从工业到智能工业,意法半导体成功完成了工业体系的转变

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从人类社会的整体进程来看,工业革命对其发展起到了巨大的推动作用,社会经济迅速增长,城市化建设快速推进,不同地区能够无障碍交流,世界逐步形成一个整体。

第一次工业革命以水和蒸汽机驱动机械生产设备为标志,使工厂代替了手工工场,用机器代替了手工劳动;第二次工业革命通过分工概念和使用电力,实现大规模量产,使驱动机制发生了改变;第三次工业革命基于使用电子产品和IT技术来进一步实现生产自动化,机器被大量取代;如今人类社会将迎来第四次工业革命,使用网络物理系统、通信、物联网和分散式决策,使得机器被部分取代和关联,也就是我们一直在讲的智能工业。

从工业到智能工业,意味着工厂的生产效率更高,供应链的灵活性和定制化可能性更大,实现可持续的生产,减少废弃物,减少能耗,为员工提供更加安全的工作环境,在工作场所实现更佳的人机协作,优化机器和工具的使用。要实现这些既定目标需要新增设备的升级也伴随旧设备的改造,这就要求工业设备更高效,更安全、更智能、具有更多连接功能。所有关键应用的核心包括过程控制、工厂自动化、工业机器人、电机控制、传感器等技术支持。

在很多半导体公司看来,从工业到智能工业的产业升级蕴藏着巨大的市场发展机会,这个过程需要大量的通信、传感、控制等电子元器件,意法半导体的已有产品体系也可以为工业升级提供多种解决方案。

在近期的媒体发布会上,意法半导体公司Discreates及Analog Sub产品部市场及应用资深总监Francesco Muggeri就介绍了公司在智能工业领域的布局,他表示,“我们拥有超过30年的工业应用开发经验,深入了解应用知识,有助于优化产品和系统解决方案,能够基于行业领先的创新技术,提供最广泛的产品系列,覆盖技术包括传感器、电源管理、MCU、通信IC、信号调节、电机控制和执行,拥有完整的供应链。同时,我们拥有CMOS、BCD、MEMS、功率晶体管、分立式二极管等制造工艺,可以满足摩尔定律的小型化需求。”

从模拟到数字化的运动控制

运动控制是所有工业设备的核心部分,尤其是电机控制,意法半导体的功率晶体管、电机控制和微控制器拥有大功率和简洁性,适用于智能工业。Francesco Muggeri介绍,“我们提供了丰富的电机驱动器,在广泛的额定电压和电流范围上满足了有刷直流电机、步进电机和无刷直流电机的需求,其中STSPIN系列包括STSPIN800系列,适用于3D打印和舞台照明;STSPIN200系列适用于电子气门和电子门锁;STSPIN32系列适用于机械臂、电动工具和工业自动化和控制。我们的优势在于,集成度高,工作电压范围大,配备全套保护功能。”

意法半导体的片上电气隔离技术也属业界领先,系统级封装的特征在于异构集成,提高系统的稳健性、安全性和可靠性。在医疗设备中,如果中间隔离没有做好,会危及病人的生命。Francesco Muggeri 强调,“我们可以帮用户隔离传输各种信息,这里所谓的片上隔离是硅晶片级别的隔离,高电压及各种认证都可以满足,适合各种应用,包括:隔离传感器,隔离马达,隔离电源等,可以带来更强的稳定性,更安全的工作环境。”

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采用STSPIN系列产品的3D打印机,打印出的产品非常平滑

除了STSPIN系列,STDrive栅极驱动器会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数。STDrive系列适用于电动/混合动力车辆、1200V逆变器、服务器、UPS、压缩机和太阳能。其电源设备具有可靠性高、紧凑、成本效益高的特性,包括应用于太阳能和工业泵的IGBT、应用于工厂自动化和工业空调的IPM-SLLIMM,以及应用于机械臂、工业用驱动器和工业自动化和控制的功率模块Acepack。可以看出IPM-SLLIMM侧重小功率应用,ACBPACK侧重大功率领域,都可以工作在175V的环境下。意法半导体的优势在于,可以在一个封装中放不同的晶元。

用智能化的方式连接和驱动工业传感器和执行器

智能工业的另一重要体现在于,设备之间的通信功能,通信的需求多种多样,因此机器互联需要统一的标准,在工业领域,IO-Link标准应用非常广泛。意法半导体的方案用于IO-Link的主机和设备,以及通用型收发器;具有简单且兼容的特性,不需要特殊电缆,与现有网络完全兼容,无需现场总线;具有高功能型,高性能过程数据传输,自动参数设置和扩展诊断,提供错误检测和校正功能,轻松处理。

意法半导体用于工厂自动化的通信解决方案包括IO-Link系列、IPS系列和KNX系列,其中IO-Link系列支持工业传感器和过程控制;IPS系列支持可编程逻辑控制、工业PC外接I/O,数控机床和适用于各类负载的驱动器;KNX适用于智能楼宇。通过ST的L6360控制器可以实现一个主机控制四个从机,从而检测各种信息进行回传。

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采用意法半导体产品的预测性维护系统

预测性维护在工业环境中一直扮演着日益重要的角色,物联网组件的持续增长也提供了比以前更多的信息。结合各种传感器,现代工业软件比过去凭借个人经验判断确定何时需要更换设备部件更加有效。据统计,预测性维护能够减少多达50%的停机时间,还可以节省多达40%的设备和维护成本。

自动化时代的MEMS,符合工业4.0要求

各种传感器是智能工业的环境信息采集端,只有采集了准确的外部信息才能实现准确的控制。意法半导体的传感器种类非常全,包括运动、振动、角度测量,温度监控和校准,环境湿度监控,环境气压监控,声学监控,以及接近、位置、物体检测,已经应用在多种消费电子产品中,当然他们也看到了工业应用的机会,想要进入工业市场。对比工业应用,大家都认为消费电子应用对元器件的要求较低,面对在工业应用的经验不足如何进行弥补?

Francesco Muggeri分析,“我们关注工业应用已经有30多年的历史,对各种应用了解很深,不能说ST在工业领域没有传感器,只是在消费领域的出货量比较大,这些数据对于消费者更透明,他们了解更多。其实我在1995年加入了ST,是ST第一批设计工程师,我们刚开始不是从消费电子开始设计产品的,而是从工业和汽车开始做的,只是相对于消费电子领域,工业应用更分散,但是我们的工艺和技术能满足工业应用的需求,我们可以成为一线的供应商,这中间可能需要了解客户的需求,做更过工作才能将产品带给客户。”

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