绿色工业革命需抓住电机控制与低功耗网络两大要点

标签:物联网转型存储技术模式

访客:21336  发表于:2015-06-02 15:14:42

工业4.0是智能工业,也是绿色工业,核心特征是高效节能与网络化,即通过自动控制、网络与计算将人、机器设备和信息连接在一起。就生产制造的流程而言,是将这一切整合到一个数字化的企业平台上,通过数据采集、分析、优化,得到最佳化的方式,从而实现更具效率的生产方式。在这样一个智能与绿色的生产制造流程中,需要把控好两个关键点:一是提升电机效率,二是建立低功耗网络。

机器人是智能制造的核心之一,它正由之前的汽车焊接、喷绘的产业,扩展到常规的工业应用场景,如搬运、码垛、点焊等,安装量保持了近30%年增长率。从技术角度看,机器人属于伺服控制的系统级产品,伺服电机作为执行构件,发挥着运动轨迹规划和运动控制的核心功能。当前情况下,实现智能化与节能的电机控制是实现智能制造的核心要点。

智能制造的另一个重要支撑是互联互通,大量传感器被装配在更多的控制器和网关之上,通过互联网将数据传送至云端与节点,各个物理节点的信息采集、汇总、分析、处理,凸显出传统工业系统的不便携性和不灵活性,通过物联网连接网络与高效率数据运算处理来提升工业系统作业效率以及增加工业生产的附加价值势在必行。而这种转型依赖于一系列技术,从低功率无线协议到高性能微控制器,不一而足。在这些技术中,低功率的无线链路和微控制器将作为整个链路的核心,起到至关重要的作用。

厂商观点

  意法半导体中国区微控制器市场部高级经理曹锦东

  低功耗高性能MCU促进智能制造

工业4.0所涉及的智能机器人和网关控制都需要用到MCU,包括主CPU、节点和机械臂的控制、马达控制、传感器的处理和控制。可以说,MCU无处不在。MCU就像大脑,智能化设备一定离不开MCU。

当然,对智能机械而言,即时响应十分重要,对MCU的功耗和性能要求很高。能耗管理是芯片设计、制造工艺、系统设计、软件工程师都在为之而努力的研究课题,人们力求在各个环节尽可能地减少静态和动态的能耗。传统的控制电压的调节方式和管理待机模式依然被多数电子设备所采用,未来还将继续延续下去,但是随着智能机器人、无线传感装置等新需求的不断涌现,消耗电量和永远在线的设备迅速增加,解决能耗管理已经成为整个电子设计正在面临的重要课题,市场对绿色产品的需求促使制造商考虑采用低功耗的待机模式。

作为嵌入式系统灵魂部件的MCU近年在低功耗设计和能耗管理方面的动作很大,各种新产品应运而出。

意法半导体新推出的STM32L4系列产品采用运算频率为80MHz的ARM Cortex-M4处理器内核,内置浮点运算单元可支持DSP指令。意法半导体的自适应实时加速器是新系列微控制器的另一个附加优势,使微控制器能够在无等待状态下执行闪存内的代码,处理性能高达100 DMIPS,而功耗仅为100μA/MHz。高达1MB的双区闪存可支持复杂应用和读写同步功能,并提供一个128kB的静态随机存取存储器。

STM32L4微控制器充分利用意法半导体丰富的低功耗技术,包括根据不同处理需求调整功耗的动态电压调整、内置FlexPowerControl的智能架构、有7个子模式选项的电源管理模式,其中包括停机、待机和最低功耗30nA的关机模式。意法半导体的批量采集模式能使处理器在低功耗模式下仍可与通信外设高效交换数据。

Intersil公司工业电源市场与应用总监Lokesh Duraiappah

  电源管理IC助力绿色制造

现在,在网络设备市场越来越多地看到一种意愿,希望消除中间级的总线。如果能够直接把高压(比如40V、36V、42V),减化中间级,直接转化为低压(比如5V、3.3V、1V),将极大节约能耗。因为中间总线转换器的电流就很高,在配电过程中会产生更多损失。如果能够把48V直接降到一个低电压的话,就能减少配电中的损失。这是一个趋势。而现在虽然很多网络设备、数据中心供应商没有专门的电源设计部门,他们的很多平台设计师也要负责电源设计,这就需要易于设计的IC产品。

另外,随着电池应用和备用电池的使用增加,电源设计不仅仅要应对电压输入问题,还要面对不时出现的电源浪涌问题,所以必须要用DC-DC转换器来解决时而会发生的电源浪涌。我们一直在非常认真地研究这些趋势和挑战,我们的技术路线图是希望能够开发出易用、高性能的产品,同时能够应对在工业中越来越多的电池、备用电池的使用。

Intersil公司近日推出了首款避免工业应用中通常使用的中间步降转换级的60V同步降压控制器——ISL8117。该同步步降PWM控制器的低占空比(导通时间最小40纳秒)支持从48V到1V负载点的直接步降转换。这一创新使得工程师能够显著降低工业电子、医疗和通信基础设施应用的系统复杂性和解决方案成本。ISL8117使用带有自适应斜坡补偿的谷值电流模式调制,来支持宽范围输入电压和输出电压组合的稳定工作,且无需外部补偿。

ISL8117在缩小解决方案尺寸和简化系统设计的同时并未牺牲性能。常用功能的默认设计值和ISL8117的宽输入电压和输出电压范围,使其需要的外围元件数量少于竞争解决方案。工程师能够设计只需10个元件(包括MOSFET和被动元件)的完整DC/DC降压转换解决方案,并实现最高98%的转换效率和达到1.5%的输出电压精度。

泰克科技(中国)有限公司大中华区市场总监徐贇

  工业4.0给测试行业带来机会与挑战

从智慧工厂到智能生产,生产厂商和设备供应商需要面对复杂的运算、通信、控制等问题。

就通信而言,无线设备无处不在,到2020年互联网移动设备将达到500亿部,全球无线配件市场至2015年将达到502亿美元。全球IP流量达到每年1.3 zetta字节;到2016年网络视频用户数量将达到15亿。这就必然面临提高带宽、提高能源利用效率等问题,也需要面对复杂的测试需求。泰克可提供从实时示波器、混合域示波器,到实时频谱分析仪、任意波形发生器完整的测试设备,为设计工程师应对苛刻的设计挑战提供助力。

泰克新推出的DPO70000SX ATI高性能示波器,可提供多种关键创新功能。采用泰克已获专利的异步时序交织(ATI)技术的70 GHz实时示波器,保持信噪比,提高信号保真度。这意味着用户可以更加准确地捕获和测量信号,其速度要高于当今任何其他示波器。200 GS/s超高采样率及5 ps/样点分辨率,改善分辨率和定时。外形紧凑,仪器可以放在距被测器件(DUT)非常近的地方,同时为分析提供灵活的显示和控制功能。由于减少了距DUT的距离,因此可以缩短电缆长度,进而可以在非常高的频率上保持信号保真度。市场上扩充能力最强的示波器系统,采用泰克已获专利的UltraSync结构,提供精确数据同步,方便运行多机系统。精密多通道定时同步是在100G及更快的相干光调制分析等应用中满足采集要求的关键。


(via:赛迪网-中国电子报  王慧芳)

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