近兩個世紀前，工業(yè)革命開啟了前所未有的發(fā)展時期，其基本原則對于當今的工業(yè)技術仍然適用：系統(tǒng)和產品采用尖端設計，在惡劣環(huán)境中經過測試，使用壽命可長達數(shù)年。長使用壽命已深入工業(yè)技術的 DNA 中，1821 年如此，2021年也如此。
而消費類技術則利用最新最好的技術。消費者每天都在要求最快、最小和最便宜的產品。例如，電源管理領域的重要發(fā)展是由消費者需求推動的。設計人員和開發(fā)人員愿意在新技術上冒險，以將最小、最快和能效最高的產品推向市場，即使這些產品無法做到經久耐用。事實上，情況就是這樣：技術迭代和每隔一兩年發(fā)布一次新品的需求，已經融入了消費類技術的發(fā)展和文化。
工業(yè)系統(tǒng)的要求沒有改變，市場也沒有將其與消費類技術一樣對待的期望或需要。但隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)的發(fā)展，越來越多的工業(yè)客戶希望將消費市場相關的技術添加到其工業(yè)產品中。例如，廣受歡迎的附加功能，如無線連接、觸摸屏和智能聯(lián)網(wǎng)傳感器等。用戶希望將這些技術集成到他們的系統(tǒng)中，同時仍然提供和傳統(tǒng)工業(yè)系統(tǒng)一樣的可靠性和使用壽命標準。
將消費類技術實踐到工業(yè)領域的挑戰(zhàn)
將消費類技術應用到工業(yè)產品并不總是那么簡單。工業(yè)解決方案的要求很高，系統(tǒng)通常需要24小時不間斷運行。工業(yè)系統(tǒng)設計工程師和我們所有人一樣，每天都在個人生活中接觸最新的消費類技術。因此，很自然地期望將這些技術延續(xù)到他們的工作生活中。例如用觸控顯示器取代舊式顯示器和鍵盤系統(tǒng)，利用最新和最好的通信協(xié)議，以便將數(shù)據(jù)即時傳輸回中央樞紐以進行全工廠范圍的監(jiān)控，并且能夠利用工廠車間無延遲傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，以了解特定機器的性能隨著時間的變化。在某些情況下，還可以擁有便攜式系統(tǒng)，從而利用最新的電源管理系統(tǒng)，這樣就不必擔心機器在使用時會斷電。雖然添加這些功能都很不錯，但工業(yè)系統(tǒng)設計人員必須平衡這些消費類需求與工業(yè)系統(tǒng)已有的要求：耐用性、可靠性、以及可能長時間暴露在極端溫度和惡劣環(huán)境中。
雖然用于工業(yè)和消費類市場的電子元件本身非?？煽?，但它們所處的系統(tǒng)可能會給元件帶來額外的壓力。對工業(yè)產品來說，可能會受到高溫、振動或電磁干擾(EMI)的影響。因此，在決定將消費類技術添加到工業(yè)產品時需要深思熟慮，確保靈活性，同時注意不要影響最終產品的質量。
將觸摸屏、電源管理系統(tǒng)、藍牙和 Wi-Fi 等額外功能添加到已經很龐大的物料清單中，給這些產品的成本結構帶來了額外壓力。工業(yè)OEM正在尋找標準產品的替代選擇，以滿足他們對成本和功能預算的要求。通過只包含所需的功能，并將多個功能整合到單顆芯片上，定制集成電路可以降低成本，同時需要的占位面積和功率比現(xiàn)成的設備更少。
智能的解決方案
最初提出工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)概念時，設想的是收集到的所有數(shù)據(jù)都可以傳輸?shù)皆贫?，存儲在那里，并在不斷發(fā)展的智慧工廠需要時進行檢索。人們已經習慣于在智能手機上即時訪問多年前的圖片或消息，因為它們已存儲在云中并可以立即下載。但是，當你搜索照片，而你的云連接因你的位置受到影響時，這會使檢索變得困難且麻煩。
工業(yè) 4.0 的成功依賴于數(shù)據(jù)，而要支持這一點需要大量傳感器，這些傳感器旨在測量工廠設備資產的各種狀況。目的是立即感知、測量和處理來自這些傳感器的所有數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)做出明智的決策。與消費者需求一樣，要求是能夠完全訪問在任何特定時間收集的所有數(shù)據(jù)。然而，在工業(yè)環(huán)境中，如果可能發(fā)生云通信失敗，那帶來的后果可能要比單純的麻煩嚴重得多。
工業(yè)市場正在從消費市場所面臨的挑戰(zhàn)中學習，將數(shù)據(jù)處理帶到傳感器邊緣。這樣一來可以立即測量和分析數(shù)據(jù)并做出本地決策。哪些數(shù)據(jù)需要存儲，可以存儲在本地，也可以傳輸?shù)皆贫艘詡鋵頇z索，其余的丟棄。這意味著雖然每秒都測得大量數(shù)據(jù)，但僅存儲與工廠運行相關的數(shù)據(jù)。
從傳感器邊緣測量數(shù)據(jù)也帶來一定挑戰(zhàn)。這些傳感器并不總是位于最容易接近的位置。在某些情況下，傳感器使用有限的電源運行，因此在數(shù)據(jù)處理中采用最新的高效電源管理系統(tǒng)非常重要。將所需數(shù)據(jù)傳送到中央樞紐或云端可能需要多種不同類型的通信協(xié)議。像Wi-Fi或藍牙等消費市場熟悉的協(xié)議或許足夠了，但通常需要更強大的工業(yè)協(xié)議，如HART或Foundation Fieldbus。隨著傳感器變得越來越智能，數(shù)據(jù)變得越來越復雜，IO-Link和10Base-T1L/S等現(xiàn)代協(xié)議正在取代這些傳統(tǒng)協(xié)議。
IO-Link是用于與執(zhí)行器和傳感器進行通信的首個實現(xiàn)全球標準化的IO技術。這使其成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的理想選擇。它通過標準的非屏蔽3線IO電纜連接，并提供電源和最長20米的雙向通信。雙向屬性允許將參數(shù)設置存儲在主機自動化系統(tǒng)中，并在更換傳感器時自動下載。它還支持傳感器級別的診斷信息;只需最少的硬件和軟件工作即可獲得額外的傳感器信息。通信速度快，高達230.4 kBaud，并且可以通過標準化或制造商特定的映射連接到幾乎任何現(xiàn)場總線。
同時，10Base-T1(也稱為雙絞線以太網(wǎng))是一項新興的網(wǎng)絡技術，目前正在被國際電工委員會(IEC)標準化。10Base-T1S支持最長15米的多點拓撲，而 10Base-T1L使用最長1000米的點對點拓撲。它們都可以是最高10Mbit/s的全雙工或半雙工，同時也可以提供電力傳輸。鑒于此標準可用的大帶寬，以及它可與現(xiàn)有以太網(wǎng)基礎設施無縫連接，收集豐富數(shù)據(jù)的可能性以及由此帶來的生產力和效率收益是巨大的。這兩種協(xié)議都提供快速、雙向、穩(wěn)健的通信，并且可以更輕松地連接到測量和控制系統(tǒng)。
既滿足工業(yè)產品標準又融合消費類技術的解決方案的一個很好例子是Dialog半導體公司的SmartEdge?平臺。這種實時控制系統(tǒng) IC 將模擬前端(AFE)和傳感器數(shù)據(jù)處理校準、控制、數(shù)據(jù)通信、用于數(shù)據(jù)保護的嵌入式安全功能等全部集成到定制的單顆硅芯片ASIC中。如果你的傳感器在有限的電源上運行，還可集成高效的電源管理。
您可能需要專家的幫助和建議，最好與合作伙伴合作創(chuàng)建滿足您具體需求的定制 IC，而不是嘗試將標準部件硬塞進您的系統(tǒng)中。了解并非所有消費類技術都適用于工業(yè)應用也很重要，因此選擇合適的合作伙伴，以滿足您的工業(yè)系統(tǒng)對混合信號、處理器、內存和通信的要求，同時這個合作伙伴還要熟悉消費類技術以及哪些技術適合工業(yè)市場，這一點很重要。
Dialog為一級消費類公司設計此類ASIC解決方案已有30多年的積累。定制ASIC已經深入我們的DNA。通過我們最近的收購獲得的與工業(yè)客戶的深厚關系，Dialog能將工業(yè)和消費領域的技術優(yōu)勢結合在一起，通過定制芯片解決方案滿足工業(yè)市場不斷變化的需求。
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