工業(yè)控制與自動(dòng)化技術(shù)將加速創(chuàng)新發(fā)展

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，越來(lái)越多的企業(yè)意識(shí)到數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要性，工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)迎來(lái)巨大的發(fā)展前景。工業(yè)自動(dòng)化是我愛方案網(wǎng)非常重視的一個(gè)領(lǐng)域，也是長(zhǎng)期跟進(jìn)的一個(gè)方向。

將以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域形成的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)是當(dāng)前工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)很重要的發(fā)展方向。出于安全性考慮，工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)的可靠性和傳輸速度要求非常高。目前，主要的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)有如下幾種:EtherCAT、Pro finet、TC-net、 PowerLink、Modbus-RTPS、Ethernet，以及我國(guó)自主研制的EPA等。EtherCAT技術(shù)以其優(yōu)越的性能獲得越來(lái)越多的關(guān)注，而且是中國(guó)大力推進(jìn)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。Microchip資深技術(shù)專家黃越表示，相對(duì)普通以太網(wǎng)來(lái)說(shuō)，EtherCAT在性能上有更顯著的突破。

EtherCAT大大提高了帶寬的利用率，與端對(duì)端的普通以太網(wǎng)不同，EtherCAT能一次性把所有站點(diǎn)都掃描完從而刷新端口，解決帶寬利用率低的問(wèn)題。EtherCAT在協(xié)議棧大小和延時(shí)方面有更好的解決方法，它能做到在每一個(gè)從棧都可以對(duì)應(yīng)地進(jìn)行收發(fā)控制，基本上把普通以太網(wǎng)的協(xié)議全部都改掉，不需要花時(shí)間連接多個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此延時(shí)更低。EtherCAT不像普通以太網(wǎng)需要交換機(jī)，它自帶多個(gè)網(wǎng)口，解決了這個(gè)交換機(jī)的問(wèn)題。

另外，出于功能安全的考慮，工業(yè)控制對(duì)精度要求很高，因此實(shí)時(shí)性非常重要。此時(shí)，分布式時(shí)鐘便起著關(guān)鍵性作用。EtherCAT分布式時(shí)鐘機(jī)制能同步所有從設(shè)備的時(shí)鐘，其產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)軸同步至微秒，即使通信周期抖動(dòng)增加，延遲也非常低。

Microchip能提供數(shù)種開發(fā)平臺(tái)，比如MCU16，提供電機(jī)控制設(shè)計(jì)dsPIC33EPM256MC504 MCU和LAN9252 EtherCAT控制器相結(jié)合的方案；比如MCU32，能開發(fā)PIC32 + LAN9252 SDK，能基于ARM M4 MCU開發(fā)SAME54 + LAN9252 SDK滿足工業(yè)應(yīng)用需求。

在工業(yè)領(lǐng)域中，經(jīng)常出現(xiàn)電路在嘗試互相通信時(shí)受損的情況，隔離器因能對(duì)其進(jìn)行保護(hù)而產(chǎn)生大量需求。一直以來(lái)，光電耦合器被廣泛的應(yīng)用在電路當(dāng)中，但它們往往功耗較高，而且數(shù)據(jù)速率低于1Mbps。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，基于CMOS的數(shù)字隔離技術(shù)取得很大的進(jìn)步。相比于傳統(tǒng)的光電耦合器，數(shù)字隔離器在尺寸、成本、性能、功耗和效率方面都有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。

在中國(guó)，數(shù)字隔離市場(chǎng)多年來(lái)一直是處于被國(guó)外品牌壟斷的局面，而專注于高性能模擬集成電路產(chǎn)品的榮湃半導(dǎo)體正好彌補(bǔ)了這一國(guó)內(nèi)空白產(chǎn)業(yè)。

MCU作為工業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)，歷來(lái)以重資本和尖端技術(shù)為壁壘，已經(jīng)被國(guó)際寡頭形成壟斷。這對(duì)于起步較晚的國(guó)內(nèi)芯片廠商而言有很大的挑戰(zhàn)。不僅高價(jià)值整機(jī)選用國(guó)產(chǎn)芯片非常謹(jǐn)慎，國(guó)產(chǎn)芯片缺少試錯(cuò)機(jī)會(huì)，而且上游供應(yīng)鏈也受到制約。不過(guò)，由于今年年初中美貿(mào)易摩擦不斷升級(jí)，系統(tǒng)廠商主動(dòng)選型國(guó)產(chǎn)MCU，使得國(guó)產(chǎn)MCU廠商能夠迎來(lái)較好的發(fā)展契機(jī)。在摩爾定律逼近極限，工藝迭代速度放緩的情況下，國(guó)內(nèi)MCU還是有很大機(jī)會(huì)追趕的。

后起之秀華大半導(dǎo)體近年來(lái)取得不錯(cuò)的成績(jī)，在國(guó)際占有一定的地位。華大半導(dǎo)體的產(chǎn)品布局包括靜系列、動(dòng)系列、智系列、車系列四大系列，分別是超低功耗 MCU、電機(jī)控制MCU、通用控制 MCU、汽車電子MCU。其超低功耗MCU系列在國(guó)產(chǎn)MCU中領(lǐng)先，其優(yōu)勢(shì)在于有nA級(jí)別超低待機(jī)功耗、cS級(jí)高速喚醒以及uA/HMz級(jí)高能效比。電機(jī)控制MCU是高集成度電機(jī)專用的MCU芯片，由專業(yè)的團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)變頻算法。通用控制MCU系列產(chǎn)品采用40nm eFlash先進(jìn)工藝，其最大的優(yōu)勢(shì)在于廣泛適用的兼容性、高集成度和高性價(jià)比。最后一個(gè)車系列產(chǎn)品目前還正在規(guī)劃和設(shè)計(jì)中。

工業(yè)電源也是工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中尤為重要的一環(huán)，電機(jī)作為其執(zhí)行元件的重要組成部分，對(duì)精度和效率的要求比較高。無(wú)刷直流電機(jī)性能優(yōu)勢(shì)明顯，具有很大的發(fā)展前景。輸入電壓不穩(wěn)定和配電故障在發(fā)展中國(guó)家或地區(qū)是司空見慣的現(xiàn)象，針對(duì)這些市場(chǎng)的電源轉(zhuǎn)換方案必須穩(wěn)定可靠。高壓集成電路高能效電源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域公司Power Integrations提供各種高效、高可靠性、高集成度的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器參考設(shè)計(jì)方案來(lái)滿足市場(chǎng)。

PI中國(guó)家電應(yīng)用主管謝厚林為大家介紹了近期推出的900 V IC產(chǎn)品系列，“該產(chǎn)品系列可為高輸入電壓及多相工業(yè)應(yīng)用提供強(qiáng)力支持，所有器件都具有內(nèi)部控制引擎，可在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)提供一致的高效率，從而使設(shè)計(jì)輕松滿足能源相關(guān)產(chǎn)品(ErP)的限值。此外，這些器件還可提供多種輸入電壓及負(fù)載保護(hù)，進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。”