ADI電機(jī)控制方案滿足智能工業(yè)強(qiáng)需求

近年來，德國在全球推廣“工業(yè)4.0”這個(gè)概念，旨在推動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，得益于其極大提高了生產(chǎn)效率，這個(gè)以智能制造為指導(dǎo)的第四次工業(yè)革命在全球掀起了一陣熱潮。

縱使是一個(gè)新的工業(yè)革命，但電機(jī)控制也是一如既往的重要。因此如何做好電機(jī)控制以符合新工業(yè)的需要，就成為了各大半導(dǎo)體廠商考慮的問題。ADI公司作為行業(yè)內(nèi)的翹楚，在高效率低功耗的電機(jī)控制方面有著傳統(tǒng)的優(yōu)勢，那么在未來的智能工業(yè)浪潮里，ADI是怎么因應(yīng)需求而在電機(jī)控制方面做出相應(yīng)的改變呢?電子發(fā)燒友本期《智能工業(yè)特刊》專門采訪了ADI公司的市場經(jīng)理張松剛，就ADI公司在電機(jī)控制方面的技術(shù)進(jìn)行深入交流。

我們知道，智能工業(yè)作為一個(gè)新的方面，每個(gè)人都有著不同的看法，那么ADI是怎樣看待智能工業(yè)的發(fā)展的呢?

“首先，我認(rèn)為在未來智能化是需要雙向互動(dòng)的，網(wǎng)絡(luò)通訊與智能化傳感技術(shù)的發(fā)展將會(huì)促進(jìn)工業(yè)控制的智能化發(fā)展。”張松剛經(jīng)理說。另外，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)可以將工業(yè)控制整合成一個(gè)系統(tǒng)，可以在優(yōu)化的控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)智能化，網(wǎng)絡(luò)通訊也可以很容易將各個(gè)分立的子系統(tǒng)及節(jié)點(diǎn)連接成大的系統(tǒng)，越來越多的工業(yè)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)并更加網(wǎng)絡(luò)化與智能化。張經(jīng)理強(qiáng)調(diào)。

再者，張經(jīng)理談到：“傳感技術(shù)也在不斷地更新與變化中，越來越多的智能技術(shù)被用在傳感器上，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也已開始與傳感器緊密結(jié)合;像這幾年非常熱的物聯(lián)網(wǎng)概念，都是工業(yè)控制智能化的具體體現(xiàn)。”

“在這當(dāng)中，軟件技術(shù)的發(fā)展將面臨巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)，真正雙向的通訊、智能傳感及智能通訊，都需要高可靠性的軟件來支撐，針對于不同的控制對象也需要更多專業(yè)化與定制的軟件;另外，針對于工業(yè)應(yīng)用復(fù)雜的現(xiàn)場及特定的條件，高溫、高可靠性、需要隔離的器件也需要更多的新技術(shù)去支撐。”張經(jīng)理最后補(bǔ)充道。

既然智能工業(yè)會(huì)有著這么多方面的變化，那么ADI在電機(jī)控制會(huì)做出什么相關(guān)的應(yīng)對之策呢?

根據(jù)張經(jīng)理的看法，他認(rèn)為模塊化設(shè)計(jì)是對電機(jī)控制提出的新要求，新一代的工業(yè)希望電機(jī)控制只是作為系統(tǒng)中的一個(gè)執(zhí)行單元，或一個(gè)模塊，通訊及接口將標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化，各種傳感信號也將逐步過渡到標(biāo)準(zhǔn)化接口，系統(tǒng)地搭建將是各種模塊的選擇。

我們知道改革要來自強(qiáng)大的技術(shù)制程，在了解了ADI對于智能工業(yè)未來發(fā)展的看法以后，我們來看一下ADI面對這個(gè)新革命所擁有的資本。在文章的開頭，我們就說到ADI是一個(gè)電機(jī)控制領(lǐng)域的翹楚，那么其優(yōu)勢體現(xiàn)在哪些方面呢?張經(jīng)理給我們做了以下的解答：

ADI公司的電機(jī)和電源控制專注于伺服和機(jī)器人技術(shù)、驅(qū)動(dòng)、專用電機(jī)控制、電源以及不間斷電源(UPS)的核心信號鏈。ADI提供種類齊全的產(chǎn)品組合，其中包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、放大器、嵌入式處理器、iCoupler®數(shù)字隔離器和電源管理器件。除了基于模型的控制支持和專業(yè)的合作伙伴網(wǎng)絡(luò)，ADI擁有所有必要的硬件、軟件和信號處理經(jīng)驗(yàn)，可幫助簡化與優(yōu)化系統(tǒng)級和面向應(yīng)用的電機(jī)和電源控制電路設(shè)計(jì)，使其脫穎而出。

專用電機(jī)控制器

典型的專用電機(jī)控制解決方案基于簡單的微控制器，利用簡單的速度參考或開環(huán)來控制直流或交流電機(jī)。在此類控制器系統(tǒng)中，ADI公司的混合信號集成通過簡單的軟件和硬件方法提供直接可用的完整解決方案。

驅(qū)動(dòng)

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供閉環(huán)優(yōu)勢，以便更好地控制扭矩電流，某些情況下還能控制位置。某些應(yīng)用需要更高的性能，這些設(shè)計(jì)針對功率流和效率進(jìn)行優(yōu)化。

伺服和機(jī)器人技術(shù)

伺服解決方案與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最高性能和精度密切相關(guān)。多數(shù)情況下，最終解決方案是一個(gè)高精度CNC或機(jī)器人系統(tǒng)，要求能夠控制絕對位置、扭矩對準(zhǔn)性能最佳。ADI公司能夠提供涵蓋信號鏈中所有重要器件的完整解決方案。

電源

就控制功能而言，電源解決方案在電源模塊上的綜合價(jià)值更高。借助智能IPM，逆變器所提供的集成解決方案可直接配合ADC、隔離器和接口器件使用。

UPS

UPS系統(tǒng)或高級電源需要進(jìn)行交流與直流相互轉(zhuǎn)換。利用典型的UPS系統(tǒng)可以盡可能降低停電影響，并提高供電質(zhì)量。

我們也知道一個(gè)企業(yè)能夠屹立不倒不但在于他們能推出強(qiáng)需求的產(chǎn)品，更在于它能夠根據(jù)市場的需求推出更適合市場的產(chǎn)品，ADI正是一個(gè)這樣的公司。在2013年，為了迎合市場需求，ADI公司推出了最新的電機(jī)控制處理器ADSP-CM40x，那么這款處理器相對于以往的產(chǎn)品又有怎樣的優(yōu)勢呢?張經(jīng)理則從該處理器的參數(shù)出發(fā)，給我們介紹這個(gè)新品的獨(dú)到之處。

ADI推出的混合信號控制處理器ADSP-CM40x集成了精度高達(dá)13位的行業(yè)唯一一款嵌入式雙通道16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并搭載了一枚240-MHz浮點(diǎn)ARM® Cortex™-M4處理器內(nèi)核。

面向設(shè)備制造商要求高精度、伺服閉環(huán)控制、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、太陽能光伏(PV)逆變器和其他嵌入式工業(yè)應(yīng)用，并需要提高其產(chǎn)品的能源效率和性能。ADSP-CM40x憑借較高的精度模擬轉(zhuǎn)換性能，很好地實(shí)現(xiàn)了這些目標(biāo)。

另外，ADSP-CM40x不但具有出色的模擬轉(zhuǎn)換性能和高達(dá)380納秒的轉(zhuǎn)換速度，同時(shí)還具備多種其他特性，比如，全面的sinc濾波器實(shí)現(xiàn)模式，使其可以直接與用于采樣電阻式電流檢測系統(tǒng)架構(gòu)中的隔離式Σ-Δ型調(diào)制器(AD7400A/AD7401A)接口。采用片內(nèi)sinc濾波器可以節(jié)省以FPGA實(shí)現(xiàn)同一功能所需要的成本和工程資源。

除此以外，針對電機(jī)控制解決方案，ADI公司提供了門類齊全的產(chǎn)品組合，其中包括了模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器、放大器、嵌入式處理器、iCoupler®數(shù)字隔離器和電源管理器件;這些高性能的器件和增加系統(tǒng)集成度有助于實(shí)現(xiàn)更新型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為客戶實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的差異化設(shè)計(jì)帶來價(jià)值， 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能同用戶最終所構(gòu)建的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的性能和所能提供的精度密切相關(guān)，多數(shù)情況下，最終的用途可以是一個(gè)高精度數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)或機(jī)器人系統(tǒng)，這些系統(tǒng)要求能夠精確控制位置及電機(jī)的扭矩;ADI公司能夠提供涵蓋信號鏈中所有重要器件的完整解決方案。

正如上文所說，一個(gè)企業(yè)的強(qiáng)大體現(xiàn)在其面對變革所展現(xiàn)出來的適應(yīng)能力，在了解了ADI產(chǎn)品線及其新產(chǎn)品的優(yōu)勢之后，我們還想知道在智能工業(yè)推動(dòng)電機(jī)控制產(chǎn)品的集成化和聯(lián)網(wǎng)化的趨勢上，ADI怎樣應(yīng)對的。張經(jīng)理介紹：

首先，ADI從處理器設(shè)計(jì)上就開始考慮這個(gè)趨勢，新一代的電機(jī)控制處理器CM40x內(nèi)嵌了許多電機(jī)控制專用外設(shè)，象高精度的ADC、SINC濾波器、編碼器輸入、可驅(qū)動(dòng)多個(gè)電機(jī)的PWM輸出單元及豐富的通訊接口。

考慮到工業(yè)聯(lián)網(wǎng)的多協(xié)議需求，ADI在處理器中集成了較大的內(nèi)存(384Kbyte)及Flash(2MByte)，并規(guī)劃了下一代的聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求。除處理器外，ADI也推出了豐富的隔離及非隔離的接口芯片，包括了工業(yè)聯(lián)網(wǎng)所需的、幾乎所有的接口協(xié)議，并滿足了工業(yè)安全規(guī)范的要求。

此外，ADI也在規(guī)劃并聯(lián)合第三方針對工業(yè)聯(lián)網(wǎng)化的趨勢，開發(fā)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的解決方案。

除了以上的集成化趨勢外，現(xiàn)代的電機(jī)控制還有著高效率低功耗的需求，那么ADI又是怎樣應(yīng)對這個(gè)趨勢的呢?

“就能源消耗而言，工業(yè)消耗所占比例非常之高，而且就工業(yè)能源消耗而言，電機(jī)消耗也占據(jù)較大比例。相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示約有40%能源消耗是由電機(jī)產(chǎn)生的，因此如何才能提高電機(jī)效率，如何降低電機(jī)能耗成為整個(gè)工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域所關(guān)注的問題。”張經(jīng)理介紹。

張經(jīng)理接著強(qiáng)調(diào)，為解決這一問題，因此工業(yè)電機(jī)高效化和智能化(也稱伺服化)將成為ADI所重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)發(fā)展趨勢。

簡而言之，減少能源消耗一方面可以通過直接控制電機(jī)的速度來實(shí)現(xiàn)，例如變頻器便可以通過速度控制從而達(dá)到節(jié)能的目的。

另一方面，ADI會(huì)架設(shè)被稱為力矩的控制，再加上伺服以及高端整體的伺服，以最簡單的電機(jī)速度控制為基礎(chǔ)，通過增加電流及位置的采樣，整個(gè)電機(jī)控制效率以及精確度會(huì)有大幅提升，這對于所采用傳感技術(shù)的要求也會(huì)有提高。

除此之外，PFC技術(shù)在電機(jī)控制中的應(yīng)用，將會(huì)改善供電側(cè)的諧波及提高節(jié)能效果。ADI正在致力于提供相應(yīng)的技術(shù)及解決方案。