工業(yè)解決方案可以從消費(fèi)類技術(shù)中學(xué)到什么
發(fā)布時間:2021-07-09 來源:Dialog半導(dǎo)體公司市場營銷經(jīng)理Edel Griffith 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】近兩個世紀(jì)前,工業(yè)革命開啟了前所未有的發(fā)展時期,其基本原則對于當(dāng)今的工業(yè)技術(shù)仍然適用:系統(tǒng)和產(chǎn)品采用尖端設(shè)計(jì),在惡劣環(huán)境中經(jīng)過測試,使用壽命可長達(dá)數(shù)年。長使用壽命已深入工業(yè)技術(shù)的 DNA 中,1821 年如此,2021年也如此。
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而消費(fèi)類技術(shù)則利用最新最好的技術(shù)。消費(fèi)者每天都在要求最快、最小和最便宜的產(chǎn)品。例如,電源管理領(lǐng)域的重要發(fā)展是由消費(fèi)者需求推動的。設(shè)計(jì)人員和開發(fā)人員愿意在新技術(shù)上冒險(xiǎn),以將最小、最快和能效最高的產(chǎn)品推向市場,即使這些產(chǎn)品無法做到經(jīng)久耐用。事實(shí)上,情況就是這樣:技術(shù)迭代和每隔一兩年發(fā)布一次新品的需求,已經(jīng)融入了消費(fèi)類技術(shù)的發(fā)展和文化。
工業(yè)系統(tǒng)的要求沒有改變,市場也沒有將其與消費(fèi)類技術(shù)一樣對待的期望或需要。但隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)的發(fā)展,越來越多的工業(yè)客戶希望將消費(fèi)市場相關(guān)的技術(shù)添加到其工業(yè)產(chǎn)品中。例如,廣受歡迎的附加功能,如無線連接、觸摸屏和智能聯(lián)網(wǎng)傳感器等。用戶希望將這些技術(shù)集成到他們的系統(tǒng)中,同時仍然提供和傳統(tǒng)工業(yè)系統(tǒng)一樣的可靠性和使用壽命標(biāo)準(zhǔn)。
將消費(fèi)類技術(shù)實(shí)踐到工業(yè)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)
將消費(fèi)類技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)產(chǎn)品并不總是那么簡單。工業(yè)解決方案的要求很高,系統(tǒng)通常需要24小時不間斷運(yùn)行。工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師和我們所有人一樣,每天都在個人生活中接觸最新的消費(fèi)類技術(shù)。因此,很自然地期望將這些技術(shù)延續(xù)到他們的工作生活中。例如用觸控顯示器取代舊式顯示器和鍵盤系統(tǒng),利用最新和最好的通信協(xié)議,以便將數(shù)據(jù)即時傳輸回中央樞紐以進(jìn)行全工廠范圍的監(jiān)控,并且能夠利用工廠車間無延遲傳輸?shù)臄?shù)據(jù),以了解特定機(jī)器的性能隨著時間的變化。在某些情況下,還可以擁有便攜式系統(tǒng),從而利用最新的電源管理系統(tǒng),這樣就不必?fù)?dān)心機(jī)器在使用時會斷電。雖然添加這些功能都很不錯,但工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須平衡這些消費(fèi)類需求與工業(yè)系統(tǒng)已有的要求:耐用性、可靠性、以及可能長時間暴露在極端溫度和惡劣環(huán)境中。
雖然用于工業(yè)和消費(fèi)類市場的電子元件本身非??煽?,但它們所處的系統(tǒng)可能會給元件帶來額外的壓力。對工業(yè)產(chǎn)品來說,可能會受到高溫、振動或電磁干擾(EMI)的影響。因此,在決定將消費(fèi)類技術(shù)添加到工業(yè)產(chǎn)品時需要深思熟慮,確保靈活性,同時注意不要影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。
將觸摸屏、電源管理系統(tǒng)、藍(lán)牙和 Wi-Fi 等額外功能添加到已經(jīng)很龐大的物料清單中,給這些產(chǎn)品的成本結(jié)構(gòu)帶來了額外壓力。工業(yè)OEM正在尋找標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的替代選擇,以滿足他們對成本和功能預(yù)算的要求。通過只包含所需的功能,并將多個功能整合到單顆芯片上,定制集成電路可以降低成本,同時需要的占位面積和功率比現(xiàn)成的設(shè)備更少。
智能的解決方案
最初提出工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)概念時,設(shè)想的是收集到的所有數(shù)據(jù)都可以傳輸?shù)皆贫耍鎯υ谀抢?,并在不斷發(fā)展的智慧工廠需要時進(jìn)行檢索。人們已經(jīng)習(xí)慣于在智能手機(jī)上即時訪問多年前的圖片或消息,因?yàn)樗鼈円汛鎯υ谠浦胁⒖梢粤⒓聪螺d。但是,當(dāng)你搜索照片,而你的云連接因你的位置受到影響時,這會使檢索變得困難且麻煩。
工業(yè) 4.0 的成功依賴于數(shù)據(jù),而要支持這一點(diǎn)需要大量傳感器,這些傳感器旨在測量工廠設(shè)備資產(chǎn)的各種狀況。目的是立即感知、測量和處理來自這些傳感器的所有數(shù)據(jù),并根據(jù)這些數(shù)據(jù)做出明智的決策。與消費(fèi)者需求一樣,要求是能夠完全訪問在任何特定時間收集的所有數(shù)據(jù)。然而,在工業(yè)環(huán)境中,如果可能發(fā)生云通信失敗,那帶來的后果可能要比單純的麻煩嚴(yán)重得多。
工業(yè)市場正在從消費(fèi)市場所面臨的挑戰(zhàn)中學(xué)習(xí),將數(shù)據(jù)處理帶到傳感器邊緣。這樣一來可以立即測量和分析數(shù)據(jù)并做出本地決策。哪些數(shù)據(jù)需要存儲,可以存儲在本地,也可以傳輸?shù)皆贫艘詡鋵頇z索,其余的丟棄。這意味著雖然每秒都測得大量數(shù)據(jù),但僅存儲與工廠運(yùn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)。
從傳感器邊緣測量數(shù)據(jù)也帶來一定挑戰(zhàn)。這些傳感器并不總是位于最容易接近的位置。在某些情況下,傳感器使用有限的電源運(yùn)行,因此在數(shù)據(jù)處理中采用最新的高效電源管理系統(tǒng)非常重要。將所需數(shù)據(jù)傳送到中央樞紐或云端可能需要多種不同類型的通信協(xié)議。像Wi-Fi或藍(lán)牙等消費(fèi)市場熟悉的協(xié)議或許足夠了,但通常需要更強(qiáng)大的工業(yè)協(xié)議,如HART或Foundation Fieldbus。隨著傳感器變得越來越智能,數(shù)據(jù)變得越來越復(fù)雜,IO-Link和10Base-T1L/S等現(xiàn)代協(xié)議正在取代這些傳統(tǒng)協(xié)議。
IO-Link是用于與執(zhí)行器和傳感器進(jìn)行通信的首個實(shí)現(xiàn)全球標(biāo)準(zhǔn)化的IO技術(shù)。這使其成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的理想選擇。它通過標(biāo)準(zhǔn)的非屏蔽3線IO電纜連接,并提供電源和最長20米的雙向通信。雙向?qū)傩栽试S將參數(shù)設(shè)置存儲在主機(jī)自動化系統(tǒng)中,并在更換傳感器時自動下載。它還支持傳感器級別的診斷信息;只需最少的硬件和軟件工作即可獲得額外的傳感器信息。通信速度快,高達(dá)230.4 kBaud,并且可以通過標(biāo)準(zhǔn)化或制造商特定的映射連接到幾乎任何現(xiàn)場總線。
同時,10Base-T1(也稱為雙絞線以太網(wǎng))是一項(xiàng)新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),目前正在被國際電工委員會(IEC)標(biāo)準(zhǔn)化。10Base-T1S支持最長15米的多點(diǎn)拓?fù)?,?10Base-T1L使用最長1000米的點(diǎn)對點(diǎn)拓?fù)?。它們都可以是最?0Mbit/s的全雙工或半雙工,同時也可以提供電力傳輸。鑒于此標(biāo)準(zhǔn)可用的大帶寬,以及它可與現(xiàn)有以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施無縫連接,收集豐富數(shù)據(jù)的可能性以及由此帶來的生產(chǎn)力和效率收益是巨大的。這兩種協(xié)議都提供快速、雙向、穩(wěn)健的通信,并且可以更輕松地連接到測量和控制系統(tǒng)。
既滿足工業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)又融合消費(fèi)類技術(shù)的解決方案的一個很好例子是Dialog半導(dǎo)體公司的SmartEdge™平臺。這種實(shí)時控制系統(tǒng) IC 將模擬前端(AFE)和傳感器數(shù)據(jù)處理校準(zhǔn)、控制、數(shù)據(jù)通信、用于數(shù)據(jù)保護(hù)的嵌入式安全功能等全部集成到定制的單顆硅芯片ASIC中。如果你的傳感器在有限的電源上運(yùn)行,還可集成高效的電源管理。
您可能需要專家的幫助和建議,最好與合作伙伴合作創(chuàng)建滿足您具體需求的定制 IC,而不是嘗試將標(biāo)準(zhǔn)部件硬塞進(jìn)您的系統(tǒng)中。了解并非所有消費(fèi)類技術(shù)都適用于工業(yè)應(yīng)用也很重要,因此選擇合適的合作伙伴,以滿足您的工業(yè)系統(tǒng)對混合信號、處理器、內(nèi)存和通信的要求,同時這個合作伙伴還要熟悉消費(fèi)類技術(shù)以及哪些技術(shù)適合工業(yè)市場,這一點(diǎn)很重要。
Dialog為一級消費(fèi)類公司設(shè)計(jì)此類ASIC解決方案已有30多年的積累。定制ASIC已經(jīng)深入我們的DNA。通過我們最近的收購獲得的與工業(yè)客戶的深厚關(guān)系,Dialog能將工業(yè)和消費(fèi)領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢結(jié)合在一起,通過定制芯片解決方案滿足工業(yè)市場不斷變化的需求。
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