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工业控制与自动化技术将得到加速创新发展

2019-08-16 02:14 电子游戏

  随着物联网技术的飞速发展和普及,越来越多的企业意识到数字化转型的重要性,工业自动化市场迎来巨大的发展前景。

  将以太网技术应用于工业控制领域形成的工业以太网技术是当前工业控制网络的一个很重要的发展方向。出于安全性考虑,工业生产现场对工业以太网的可靠性和传输速度要求非常高。目前,主要的实时以太网有如下几种:EtherCAT、Pro finet、TC-net、 PowerLink、Modbus-RTPS、Ethernet,以及我国自主研制的EPA等。EtherCAT技术以其优越的性能获得越来越多的关注,而且是中国大力推进的国家标准。

  EtherCAT大大提高了带宽的利用率,与端对端的普通以太网不同,EtherCAT能一次性把所有站点都扫描完从而刷新端口,解决带宽利用率低的问题。第二,EtherCAT在协议栈大小和延时方面有更好的解决方法,它能做到在每一个从栈都可以对应地进行收发控制,基本上把普通以太网的协议全部都改掉,不需要花时间连接多个节点,因此延时更低。第三,EtherCAT不像普通以太网需要交换机,它自带多个网口,解决了这个交换机的问题。

  另外,出于功能安全的考虑,工业控制对精度要求很高,因此实时性非常重要。此时,分布式时钟便起着关键性作用。EtherCAT分布式时钟机制能同步所有从设备的时钟,其产生的网络轴同步至微秒,即使通信周期抖动增加,延迟也非常低。

  在工业领域中,经常出现电路在尝试互相通信时受损的情况,隔离器因能对其进行保护而产生大量需求。一直以来,光电耦合器被广泛的应用在电路当中,但它们往往功耗较高,而且数据速率低于1Mbps。随着现代技术的发展,基于CMOS的数字隔离技术取得很大的进步。相比于传统的光电耦合器,数字隔离器在尺寸、成本、性能、功耗和效率方面都有相当的优势。

  在中国,数字隔离市场多年来一直是处于被国外品牌垄断的局面,而专注于高性能模拟集成电路产品的荣湃半导体正好弥补了这一国内空白产业。

  MCU作为工业领域的基础,历来以重资本和尖端技术为壁垒,已经被国际寡头形成垄断。这对于起步较晚的国内芯片厂商而言有很大的挑战。不仅高价值整机选用国产芯片非常谨慎,国产芯片缺少试错机会,而且上游供应链也受到制约。

  不过,由于今年年初中美贸易摩擦不断升级,系统厂商主动选型国产MCU,使得国产MCU厂商能够迎来较好的发展契机。在摩尔定律逼近极限,工艺迭代速度放缓的情况下,国内MCU还是有很大机会追赶的。

  后起之秀华大半导体近年来取得不错的成绩,在国际占有一定的地位。华大半导体的产品布局包括静系列、动系列、智系列、车系列四大系列,分别是超低功耗 MCU、电机控制MCU、通用控制 MCU、汽车电子MCU。其超低功耗MCU系列在国产MCU中领先,其优势在于有nA级别超低待机功耗、cS级高速唤醒以及uA/HMz级高能效比。电机控制MCU是高集成度电机专用的MCU芯片,由专业的团队自主研发变频算法。通用控制MCU系列产品采用40nm eFlash先进工艺,其最大的优势在于广泛适用的兼容性、高集成度和高性价比。最后一个车系列产品目前还正在规划和设计中。

  工业电源也是工业生产环节中尤为重要的一环,电机作为其执行元件的重要组成部分,对精度和效率的要求比较高。无刷直流电机性能优势明显,具有很大的发展前景。输入电压不稳定和配电故障在发展中国家或地区是司空见惯的现象,针对这些市场的电源转换方案必须稳定可靠。

  高压集成电路高能效电源转换领域公司Power Integrations提供各种高效、高可靠性、高集成度的电机驱动器参考设计方案来满足市场。

  PI中国家电应用主管谢厚林为大家介绍了近期推出的900 V IC产品系列,“该产品系列可为高输入电压及多相工业应用提供强力支持,所有器件都具有内部控制引擎,可在整个负载范围内提供一致的高效率,从而使设计轻松满足能源相关产品(ErP)的限值。此外,这些器件还可提供多种输入电压及负载保护,进一步增强系统稳定性和可靠性。”

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