從執(zhí)行、通信和傳感器三個(gè)層面實(shí)現(xiàn)工廠智能化，ST全方案助力工業(yè)4.0

 對(duì)于工廠而言，通過(guò)數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)現(xiàn)智能制造是目前制造業(yè)的重大升級(jí)需求，而尤其是像我國(guó)這樣的制造大國(guó)，這種需求更為迫切。智能工業(yè)是ST在應(yīng)用層面上的戰(zhàn)略焦點(diǎn)之一，而且其廣泛的產(chǎn)品線也使其可以從工廠的執(zhí)行層、通信層以及傳感層來(lái)給客戶提供全面的解決方案。而且很重要的一點(diǎn)在于，ST可以憑借自己在封裝方面的技術(shù)將各種不同類型晶圓封裝在一起，使模擬、數(shù)字、控制等單元集成在一個(gè)芯里面。近日，ST在北京召開了智能工業(yè)的媒體交流會(huì)，意法半導(dǎo)體功率及分立器件市場(chǎng)部, 亞洲區(qū)市場(chǎng)營(yíng)銷及應(yīng)用高級(jí)總監(jiān)Francesco Muggeri進(jìn)行了精彩的分享。

圖：意法半導(dǎo)體功率及分立器件市場(chǎng)部, 亞洲區(qū)市場(chǎng)營(yíng)銷及應(yīng)用高級(jí)總監(jiān)Francesco Muggeri

從模擬到數(shù)字化運(yùn)動(dòng)控制

在工廠內(nèi)，電機(jī)通常是執(zhí)行機(jī)構(gòu)中最為重要的器件。而在電機(jī)控制芯片方面，ST一直是行業(yè)領(lǐng)先水平。因?yàn)樵诜庋b方面功力深厚，所以ST可以將CMOS、DMOS和bi-polar都封裝在一起。而且在去年，ST還推出了將mcu和模擬芯片封裝在一起的STSPIN32F0產(chǎn)品。Francesco先生表示，因?yàn)榧闪薙TM32的MCU，所以生態(tài)系統(tǒng)都非常地完整，用戶可以找到非常多的軟件庫(kù)。將該產(chǎn)品當(dāng)作做執(zhí)行器執(zhí)行設(shè)備的時(shí)候，它帶有一定的通信功能，可以用做分布式的智能的交互，智能的診斷。

圖：集成32位MCU、7X7 mm QFN封裝的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)IC

STSPIN最新的兩款產(chǎn)品是應(yīng)用于手持設(shè)備的STSPIN233和應(yīng)用于交流供電設(shè)備的STSPIN830。前者可以應(yīng)用于功率敏感的電子閥門、電子鎖等應(yīng)用場(chǎng)景，而后者則可以適用于3D打印機(jī)等輸入電壓較高的應(yīng)用。值得一提的是，8系列達(dá)到了256步的細(xì)分動(dòng)作，而市場(chǎng)的平均水平大概在64步。因此8系列驅(qū)動(dòng)器可以支持一個(gè)更平滑的電機(jī)動(dòng)作輸出。

圖：STSPIN系列

在柵極驅(qū)動(dòng)器這邊，STDRIVE柵極驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生必要 的電壓和電流電平，以準(zhǔn)確有效地激活工業(yè)、消費(fèi)品、計(jì)算機(jī)和汽車應(yīng)用中的功率級(jí)。在此次發(fā)布會(huì)上新介紹的STGAP2系列，可以應(yīng)用于工業(yè)的叉車、高壓的變頻器和各種工業(yè)壓縮機(jī)等領(lǐng)域。另一款新產(chǎn)品PWD5F60是個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)再加上全橋的MOSFET結(jié)構(gòu)，可以驅(qū)動(dòng)很高的能量密度。

圖：ST柵極驅(qū)動(dòng)器系列

在電源設(shè)備這邊，ST可以為客戶提供高可靠性、緊湊、成本效益高的功率分立器件。SLLIMM是小型低損耗智能模塊，可以實(shí)現(xiàn)塑封，支持高達(dá)5KW的工業(yè)應(yīng)用。ACEPACK可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)30KW功率，可以應(yīng)用在大型機(jī)器人手臂和大型的工業(yè)自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)里。兩種封裝的產(chǎn)品都可以工作在175環(huán)境溫度下面。然后在兩種封裝里面，又可以集成不同工藝的晶圓，實(shí)現(xiàn)多種不同類型器件的集成。

圖：適用于工廠自動(dòng)化的電源設(shè)備

用于工廠自動(dòng)化的通信解決方案

在現(xiàn)代化的工廠中，會(huì)有非常多的分布式的節(jié)點(diǎn)，如何將這些節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集起來(lái)進(jìn)行管理和控制?ST提供IO-Link的一系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品可以驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載，在PLC和工業(yè)I/O口上均可使用。

圖：用于工廠自動(dòng)化的通信解決方案

圖：用于工廠自動(dòng)化的IO-Link

上圖是一個(gè)典型的IO-Link的應(yīng)用，中央為傳統(tǒng)PLC，周圍一共有四個(gè)不同的傳感器節(jié)點(diǎn)。在PLC上可以使用ST的L6360作為主控制器(Master)，在每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)上配置一個(gè)L6362A收發(fā)器(slave)，通過(guò)IO-Link協(xié)議，即可實(shí)現(xiàn)雙向通信。

除了IO-Link外，ST還提供了一個(gè)KNX協(xié)議雙絞線通信方案。這種方案對(duì)于傳輸線材的要求很低，因此很容易在智能樓宇上實(shí)現(xiàn)部署。在無(wú)線通信方面，ST還有超低功耗藍(lán)牙和Sub-GHz的方案可以供客戶使用。

圖：使用KNX協(xié)議的雙絞線收發(fā)器IC

圖：無(wú)線連接方案

適用智能工業(yè)的高精度MEMS傳感器

ST獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)和環(huán)境傳感器產(chǎn)品組合涵蓋專門設(shè)計(jì)的全方位傳感器類型，旨在支持工業(yè)應(yīng)用，滿足工業(yè)4.0變革的嚴(yán)苛要求。據(jù)Francesco介紹，此次有兩個(gè)新的工業(yè)應(yīng)用傳感器——IIS3DWB和LIS2DW12。LIS2DW12是一款超低功耗高性能三軸線性加速度計(jì)，屬于“femto”系列，利用已經(jīng)用于生產(chǎn)MEMS加速度計(jì)的成熟制造工藝。

圖：ST強(qiáng)大的傳感器產(chǎn)品組合

減少運(yùn)營(yíng)損失的可預(yù)測(cè)維護(hù)方案

在此次發(fā)布會(huì)上，ST重點(diǎn)介紹了一個(gè)適用于工廠應(yīng)用的可預(yù)測(cè)性維護(hù)的方案。我們知道在工廠內(nèi)，傳感器需要實(shí)時(shí)對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦設(shè)備出現(xiàn)異常，就需要快速通知工人進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，減少down機(jī)時(shí)間。

圖：可預(yù)測(cè)性維護(hù)demo

上圖就是現(xiàn)場(chǎng)演示的可預(yù)測(cè)性維護(hù)demo，中間是模擬的工廠PLC的部分。上面的板子型號(hào)為STEVAL-IDP004V1，用于IO-Link的主控制器。下面的板子型號(hào)為STEVAL-IHM042V1，用于兩個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制。兩邊分別為一組電機(jī)，作為工廠多個(gè)分布節(jié)點(diǎn)的演示。圖片中未展示的是通過(guò)線纜，可以將節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳到電腦上的ST提供的檢測(cè)軟件上進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在每個(gè)電機(jī)上面，都有一個(gè)小的檢測(cè)板(如下圖所示)，這個(gè)板子很小，因此可以非常方便的部署在各種執(zhí)行設(shè)備上。此demo板板載多種不同的傳感器，可以對(duì)振動(dòng)、溫度等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，板載了一個(gè)IO-Link的收發(fā)器，然后通過(guò)線纜，可以將數(shù)據(jù)傳至PLC，然后由PLC傳回至電腦。

圖：STEVAL-IDP005V1

上圖中紅色的是模擬的是一個(gè)異常工作狀態(tài)下的電機(jī)，可以看到紅色LED顯示其已經(jīng)出現(xiàn)異常，同時(shí)在電腦的軟件端也有相應(yīng)的提醒。

Francesco表示：“ST可預(yù)測(cè)維護(hù)demo板可以幫你檢測(cè)加速度、轉(zhuǎn)速、或者位移，甚至是一些人聽不見(jiàn)的噪聲，甚至是力矩的改變。通過(guò)這些檢測(cè)結(jié)果，和出廠時(shí)候的標(biāo)準(zhǔn)樣本進(jìn)行對(duì)比，就可以管理你的設(shè)備。在發(fā)現(xiàn)這個(gè)設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)異常，但沒(méi)有損壞的時(shí)候，你就可以采取一些措施。”

圖：ST可預(yù)測(cè)性維護(hù)方案

據(jù)悉，經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用和ST的測(cè)算， 可預(yù)測(cè)的維護(hù)系統(tǒng)可以將因?yàn)樵O(shè)備損害而造成的停歇時(shí)間減少50%，可以幫助客戶將因?yàn)樵O(shè)備損害而造成的直接的設(shè)備的損失減少40%。

---

ST在于智能工業(yè)方面的優(yōu)勢(shì)可以總結(jié)為三點(diǎn)，一是其一直堅(jiān)持自有生產(chǎn)的策略，因此已經(jīng)積累了30年的自動(dòng)化生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，使得其對(duì)于客戶的應(yīng)用場(chǎng)景的了解更為深刻。二是其擁有極為寬廣的產(chǎn)品線，不論是控制、執(zhí)行還是通信層，都有優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品可以提供給客戶。方便客戶實(shí)現(xiàn)全套解決方案。三是因?yàn)镾T的封裝技術(shù)非常的優(yōu)秀，可以將多種不同類型的器件、譬如模擬、數(shù)字、控制等不同晶圓類型的資源都集成在一個(gè)芯片內(nèi)，給客戶提供高度集成的產(chǎn)品。

Francesco Muggeri先生總結(jié)道：“ST能夠提供工業(yè)自動(dòng)化的應(yīng)用所需的各種元素，我們是非常理想的工業(yè)自動(dòng)化的合作伙伴。