从执行、通信和传感器三个层面实现工厂智能化,ST全方案助力工业4.0

时间:2018-07-25 10:07来源:21ic作者:刘岩轩 点击:
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摘要:对于工厂而言,通过数字化转型实现智能制造是目前制造业的重大升级需求,而尤其是像我国这样的制造大国,这种需求更为迫切。智能工业是ST在应用层面上的战略焦点之一,而且其广泛的产品线也使其可以从工厂的执行层、通信层以及传感层来给客户提供全面的解决方案。而且很重要的一点在于,ST可以凭借自己在封装方面的技术将各种不同类型晶圆封装在一起,使模拟、数字

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对于工厂而言,通过数字化转型实现智能制造是目前制造业的重大升级需求,而尤其是像我国这样的制造大国,这种需求更为迫切。智能工业是ST在应用层面上的战略焦点之一,而且其广泛的产品线也使其可以从工厂的执行层、通信层以及传感层来给客户提供全面的解决方案。而且很重要的一点在于,ST可以凭借自己在封装方面的技术将各种不同类型晶圆封装在一起,使模拟、数字、控制等单元集成在一个芯里面。近日,ST在北京召开了智能工业的媒体交流会,意法半导体功率及分立器件市场部, 亚洲区市场营销及应用高级总监Francesco Muggeri进行了精彩的分享。

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图:意法半导体功率及分立器件市场部, 亚洲区市场营销及应用高级总监Francesco Muggeri

从模拟到数字化运动控制

在工厂内,电机通常是执行机构中最为重要的器件。而在电机控制芯片方面,ST一直是行业领先水平。因为在封装方面功力深厚,所以ST可以将CMOS、DMOS和bi-polar都封装在一起。而且在去年,ST还推出了将mcu和模拟芯片封装在一起的STSPIN32F0产品。Francesco先生表示,因为集成了STM32的MCU,所以生态系统都非常地完整,用户可以找到非常多的软件库。将该产品当作做执行器执行设备的时候,它带有一定的通信功能,可以用做分布式的智能的交互,智能的诊断。

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图:集成32位MCU、7X7 mm QFN封装的马达驱动IC

STSPIN最新的两款产品是应用于手持设备的STSPIN233和应用于交流供电设备的STSPIN830。前者可以应用于功率敏感的电子阀门、电子锁等应用场景,而后者则可以适用于3D打印机等输入电压较高的应用。值得一提的是,8系列达到了256步的细分动作,而市场的平均水平大概在64步。因此8系列驱动器可以支持一个更平滑的电机动作输出。

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图:STSPIN系列

在栅极驱动器这边,STDRIVE栅极驱动器产生必要 的电压和电流电平,以准确有效地激活工业、消费品、计算机和汽车应用中的功率级。在此次发布会上新介绍的STGAP2系列,可以应用于工业的叉车、高压的变频器和各种工业压缩机等领域。另一款新产品PWD5F60是个半桥驱动再加上全桥的MOSFET结构,可以驱动很高的能量密度。

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图:ST栅极驱动器系列

在电源设备这边,ST可以为客户提供高可靠性、紧凑、成本效益高的功率分立器件。SLLIMM是小型低损耗智能模块,可以实现塑封,支持高达5KW的工业应用。ACEPACK可以实现高达30KW功率,可以应用在大型机器人手臂和大型的工业自动化驱动里。两种封装的产品都可以工作在175环境温度下面。然后在两种封装里面,又可以集成不同工艺的晶圆,实现多种不同类型器件的集成。

图:适用于工厂自动化的电源设备

用于工厂自动化的通信解决方案

在现代化的工厂中,会有非常多的分布式的节点,如何将这些节点的数据收集起来进行管理和控制?ST提供IO-Link的一系列产品。该产品可以驱动各种负载,在PLC和工业I/O口上均可使用。

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图:用于工厂自动化的通信解决方案

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图:用于工厂自动化的IO-Link

上图是一个典型的IO-Link的应用,中央为传统PLC,周围一共有四个不同的传感器节点。在PLC上可以使用ST的L6360作为主控制器(Master),在每个传感器节点上配置一个L6362A收发器(slave),通过IO-Link协议,即可实现双向通信。

除了IO-Link外,ST还提供了一个KNX协议双绞线通信方案。这种方案对于传输线材的要求很低,因此很容易在智能楼宇上实现部署。在无线通信方面,ST还有超低功耗蓝牙和Sub-GHz的方案可以供客户使用。

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图:使用KNX协议的双绞线收发器IC

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图:无线连接方案

适用智能工业的高精度MEMS传感器

ST独特的运动和环境传感器产品组合涵盖专门设计的全方位传感器类型,旨在支持工业应用,满足工业4.0变革的严苛要求。据Francesco介绍,此次有两个新的工业应用传感器——IIS3DWB和LIS2DW12。LIS2DW12是一款超低功耗高性能三轴线性加速度计,属于“femto”系列,利用已经用于生产MEMS加速度计的成熟制造工艺。

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图:ST强大的传感器产品组合

减少运营损失的可预测维护方案

在此次发布会上,ST重点介绍了一个适用于工厂应用的可预测性维护的方案。我们知道在工厂内,传感器需要实时对设备状态进行监测,一旦设备出现异常,就需要快速通知工人进行设备维护,减少down机时间。

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图:可预测性维护demo

上图就是现场演示的可预测性维护demo,中间是模拟的工厂PLC的部分。上面的板子型号为STEVAL-IDP004V1,用于IO-Link的主控制器。下面的板子型号为STEVAL-IHM042V1,用于两个电机的驱动和控制。两边分别为一组电机,作为工厂多个分布节点的演示。图片中未展示的是通过线缆,可以将节点的数据传到电脑上的ST提供的检测软件上进行监测。在每个电机上面,都有一个小的检测板(如下图所示),这个板子很小,因此可以非常方便的部署在各种执行设备上。此demo板板载多种不同的传感器,可以对振动、温度等关键参数进行实时监测,板载了一个IO-Link的收发器,然后通过线缆,可以将数据传至PLC,然后由PLC传回至电脑。

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图:STEVAL-IDP005V1

上图中红色的是模拟的是一个异常工作状态下的电机,可以看到红色LED显示其已经出现异常,同时在电脑的软件端也有相应的提醒。

Francesco表示:“ST可预测维护demo板可以帮你检测加速度、转速、或者位移,甚至是一些人听不见的噪声,甚至是力矩的改变。通过这些检测结果,和出厂时候的标准样本进行对比,就可以管理你的设备。在发现这个设备已经出现异常,但没有损坏的时候,你就可以采取一些措施。”

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图:ST可预测性维护方案

据悉,经过实际应用和ST的测算, 可预测的维护系统可以将因为设备损害而造成的停歇时间减少50%,可以帮助客户将因为设备损害而造成的直接的设备的损失减少40%。

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ST在于智能工业方面的优势可以总结为三点,一是其一直坚持自有生产的策略,因此已经积累了30年的自动化生产经验,使得其对于客户的应用场景的了解更为深刻。二是其拥有极为宽广的产品线,不论是控制、执行还是通信层,都有优势产品可以提供给客户。方便客户实现全套解决方案。三是因为ST的封装技术非常的优秀,可以将多种不同类型的器件、譬如模拟、数字、控制等不同晶圆类型的资源都集成在一个芯片内,给客户提供高度集成的产品。

Francesco Muggeri先生总结道:“ST能够提供工业自动化的应用所需的各种元素,我们是非常理想的工业自动化的合作伙伴。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:wuping )
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