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工业4.0为元器件厂商带来新机遇
[发布时间]:2017年3月13日 [来源]:电子产品世界 [点击率]:4708
【导读】: 摘要:当前全球制造业发展越来越呈现数字化、网络化和智能化的新特征,美国提出“工业互联网”战略、德国提出“工业4.0”战略,主要意图就是抢占智能制造这一未来产业竞争制高点。工业4.0革命将建立一个高...

  Maxim:PLC对安全和认证的需求也很大
  工业4.0和智能工厂意味着我们处于一个需要变革的阶段,工厂互联程度比以往更高,能够适应最新的传感器技术,并且在高度安全的环境中快速处理“大数据”。在此种环境下,不允许发生单点故障的情况。系统要能够智能地进行自调节,并在所有情况下保持高精度工作性能。因此,需要进行大量的数据监测、电源跟踪,以便降低发热、提升整合度。
  PLC已经存在了近半个世纪,现在人们可能会有这样的想法:PLC已经非常成熟,因而没有多少改进的空间。然而,我们却看到对新型控制IC的需求比以往都高得多。除了提升分辨率、加快速度、缩小尺寸、降低功耗和成本等需求外,对安全和认证的需求也很大。
  在Maxim,已经着手寻求将多种分立功能集成至单颗IC的方法,从而为系统设计人员提供尺寸、功耗和成本方面的显著优势。例如:Maxim的微型PLC技术演示平台展示了模拟整合如何能够实现PLC尺寸缩小10倍、功耗降低50%、数字I/O速度加快70倍。Maxim的智能整合方式以及自身专有的工业技术确保上述性能得以实现。
  除了微型PLC的项目外,Maxim还重点关注IO-Link和超声流量计。Maxim计划打造更多采用超声技术的计量方案,包括:气表。此外,Maxim还有三个面向电能计量的设计,包括交流监测方案和电能测量方案。
  Xilinx:FPGA和SoC颠覆传统控制
  对多轴控制有天然的优势
  FPGA的特点是擅长做信号的并行处理和硬件加速。在电机方面,由于现在中高端的机器人、数控机床等会用到六轴及以上的电机,这方面基本是FPGA一统天下。而三轴、四轴方案有时会看到x86、DSP或FPGA方案。
  中国现在四轴方案多一些,但是未来会向中高端去做。因为现在中国的电子元器件加工、食品饮料生产线、汽车生产线还主要靠采购国外设备,未来会逐渐国产化。
  “针对工厂自动化设备、高端数控机床、机器人等方面,Xilinx主推基于Zynq处理器的解决方案,” Xilinx亚太区Zynq业务发展经理罗霖说,“好处是可以把电机控制和工业以太网结合起来,即用户可以通过工业以太网(例如EtherCAT, Profinet, Powerlink等)把电机作为伺服从机,工业电脑是主机来控制(图1)。”对此,Xilinx有相应的参考设计,比如有Zynq开发板,上面可带4个步进电机/BLDC(无刷电机),并提供相应的算法,例如FOC(矢量控制)算法,另外,电流环、速度环、位置环等都可以在FPGA上进行硬件实现。这样的优势是性能会大大提高,像电流环控制只需要1.6μs,速度环3.2μs,位置环6.4μs,即用户可以在6.4μs内完成4个马达的实时控制。

  机器视觉助力精确
  为了执行器的路线走得准确,还需要机器视觉来判断物体的位置和大小。传统的做法是前端会用一个摄像头,采集的图像会通过视频采集卡传到工业电脑上,比如可以用x86的处理器做后面的图像处理和分析,即把智能放到后端去了。现在,新的趋势是把智能移向前端,即把越来越多的图像采集、处理、实时分析做到摄像头端,为此,Xilinx专门推出了基于Zynq的开发套件——Smart Vision Dev Kit。

  PLC革命
  PLC可以理解成主站。过去PLC可能在工业电脑上,工业电脑运行PLC的功能。现在出现了嵌入式PLC,例如有一些ARM处理器做的PLC。而且一些较高端的PLC希望集成更多的功能,诸如HMI(人机界面)和一些运动控制功能,这时,FPGA和Zynq也是非常好的选择。因为今天的PLC上会集成工业实时以太网,可以利用FPGA的硬件加速或者Zynq去运行一些协议栈。相比x86通用处理器,由于x86没有针对具体的应用进行专门的设计(例如多轴的运动控制),用FPGA做并行的处理、硬件加速更合适。另外,x86上可能会带有一些标准的以太网口,但是这些并不一定是实时的工业以太网(因为实时的工业以太网的协议跟一般的以太网不同,需要做一些专门的定制和修改。)。因此借助FPGA和Zynq的灵活性和性能,可以实现业界主流的所有工业以太网的标准,还可以把网络和处理这两部分整合在一个单芯片的解决方案里。

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