【導讀】由工業(yè)4.0所帶動(dòng)的工業(yè)自動(dòng)化改革，正在全面性地改變現代工廠(chǎng)的運作方式，提供更靈活的系統來(lái)因應快速變化市場(chǎng)的需求。本文將為您介紹工業(yè)4.0的最新發(fā)展趨勢，以及由ADI所推出的全方位工業(yè)4.0解決方案的重點(diǎn)產(chǎn)品介紹。
靈活的系統以快速適應不斷變化的要求
隨著(zhù)工業(yè)4.0的出現，消費者的行為和需求也發(fā)生了變化，因此，制造商需要更靈活的系統來(lái)快速輕松地適應不斷變化的要求。為此，制造商不能再依賴(lài)為大眾市場(chǎng)產(chǎn)品設計的固定的大規模系統和可預測的需求。相反地，他們需要靈活的系統，此類(lèi)系統支持快速重新配置，停機時(shí)間和資本投入也處于非常低的水平。
工業(yè)4.0的實(shí)施正在橫掃每一個(gè)現代工廠(chǎng)運作，借助邊緣到云計算、分析、軟件可配置系統等方面的重大技術(shù)進(jìn)步，有望極大地提高生產(chǎn)力、靈活性和安全性。工業(yè)4.0的核心是希望通過(guò)大數據獲利，進(jìn)一步提高生產(chǎn)力和效率，通過(guò)從工廠(chǎng)設備中可靠地獲取各種數據，便可以支持狀態(tài)監控和預測性維護等先進(jìn)功能，改變工業(yè)操作和維護工廠(chǎng)設備及廠(chǎng)房的方式。
ADI看好工業(yè)4.0應用的發(fā)展，推出了各種相關(guān)的解決方案，包括軟件I/O、以太網(wǎng)連接、狀態(tài)監控（CbM）、可編程邏輯控制器（PLC）和分布式控制系統（DCS）等，都有相當完整的解決方案，以下將為您介紹相關(guān)的技術(shù)發(fā)展與重點(diǎn)產(chǎn)品的功能特性。
軟件可配置硬件幫助實(shí)現工業(yè)I/O模塊的靈活性
不管是用于過(guò)程控制安裝還是工業(yè)自動(dòng)化系統，I/O模塊或現場(chǎng)接線(xiàn)盒在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中都面臨著(zhù)各種獨特的挑戰。產(chǎn)品管理層需要決定每個(gè)產(chǎn)品使用多少個(gè)通道以及進(jìn)行哪些組合。電子設計人員必須決定如何對項目中的各種模擬或數字信號實(shí)現出色性能以及成本高效的系統。所有不同的產(chǎn)品和大量接線(xiàn)圖可能使安裝技術(shù)人員心力交瘁。ADI公司的新產(chǎn)品系列軟件可配置輸入／輸出（SWIO）IC便可實(shí)現此目標，它可隨時(shí)支持引腳上的幾乎任意功能和組合。SWIO組件不僅可支持其通道作為輸入或輸出編程，而且支持作為模擬或數字編程。此外，還可對它們進(jìn)行高效設置，用于讀取2線(xiàn)或3線(xiàn)RTD或熱電偶。
以ADI的四通道SWIO器件AD74413R為例，該器件旨在滿(mǎn)足流程控制、工廠(chǎng)自動(dòng)化或樓宇控制應用，是用于工業(yè)輸入和輸出操作的完全集成式整體解決方案。AD74413R包含用于模擬輸出、模擬輸入、數字輸入、電阻溫度檢測器（RTD）和熱電偶測量的功能。這些功能通過(guò)串行外設接口（SPI）集成在一個(gè)單芯片解決方案中。
AD74413R具有一個(gè)16位、∑-Δ ADC和四個(gè)13位DAC，采用支持–40℃至+105℃工作溫度范圍的9 mm × 9 mm、64引腳LFCSP封裝。每個(gè)通道均采用通過(guò)時(shí)鐘高達24 MHz的SPI總線(xiàn)寫(xiě)入配置寄存器的方式來(lái)配置。用戶(hù)可通過(guò)AD74413R寄存器圖改進(jìn)每個(gè)操作模式的默認配置。
AD74413R可提供多種模式，這些模式是電壓輸出、電流輸出、電壓輸入、外部供電的電流輸入、環(huán)路供電的電流輸入、外部RTD測量、數字輸入邏輯和環(huán)路供電的數字輸入。AD74413R包含一個(gè)高精度2.5 V內部基準電壓源，用于驅動(dòng)DAC和ADC。
10BASE-T1L網(wǎng)絡(luò )是工廠(chǎng)運營(yíng)模式轉變的重要推動(dòng)因素
基于100BASE-TX/10BASE-T的現有工業(yè)以太網(wǎng)解決方案通過(guò)帶PoE的Cat-5或Cat-6e電纜提供高達100 Mb的高數據帶寬和功率，但覆蓋距離限于100 m，且不支持危險區域使用場(chǎng)景，因為這些是高功率解決方案。
2019年11月對IEEE 802.3cg標準的認可，標志著(zhù)引入工廠(chǎng)操作員在網(wǎng)絡(luò )邊緣連接設備截然不同的新方式，使他們不再受到基于傳統4 mA至20 mA和HART?通信接口的基礎設施的限制。802.3cg標準也稱(chēng)為10BASE-T1L，是一種工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議。通過(guò)該協(xié)議，可以打破在工廠(chǎng)執行一線(xiàn)服務(wù)的基本操作設備（傳感器、閥、執行器和控件）與實(shí)現新智能工廠(chǎng)智能的企業(yè)數據、比特和字節庫之間的屏障。10BASE-T1L網(wǎng)絡(luò )將成為向數據和分析驅動(dòng)型工廠(chǎng)運營(yíng)模式轉變的重要推動(dòng)因素。
ADI公司推出的10BASET1L PHY ― ADIN1100，是一款面向工業(yè)以太網(wǎng)應用的低功耗單端口10BASE-T1L收發(fā)器，可以在超過(guò)1000米長(cháng)的單條雙絞線(xiàn)上實(shí)現更低功耗的以太網(wǎng)連接，其功耗僅為39 mW。將單對以太網(wǎng)供電（SPoE）或工程電源解決方案與10BASE-T1L PHY相結合，可支持通過(guò)單條雙絞線(xiàn)電纜提供電源和數據。
ADIN1100符合IEEE 802.3cg以太網(wǎng)標準，支持長(cháng)程10 Mb/s單對以太網(wǎng)應用。該器件集成了以太網(wǎng)PHY內核，以及所有相關(guān)的模擬電路、輸入和輸出時(shí)鐘緩沖、管理接口控制寄存器和子系統寄存器，以及MAC接口和控制邏輯，以便管理復位和時(shí)鐘控制以及引腳配置。
ADIN1100的內核支持標準中定義的1.0 V峰峰值工作模式和2.4 V峰峰值工作模式，可采用1.8V或3.3V單電源軌供電，提供低電壓選項，支持1.0 V峰峰值發(fā)射電壓電平。ADIN1100采用6 mm × 6 mm 40引腳封裝，并集成電源監控電路和上電復位電路，可提高系統級穩固性。
狀態(tài)監控使用傳感器來(lái)測量機器或資產(chǎn)的健康狀態(tài)
狀態(tài)監控（CbM）是涉及使用傳感器來(lái)測量與監控當前機器或資產(chǎn)的健康狀態(tài)，預測性維護（PdM）需要組合使用CbM、機器學(xué)習和分析等多種技術(shù)，以預測未來(lái)的資產(chǎn)維護周期或可能發(fā)生的故障。關(guān)于CbM的發(fā)展趨勢，維護和設備管理人員現在有了新的選擇，比如無(wú)線(xiàn)裝置，以及更低成本的高性能裝置。雖然大部分CbM系統的基礎設施保持不變，但現在我們可以將新的MEMS技術(shù)直接集成到以前主要采用壓電式傳感器，或因成本障礙而未進(jìn)行監控的系統中。
ADI推出的ADXL1002是一款具有模擬輸出的單平面軸加速度計，這款MEMS傳感器可在具有兩個(gè)滿(mǎn)度范圍選項的拓展頻率范圍內提供超低的噪聲密度，并且提供優(yōu)化的工業(yè)條件監測能力。ADXL1002（±50 g）分別具有25 μg/√Hz的典型噪聲密度，這款加速度計器件具有穩定、可重復的靈敏度，并且可以承受高達10,000 g的外部沖擊。
ADXL1002擁有集成的全靜電自檢（ST）功能和超范圍（OR）指示器，可以提供先進(jìn)的系統級功能并可用于嵌入式應用。憑借低功耗和3.3 V至5.25 V的單電源供電，ADXL1002還允許進(jìn)行無(wú)線(xiàn)感測產(chǎn)品設計，采用5 mm × 5 mm × 1.80 mm LFCSP封裝，可在?40℃至+125℃的溫度范圍內工作。
MEMS傳感器能以更低的成本提供相當不錯的性能，ADXL1002的SNR為83 dB，但與壓電傳感器相比，其成本低10倍以上。MEMS傳感器現在已可替代除最高性能的壓電傳感器以外的所有傳感器，且成本相當低廉。
工業(yè)PLC與DCS要求設備配置具備靈活性
PLC一種具有微處理器的數字電子裝置，用于自動(dòng)化控制的數字邏輯控制器，可以將控制指令隨時(shí)加載內存內進(jìn)行存儲與執行，DCS則是工廠(chǎng)或是制程中使用的電腦化控制系統，一般其中會(huì )有幾個(gè)控制回路，自主的控制器分散在系統中，沒(méi)有中央操作員的監控。對于過(guò)程控制或工廠(chǎng)自動(dòng)化中的工業(yè)PLC或DCS，最終客戶(hù)和應用的要求不同，加上由于工業(yè)系統變得越來(lái)越分散，因此對容量、可配置性和效率的需求亦越來(lái)越高。
ADI推出的AD4114/AD4115是兩款低功耗、低噪聲24位Σ-?型模數轉換器（ADC），它集成了一個(gè)模擬前端（AFE），支持全差分或單端高阻抗（≥1 MΩ）、雙極性±10 V電壓輸入。AD4114/AD4115集成了關(guān)鍵的模擬和數字信號調變模塊，可針對所用的每個(gè)模擬輸入信道配置八種獨立設置。對于完全建立的數據，AD4114的最大信道掃描速率為6.21 kSPS（161 μs），AD4115則為24,845 kSPS（40.25 μs）。
AD4114/AD4115具有嵌入式2.5 V、低漂移（±5 ppm/℃）帶隙內部基準電壓源（帶輸出基準電壓緩沖器）減少了外部組件數量。AD4114/AD4115的數字濾波器提供靈活的設置，包括以27.27 SPS輸出數據速率實(shí)現50 Hz和60 Hz同時(shí)抑制。用戶(hù)可以根據應用中每個(gè)通道的要求，選擇不同的濾波器設置。自動(dòng)通道時(shí)序控制器能夠讓ADC在每個(gè)使能的通道之間切換。
AD4114/AD4115的精密性能通過(guò)集成ADI公司專(zhuān)有的iPassives?技術(shù)來(lái)實(shí)現，在出廠(chǎng)時(shí)已進(jìn)行校準，可實(shí)現高精度性能。AD4114/AD4115采用單電源供電，簡(jiǎn)化了在電氣隔離中的應用。AD4114/AD4115采用40引腳、6 mm×6 mm LFCSP封裝，額定工作溫度范圍為?40℃至+105℃。
結語(yǔ)
隨著(zhù)消費者行為和期望的變化，以及對定制化需求的增加和更快的周轉時(shí)間，正迫使制造商改變他們的運營(yíng)方式，工業(yè)4.0正是因應這些改變趨勢的解決方案。ADI針對工業(yè)4.0的各項需求，推出了各種相應的解決方案，由于產(chǎn)品線(xiàn)眾多，本文僅能重點(diǎn)介紹幾樣產(chǎn)品，還請上ADI官網(wǎng)以了解更多的相關(guān)產(chǎn)品信息。
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀：
