2023第七届工业控制与通信技术研讨会圆满落幕！自动化转智能化成工控新趋势

电子发烧友网报道（文/周凯扬、李宁远、莫婷婷、刘静）2023年7月5日，由电子发烧友网主办的“2023第七届工业控制与通信技术研讨会”成功举办。此次研讨会邀请到了意法半导体、瑞萨电子、Keysight、ADI、纳芯微电子多家国内外知名企业的专家和领导共同参与，探讨工业控制与通信技术领域的最新进展、应用趋势和挑战。
 
研讨会的开始，电子发烧友网总经理张迎辉在致辞中表示，随着全球工业经济的全面复苏，工业互联网、5G通信和智能制造又回到了正常的升级发展轨道上来。各国的工业生产制造企业需要在数字化、智能化、节能环保和降本增效的科学发展道路上，不断地做技术升级，以半导体芯片技术、计算机软件技术和AI技术带动全球工业制造的发展。

图：电子发烧友总经理张迎辉致辞

 
今年全球工业控制市场的规模将达到2600亿美元，而国内的工业控制市场规模也将达到2321亿元，同比增长13.1%，可以说工业控制是目前最热门的市场应用之一。电子发烧友网长期跟踪工业控制的技术和市场的发展，在这个市场由于历史的原因主要还是由国际巨头深耕，同时在技术上他们也有领先的优势。不过国内半导体企业在消费类取得了成功之后，也有众多的原厂在设计规划自己的产品线要打入工规应用市场。
 
意法半导体：ST工业自动化系统解决方案
 
在本届工业控制与通信技术研讨会上，意法半导体工业自动化技术中心策略市场经理冯国柱介绍了意法半导体在工业自动化系统上提供的方案，尤其是IO-Link的主从站设计方案，解决工业环境中数据传输的问题。
 
传统的工业系统现场中，会有很多不同的电平标准和通信协议。比如既有模拟信号也有数字信号，其中模拟信号就很容易受到恶劣现场环境的干扰，且如此一来就导致了模块化和通用性较差的局面。
 
冯国柱指出，为了解决工业现场环境中最后一段数据到传感器和执行器传输的痛点，我们引入了专门的数字接口IO-Link来解决这个问题。IO-Link实现了全数字化的传输，且双向数据传输使得现场参数化交互和信息诊断、回传成为可能，使用这种技术就可以实现远程的监控和终端设备的预见性维护。
 
IO-Link的优点还包括：第一，无论是使用纯数字式的传感器，还是经过数字量化后的模拟传感器以及不同类型的执行器，都可以实现统一接入，从而实现简单而标准化的系统构架；第二，由于数字信号的传输会比模拟信号的传输抗干扰能力更强，所以系统可靠性更强；第三，通过数字信号的双向传输，我们得以使用更先进的执行器或传感器，从而更容易实现状态监控和系统的诊断保护功能。

意法半导体既提供了L6360这样的IO-Link主站通信芯片方案，在传感器和执行器的从站端，也提供了L6326A、L6364的从站通信芯片方案。根据标准，这种三线点对点的通信方式极易与现有传感器与执行器的标准IO兼容，比如M42的标准工业连接器等。该方案的优势也不止于此，比如在单一线缆中既可以实现点对点的双向传输，同时还可以实现主站端对从站端的一般供电需求，线缆的最大长度也可以支持到20米，最大速度可达230.4kBd。
 
瑞萨电子：全“芯”赋能中国大工业
 
瑞萨电子MCU事业发展部高级经理谭绍鹏在此次工业控制与通信技术研讨会中分享了瑞萨电子在整个工业自动化市场上的布局等，包括现在火热的工业网络通讯、工业电机驱动/传感以及功能安全等方面。
 
在工业市场，瑞萨电子侧重在智能制造这一方向，着重于增加边缘设备数据处理能力。边缘设备端的处理不像以前一样只需要处理比较简单的任务，而且还要提升每个设备之间的通讯能力，保证提供快速高精度的控制来提高产能或生产效率来降低能耗。
 
在工业网络通讯端，瑞萨电子提供全面的工业自动化产品组合，从IT/OT边缘到传感器网络。为了匹配工业以太网的发展趋势，瑞萨电子也推出了集成了EtherCAT从站控制器的MCU RX72M，在I/O模块，总线伺服、步进电机，PLC上都能够使用。


工业电机也是瑞萨电子持续关注的领域，如何快速且高精度地控制电机驱动是瑞萨电子未来发展的重要方向。瑞萨电子也在电机速度控制和位置控制上布局了增强模拟功能以及提高可拓展性的电机控制芯片。
 
瑞萨MCU从芯片开始设计的时候，就覆盖了主流工业通讯协议栈的支持，确保芯片从底层的硬件电路、驱动层、Mac 层能够适配不同的工业应用。协议的提前适配尽可能少地让设计人员在实现多协议的时候不用过多更改整个硬件链路设计。瑞萨电子以多样产品组合全“芯”赋能工业应用。
 
Keysight：TSN彻底改变汽车、工业自动化领域的实时通信
 
TSN时间敏感机制为标准以太网增加了确定性和可靠性，确保数据能够实时、确定和可靠的传输，更加贴近工业互联网应用需求。Keysight解决方案工程师周玉凯在此次工业控制与通信技术研讨会中分享了TSN相关经验。
 
在工业4. 0时代，IT与OT融合使制造业充分发挥出数字化变革带来的优势，实现数据的采集、传输、可视化和分析，从而实现智能制造。但是，在实际推动工业4. 0的过程中，IT与OT融合存在着诸多的障碍，TSN的出现正好解决了此类障碍。
 
TSN能够执行微秒级的确定性任务，降低整个通讯网络复杂度，实现IT与OT融合。其具有的精准时钟同步能力、确定性流量调度能力以及智能开放的运维管理架构，可以保证多种业务流量的共网、高质量传输，兼具性能及成本优势，是未来工业网络的重要发展方向。


同时，周工分享了5G与TSN的整合发展趋势，二者作为无线和有线领域的关键网络技术，融合创新、协同部署，对于构建高质量的工业互联网至关重要，工业场景大量需要端到端确定性互联的场景都将受益于此。
 
Keysight提供了TSN整个设计和测试生命周期的解决方案，从架构和早期设计仿真，到研发和验证，再到制造和一致性测试。5G TSN上Keysight也能提供全方位的测试解决方案，比如基站测试、终端测试、终端芯片测试等等。TSN的应用将彻底改变汽车、工业自动化领域的实时通信。
 
ADI：电机智能维护，加速工业4.0
 
工业4.0的重点是制造业的智能化，包括生产过程以及生产管理的智能化，而电机参与了生产过程的各个环节，因此对电机的智能化技术开发尤为重要。ADI OtoSense SMS 产线系统应用部经理霍斌表示，CbM（基于状态的维护）技术是实现工业4.0的基本保障，它的核心就是要确保工业设备的不间断操作以及高效运行。
 
维检技术分为即时性维护、定期性维护以及预测性维护（CbM/PdM）。上述三种维检技术都有不同的问题，而预测性维护技术由于是新兴技术，因此对各种条件下的预测精度有待进一步提高，需要不断开发完善算法。
 
维检技术cbM能够减少非预期的停机、提高运营效率、降低总体成本，并且能够根据反馈作出决定，带来更好的用户体验。在这方面，ADI能够提供的完整CbM应用信号链，以及包括软件硬件在内的完整系统解决方案。
 
霍斌介绍，ADI 推出了OtoSense SMS电机智能检测平台，基于AI的先进算法，提供了完整的智能监测方案，包括设备端监测、学习及分析、解决及维护。
 
在硬件方面，OtoSense SMS电机智能检测平台集成了ADI高性能振动、温度磁场传感器芯片，均由ADI设计，其中温度传感器能够检测环境温度和电机表面温度。在系统设计当中，ADI加入了电池监测，一旦电池电量降低到一定程度的时候，客户端的应用软件会有相应的提醒。
 

图：ADl OtoSense SMS 技术结构

软件方面，OtoSense SMS电机智能检测平台基于云平台的AI智能检测以及预测专家系统等。其SMS软件实现了API支持，能够让客户构建自己的平台。霍斌表示，ADISMS技术有着以下三大特点：一是结合软、硬件的完整方案；二是具备业界最高水平的电机异常检测；三是高效方便的PC及手机用户应用界面。
 
OtoSense SMS电机智能检测平台已经成功应用于生产线传送带驱动、水站水泵驱动、车间通风扇驱动等多个应用场景能够检测出供电异常、定子异常等9个电机异常问题。霍斌提到，公司未来会根据市场需求进一步迭代产品，例如发布增强版产品，支持PM电机等企业类型的电机、引入更加高级的传感器、产品小型化等。
 
纳芯微：产品解决方案赋能工业自动化
 
纳芯微成立于2013年，是一家致力于研发高性能高可靠性模拟及混合信号芯片设计公司，现有员工大约600名，2022年营收超16亿元，近年其在数字隔离类芯片、汽车电子芯片、物联网感知芯片三大领域有不错的表现。在本次研讨会上，纳芯微电子技术市场经理王良藩带来了《产品解决方案赋能工业自动化》的主题演讲。
 
王良藩此次围绕工业控制解决方案重点介绍了纳芯微所拥有的产品，根据他的介绍纳芯微的产品可应用于工业现场仪表、PLC/DCS控制器、伺服变频马达驱动和工业机器人，其中在工业现场仪表领域纳芯微可以提供4-20mA工业变送器专用芯片、工业现场总线的接口芯片、隔离电源类、温度压力磁传感器等产品；在伺服控制器当中，纳芯微有数字接口和总线接口，还有驱动类PWM、缓冲器、隔离驱动器、隔离电流采样、通信以及直流母线采样相关的解决方案。


经过纳芯微十年的沉淀，研发突破，在本次研讨会上其还重磅发布了工业自动化相关的信号链新品。具体包括应用于工业自动化系统当中的高精度电压基准、高压通用运算放大器及应用于测温系统的模拟集成方案。
 
王良藩重点介绍了纳芯微最新推出的高精度基准源系列NSREF30XX，该产品具有千分之二初始精度、最大35ppm的电压基准源，其工作电压可以支持低至1.8V高至5.5V的工作范围，输入输出的电压差可以低到1mV以下。
 
产品优势在于初始精度可以做到千分之二，典型的温度漂移在10个ppm，最大保证在35个ppm以内，输出的低频噪声在2.5V的版本的情况下是20μVpp，还有着不错的负载调整率和线性调整率。该产品广泛适用于工业自动化、光伏、智能电网、便携式仪表等领域。
 
电子发烧友网：2023年工控与通信行业上游发展趋势和热点解读
 
2023年，在提高工业自动化水平和降本增效的一致目标下，工控行业的需求已经逐步改善，尤其是对国内工控企业来说。随着东南亚等地区也开始吸引更多制造业厂商进驻，中国的工控方案商有了更多的出海机会。除此之外，来自国家的政策激励也进一步促进了工控市场的蓬勃发展，尤其是在清洁转型和先进制造领域。行业整体规模持续扩大的红利已经显现，工控上游的MCU、FPGA、通信芯片和传感器厂商首当其冲。
 
电子发烧友网编辑周凯扬表示，在工业控制芯片这一块，主要厂商以通用MCU为主，用于工业控制的MCU往往对稳定性、可靠性有着更高的要求。而在技术趋势上，工业控制MCU呈现出了高性能和高集成度的走向，以工业机器人为例。工业机器人在位置、速度、动作顺序等控制方式上更加复杂、精细和智能化，这对机器人控制器的功能、性能和接口提出了新的挑战，所以高性能和高集成度的MCU成为机器人主控制器芯片的主流方案。



其次还有FPGA，随着工业机器人、高精密设备等行业的快速发展，多轴、高性能伺服的需求也越发凸显，所以目前FPGA在伺服驱动、数控和工业自动化领域仍有着广泛应用。且FPGA在工业通信领域也有了不少应用场景，比如用于EtherCAT的主站或从站等。
 
而决定工业控制感知层的主力工业图像传感器，近年来的技术创新主要是由先进制造以及AI集成带来的。半导体制造、面板制造的缺陷检测中，工业检测对精度和细节越来越高，诸如半导体晶圆检测、8K LED面板检测等，都需要更高像素的图像传感器来完成检测，同时应用全局快门之类的技术提高检测效率。
 
而在工业通信方式上，工业以太网中的EtherCAT和工业无线网中的5G网络成为增速最快的两种通信方案。以太网基础上构建了确定性协议的EtherCAT是目前最快的工业以太网技术之一，其特殊的结构显著降低了系统中CPU的负载，即便是从站需要专用芯片，也能实现低于现场总线的系统成本。而工业5G网络在建设全连接5G工厂的浪潮袭来之际，很可能会成为工业无线网，乃至整个工业通信方式中的一匹黑马。