)理JuiGoy Eng

　　Molex中國區(qū)域銷售經(jīng)理JuiGoy Eng說，智能工業(yè)應(yīng)用可以為創(chuàng)新性的互連解決方案帶來大量機會，尤其在于，Molex 還為分布式控制系統(tǒng)提供解決方案。值得注意的是，Molex 在現(xiàn)場總線的供貨方面扮演著積極的角色，這是一種設(shè)計用于實時分布式控制、采用各種協(xié)議的計算機網(wǎng)絡(luò)。Molex 為現(xiàn)場總線的四種技術(shù)提供互連解決方案：DeviceNet 和 PROFIBUS，這兩種一般視為是工業(yè)自動化中較為傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線，以及基于以太網(wǎng)的 PROFINET 和 EtherNet/IP。

　　Molex 現(xiàn)場總線互連解決方案的設(shè)計可承受各種惡劣、侵蝕性的工業(yè)條件，并且各組件的密封可以耐受灰塵與液體影響，符合 IP67 之類的標(biāo)準(zhǔn)。

　　Molex 的Micro Change M12 Cat6a 連接器系統(tǒng)能達到每秒10GB 以太網(wǎng)速度, 是在嚴苛環(huán)境下高速數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用的理想選擇。

　　工業(yè)互連解決方案領(lǐng)域的另一趨勢是激光直接成型 (LDS)，可以實現(xiàn)模塑互連器件 (MID)，將印刷電路板和連接器集成為一個整體的組件。LDS 化合物采用多種低溫和高溫塑料開發(fā)而成，可以成型為所需的結(jié)構(gòu)，然后在三維方向上接受激光束的加工。所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)可以為復(fù)雜的三維形狀組件提供電氣連接，同時可以忽略一塊或多塊印刷電路板的因素影響。

　　工業(yè) 4.0 還將需要光纖互連產(chǎn)品，而 Molex 現(xiàn)已開發(fā)出全球第一種全集成的 4x28Gbps 光學(xué)引擎，可以實現(xiàn) 100 Gbps 的以太網(wǎng)互連與 EDR InfiniBand 互連以及嵌入式光端機。

　　Molex 還開發(fā)出了圓形透鏡 MT 擴束互連解決方案，能夠滿足數(shù)據(jù)密集型行業(yè)中對光纖的特定要求。

　　對于工業(yè) 4.0 所需要的高帶寬通信，Molex 也提供緊湊式的 zCD™ 互連系統(tǒng)，可以支持電信與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的下一代應(yīng)用。Molex 的 zCD 互連解決方案能夠在 400 Gbps 的數(shù)據(jù)速率下進行數(shù)據(jù)傳輸(16 條通道下各 25 Gbps)，同時具有絕佳的信號完整性。

　　基于單模硅光子學(xué)技術(shù)，Molex 為 zCD 連接器提供的有源光纜 (AOC) 組件可以在高達 28 Gbps 的速率下提供 16 條雙向信道，即 400 Gbps 的聚合帶寬，而所采用的標(biāo)準(zhǔn)接口極為緊湊。zCD AOC 組件的傳輸距離可達 4 公里，所需成本與功率僅為長距離光學(xué)模塊的幾分之一，主要用于400 Gbps 的以太網(wǎng)應(yīng)用。