發布日期：2022-04-28 點擊率：67
Other Parts Discussed in Post: PROFIBUS
由Miro Adzan和Thomas Leyrer共同撰寫
當今的終端設備市場需要更短的產品生命周期、更多的單獨配置產品及快速適應瞬息萬變的消費者權益。在制造車間，關鍵參數包括較低的資源利用率，特別是更低的功率、更快的制造時間和更低的生產停機時間。這些要求需要一個更復雜、更智能的工廠，利用云，并使用遠程大數據分析功能優化并適應制造流程，增強在整個生命周期跟蹤產品的能力。
機器和生產單元與互聯網的聯系實現了過程數據的實時視圖。機器與產品的聯系還提供了產品數據的實時視圖。由工業服務機器人操作的自動化機器和生產單元處理原材料和生產部件。在生產過程中進行產品和機器質量檢查，以進一步縮短周期時間。這種方式減少了人機互動，并在生產過程中聚焦更高價值的任務。
創新的突破使得工業4.0成為現實。許多意義非凡的技術是由像德州儀器這樣的工程公司實現的。對于TI來說，解決子系統設計挑戰至關重要，這將提高包括效率和靈活性在內的智能制造設計，同時提供制造流程的實時視圖、連通性和通信。
以下為促成更智能、更高效制造的工業4.0的一些關鍵技術，：
兼容的工業通信。為了獲得完整制造系統的透明視圖，所有數據必須通過具有共同格式的工業通信技術提供。您可能聽說過“IT連接到OT”這一短語。這意味著信息技術（IT）世界使用互聯網協議（IP）和更高層協議來實現安全的Web訪問。操作技術（OT）世界使用專用的現場總線和工業以太網，其通常僅使用以太網標準，而不使用基于軟件的網絡堆棧組件。這種現場級和企業級之間的不兼容性要求將兼容層定義為工業4.0框架的一部分。將開放平臺通信統一架構（OPC UA）連接到較高層，并將現場總線連接到較低層的工業4.0網關是兼容性問題的短期解決方案。
將通信擴展到產品級需要低功耗通信。射頻識別RFID是獲得產品和機器通信的關鍵技術。將傳感器部署在產品附近和機器處時，電源通過電纜。IO-link通過雙向數字通信為基本開/關狀態通信的擴展建立標準。IO-link網關使用工業以太網或無線LAN直接與OPC UA通信。對于手動操作員的檢查，Bluetooth?低能量連接將數據發送到移動終端。
高精度傳感。生產過程的效率很大程度上取決于工業傳感技術。小批量的機床設置時間變得更加重要。盡管仍需要在線碰撞避免系統，但工具、工件和夾具之間避免碰撞可進行離線模擬。許多材料和工具需要水冷卻，這使得光學傳感器難以檢測碰撞。在灰塵和潮濕環境中工作的掃描儀是必需品。
機床在其使用壽命期間會出現故障且生產質量也會降低。機床的連續力感測可在早期指示機床斷裂情形。機床質量會影響溫度傳感器和聲學傳感器的數據。預測性維護是一個潮詞，其描述了盡早更換早期預示有機床斷裂情形的概念，而不會影響生產流程或生產質量。
機床的多軸控制使用閉環運動來定位刨槽機或材料。尺寸和表面的公差具有來自軸、機床和夾具的機械方差的額外方差。使用線性編碼器和激光距離傳感器的精確距離測量用于機器校準、運動控制和質量監控。
制造過程取決于諸如溫度和濕度等環境數據。主動冷卻和清潔系統對環境條件有影響。用于液體和空氣的流量傳感器為機床的環境系統提供輸入。
電機驅動和控制效率。電機是生產系統中需要大部分能量的組件。具有閉環電流、速度和位置控制的變頻驅動器實現了對功耗有直接影響的動態轉矩曲線。通過絕對編碼器對隔離和轉子位置測量的高精度電流測量為每個控制周期提供控制算法。除了高效的電機控制算法外，功率級的效率是功耗的關鍵因素。氮化鎵（GaN）晶體管的更快的開關頻率降低了生產單元中的電動機驅動系統的功率。
現代生產單元具有四個一起工作的主要子系統：定義整個生產過程的計算機數字控制（CNC）系統、驅動生產用電動機和致動器的運動控制子系統、用于其它傳感和控制應用的可編程邏輯控制（PLC）系統，以及用于材料處理的服務機器人。
嵌入式處理。提高生產系統的效率和靈活性體現在許多方面。工業通信、工業傳感和工業控制構成了智能工廠的基礎。本地智能在嵌入式微控制器和微處理器上運行。得到的產品和過程數據通過無線和有線工業通信被發送到用于大數據分析的工業云。
工業4.0演示墻
我們展示了幾個工業演示，幫助利用TI半導體解決方案實現工業4.0和未來智能工廠。請蒞臨2016年德國慕尼黑電子展（electronica 2016）的TI展位（A4展廳，219展位）和德國紐倫堡自動化展的TI展位（展位＃6-441）親睹它們的風采。針對我們計劃展示的內容，您可先睹為快。
TI的工業4.0演示墻將采用最新的TI參考設計和創新，通過EtherCAT網關實現實時以太網通信功能。我們的傳感器通信采用IO-link等有線技術和藍牙?低功耗等無線技術。TI的GaN技術與具有電流感測功能的48 V 3相GaN基逆變器一起展示，有助于提高變速電機驅動器的效率。
TI演示墻突顯工業電機驅動控制的創新。
以下是TI工業4.0演示墻上每個參考設計的更多詳細信息，可在TI.com.cn上下載。
工廠自動化和控制：
通過BLE連通性驅動的現場變送器參考設計：該現場變送器設計測量濕度和溫度。它使用Bluetooth?低能量報告測量值。該設計的回路電源為4至20 mA電流，回路上的電流值根據濕度值變化。
IO-link傳感器變送器參考設計：該參考設計為IO-link傳感器變送器提供了快速原型開發平臺。由于其模塊化設計，可輕松切割不同的區段，允許任何模擬或數字傳感器實現快速簡易連接。
單芯片，回路供電4-20mA RTD傳感器變送器參考設計；該設計中的內置處理器支持使用補償算法，提高系統性能。該參考設計非常適合空間受限的應用，并以低功率性能在高環境溫度下運行。
用于具有模擬4-20mA輸出的傳感器的IO-link適配器參考設計：該設計評估工業環境中傳感器的二進制或模擬4-20mA輸出信號，并通過IO-link將結果轉發到PLC。所有這些都適用于與工業標準M12連接器兼容的6mm寬PCB。
隔離回路供電熱電偶變送器參考設計：本參考設計系統解決方案為4至20 mA隔離電流回路應用提供精確的K型熱電偶測量。該解決方案可幫助設計人員快速原型化并開發用于過程控制和工廠自動化的最終產品。
工業電機驅動：
增強隔離的參考設計：具有電流、電壓和溫度保護的三相逆變器。實現提供卓越增強隔離能力和開關損耗減少的功率級。
符合EMC標準的單芯片解析器到數字轉換器（RDC）參考設計：與傳統RDC解決方案相比，該解決方案降低了系統成本，并減小了電路板空間，且提供片上保護和診斷功能，以提高抗短路能力并通過檢測外部故障條件增強安全性。
用于無刷電機的48-V 10-A三相高頻氮化鎵（GaN）基逆變器參考設計：TI將LMG5200半橋GaN功率模塊與更快、更精確的電流感測放大器相結合，創建了一個可實現更高效、更小電機設計的參考設計。
采用48V三相逆變器的基于分流的在線相電流檢測：基于在線相位分流的電流測量允許連續相電流測量，以獲得更佳的驅動性能和高AC共模抑制，允許從低-高PWM頻率，并在未校準的情況下在整個溫度范圍內的高增益和偏移精度條件下進行精確的電流檢測。
具有多協議以太網功能的符合EMC協議的EtherCAT從站：該參考設計為多協議以太網功能提供了極大的靈活性，包括一個雙端口EtherCAT從站，帶有用于PROFIBUS和多協議RT以太網的HW選項。它還包括一個成本優化的電源管理集成電路，為整個板提供電源，設計符合IEC61000-4-2，4-4和4-5 EMC抗擾性。
今年，TI正考慮從展會現場直播，您可看到展位的“實時情況”。通過此網站上可觀看現場播報。請于今天下午4-5點（CET）在我的網絡研討會（my webinar session）上注冊，其中，演講時間為20分鐘，問答時間為40分鐘。
通過TI提高智能工廠的效率、有效性和靈活性：了解TI技術如何利用TI EtherCAT實時以太網的解決方案實現工業4.0和未來的智能工廠。仔細觀察使用有線技術和無線技術的傳感器通信。
其他信息：
· 新白皮書：通過TI的Avner Goren和Miro Adzan的預測性維護，讓工廠變得更智能、更高效。
有關工業4.0的更多信息和參考設計。
TI工廠自動化與控制和電機驅動的產品和子系統設計專業知識。
閱讀博客“智能工廠自動化系統中的控制級設計挑戰”。
原文鏈接：
https:/e2e.ti.com/blogs_/b/industrial_strength/archive/2016/11/07/what-s-next-for-industry-4-0-the-best-new-technologies-shaping-the-future-of-smart-factories
" target="_blank">
https:/e2e.ti.com/blogs_/b/industrial_strength/archive/2016/11/07/what-s-next-for-industry-4-0-the-best-new-technologies-shaping-the-future-of-smart-factories
" target="_blank">https://e2e.ti.com/blogs_/b/industrial_strength/archive/2016/11/07/what-s-next-for-industry-4-0-the-best-new-technologies-shaping-the-future-of-smart-factories
下一篇： PLC、DCS、FCS三大控
上一篇： 切斷最后的電線，釋放
