意法半导体解决方案赋能工业自动化

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数据显示,亚洲自动化应用市场需求,2019至2023年复合增长率将达到8%,仅2020年亚洲TAM(整体目标市场)规模高达64.7亿美元。ST(意法半导体)亚太区功率分立和模拟产品部区域营销和应用副总裁Francesco MUGGERI(沐杰励)认为,新冠肺炎疫情并未让市场需求增长完全放缓,而需求出现的差异化,依然让市场保持强劲的增长势头。在某些应用中,市场需求正在加速增长,其中智能化(不仅人工智能)以及嵌入式处理,这些市场需求对ST至关重要。此外,机器人技术创新、5G基础设施建设等,这些在其中都发挥着极大地推动作用。

日前,意法半导体(ST)举办了工业自动化线上发布会,其亚太区功率分立和模拟产品部区域营销和应用副总裁Francesco MUGGERI(沐杰励)、亚太区功率分立及模拟器件产品部工业产品市场总监、自动化技术创新中心负责人Allan LAGASCA等高层向自动化网等媒体介绍了意法半导体在工业制造市场的发展战略及技术创新方案。

据Muggeri介绍,目前ST把自动化主要分为工厂自动化以及家庭、楼宇和城市自动化两大类。围绕自动化应用,ST提供了完整的产品,从无线连接和无线充电,到ViperPlus电源管理产品,再到STPOWER碳化硅产品和STM32微控制器,还有包括STSPIN、SPIRIT、无线通信和安全芯片等其他产品。

一、为未来工厂建设提供解决方案

1、状态监测和预测性维护

华尔街日报曾估计工业制造商的停机成本大约为每年500亿美金。这些意外停机中42%来自设备故障。意外停机会导致过度维护,修复以及设备替换。而预测性维护可预见潜在的故障或者生产线停产,以将突发故障率(如生产线突然停机)降低70%,停机时间减少50%(这意味着一旦投资安装生线,将不用担心产能闲置),早期故障检测可以节省30%的成本,而且定期保养成本将低很多。

为此,ST推出了三大解决方案,其中,STEVAL IDP 004和BFA 001是IO-link通信解决方案,一个是IO-link主站,另一个是接收器。IO-link是一种无线通信协议,可以无缝传输数据,且错误率极低。传感器数据送到微控制器进行边缘计算处理,然后送到主板,主计算单元接收并共享数据。ST产品则在其中执行第二层边缘计算。

第二个解决方案是STWIN,此方案首次启用无线工业通信技术,借此用户可以检测到振动。振动是故障的主要症状,过热是故障的其他主要症状,磁感应也是如此。所以,ST能够利用专业知识定制解决方案,并根据客户产线需求优化解决方案。第三个方案是STEVAL-STWINKT1,此方案是一款一流的工业级传感器,用于超声波检测分析机械振动。其不仅有传感器的检测功能,还有数据处理分析能力。

不仅如此,ST可以提供一站式的产品。针对工业电机监测的各项功能需求,比如振动捕捉,信号调节,处理,电源管理,连接,安全连接等,ST建立了完善的解决方案,如在振动监测方面,对于信号调理,ST提供所有的模拟设备和接口。数据处理方面,ST有STM32微控制器。为了实现安全的电源管理,ST提供电源管理芯片和分立器件,例如STPMIC芯片,以及分立MOSFET开关管。对于设备连接,ST有电力线和无线通信产品,也有安全连接技术。

ST不仅有产品,还有整个配套的生态系统。ST解决方案用到了STM32 Cube.AI支持STM32,且STM32 Cube.AI兼容市场上所有软件标准的数据库或软件库,例如Caffe,TensorFlowLite,ONNX,PyTorch。此外,ST还提供数据分析生态系统。借助ST的软件库,客户可以支持计算机视觉,实现复杂的音频,满足所有状态监测需求。

在媒体沟通环节,ST亚太区功率分立及模拟器件产品部工业产品市场总监、自动化技术创新中心负责人Allan LAGASCA进一步指出,ST的预测性维护解决态系统涵盖了设计人员的各种需求,包括连接模块、感测模块、处理模块和安全模块。这些模块甚至可以部署在原有系统中,这是ST的预测性维护解决方案的要素之一。在软件算法方面,ST作为半导体供应商,提供多种软件算法来支持不同的传感器,并可与强大的STM32 CUBE AI人工智能生态系统配合使用。

2、BLE-KNX智能照明控制

1999年5月,欧洲三大总线协议EIB、BatiBus和EHSA合并成立了Konnex协会,提出了KNX协议。KNX协议的主要优点是能够集成到家庭和办公室环境现有IT基础设施和网络中。KNX的另一个优势是通过引入智能控件来降低能耗,能够让暖通空调系统、照明系统、通风系统实现智能化和自动化,如在需要遮阳时自动关闭卷帘窗,当房间没有人时,自动关闭通风系统中的风扇,这显然为人、家庭、办公室等能源用户带来诸多好处。

在此解决方案中ST有很多无线产品,例如ST Bluetooth 5认证产品,其内置了STM32的BlueNRG产品。由于ST STM32性能强大,足以支持这项技术,用户可以连接任何主要的移动平台,兼容Zigbee、Thread、Bluetooth等系统。与此同时,ST还创建了非常友好的生态系统,让每个人都可以轻松地使用。

二、医疗应用和低压电机控制产品

1、ST医疗应用解决方案

超声成像解决方案

超声成像是利用超声声束扫描人体,通过对反射信号的接收、处理,以获得体内器官的图象。据悉,在欧美和亚洲等市场,ST已经把这项业务做的很强,并为一些大公司提供产品,以支持其先进的超声成像机器,例如产品有STM32、STHV系列4通道、8通道、16通道超声波激励发生器和STHV64SW 64通道超声波激励发生器及双向功率复用器。

丰富的医疗产品组合

对于数据采集,ST有传感器。对于数据采集,ST有运动传感器、压力传感器、麦克风,以及温度和湿度传感器,当然,还有超声传感器。针对数据处理,ST有功能强大的微控制器,以及人工智能技术。对于电机控制,ST有电机驱动产品系列。对于网络连接,ST提供有线和无线连接技术。

此外,ST也有数据安全技术。在人身安全和健康方面,ST除了必须确保人身安全,还必须保护我们的个人信息安全。关于安全性方面,ST提供STSAFE安全解决方案,其中包括唯一设备ID码、数字签名和加密算法。

据悉,目前ST器件已广泛应用于包括医学影像、超声诊断、能量收集和神经刺激器、无损检测、心电图(ECG)、光电容积脉搏波(PPG)、皮肤电反应(GSR)、生物阻抗功能、血氧饱和度测试、呼吸频率和体温测量等。

而针对工业市场,ST重点推出了STM32G4,该产品的主要优点是计算性能高,集成丰富的模拟和数字外设(体积紧凑,集成度高,例如,带有可接收信号的数字比较器、213DMIPS和550 CoreMark®的性能测试成绩、自带硬件过采样的12位ADC 4Msps和USB type-C供电功能)。

2、低压电机控制

医疗应用及电动工具

ST另一个重点关注的方向是低压电动控制,适用于对功率要求很高的电池供电设备。例如智能割草机。在仓储物流自动化方面,需要大量的机器人搬运仓库中的货物,这也需要大量的供电。

在这些解决方案中ST使用到了很多旗下自己的组件产品。例如,如果需要电击和ESD防护,ST可提供STPROTECT产品。此外,ST还有各种功率器件,例如STPOWER、STSPIN电机驱动芯片,以及STM32微控制器及生态系统。基于这些丰富强大的产品系列,ST能够轻松地满足客户对各项功能的要求。

据悉,ST已有三种主要套件上市,它们可用于医疗设备、伺服模块和电动工具。以电动园林工具为例,ST的STSPIN32F0能够驱动最高36V的电池供电设备。此外,ST还有36V-60V的高压驱动解决方案。不仅如此,ST还提供STSPIN芯片和低压电机驱动板,以及STSPIN32系列系统芯片。

不仅仅只是产品,如果客户有需要,ST可以提供差异化支持。例如,当客户对设计灵活性有很高的要求时,ST可提供分立的驱动解决方案;当客户对可靠性和紧凑性有很高的要求时,ST可提供全集成的解决方案或系统芯片。可以说,如果客户有定制化需求,不管是哪类系统架构ST均可满足。

在功率器件产品方面,ST拥有非常完善的低压MOSFET产品组合,例如,处于技术创新前沿的STripFET F7,ST提供了40V、60V、80V和100V版本和多种封装可选,同时此系列有很多不同型号的产品。沟通会上,据Allan LAGASCA介绍,ST的STripFET F7 MOSFET低压产品非常适合电机驱动应用,同时ST还有低压电机控制解决方案的全部配套产品,例如,STSPIN32或STM32+栅极驱动器。

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