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2018-09-26 18:22 来源:中国质量新闻网

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ST赋能运动控制/智能工业

—— ST的运动控制、通信和传感方案让工厂更智能
作者:王莹时间:2018-09-26来源:电子产品世界收藏
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  近日,ST公司Power Discretes及Analog Sub产品部的市场及应用资深总监Francesco Muggeri来京,介绍了面向智能工业的解决方案。

本文引用地址:
http://www-eepw-com-cn.dc520.cn/article/201807/383116.htm

 智能工业需要元器件支撑

  当前,我们正面临从工业到智能工业的变革,第四次工业革命的特点是使用网络物理系统、通信、物联网和采用分散式的决策,需要更多智能和意识,更高效,有更多连接,更安全。

  ST丰富的产品提供所有关键应用的核心。例如有电机控制所用的系统级封装(SiP)电机驱动器和配备MCU的电机驱动器,工业机器人用栅极驱动器,工厂自动化用电流隔离IPS(智能电源开关)和完全完整性等级IPS,过程控制用IO-Link芯片和射频sub-GHz芯片,传感器方面有环境传感器和IMU(惯性运动单元)等。

  总之,ST拥有逾 30 年的工业应用开发经验;具有深入的应用知识,有助于优化产品和系统级解决方案;有行业领先的创新技术,提供广泛的产品系列,产品包括传感器、信号调理、通信IC、MCU(微控制器)、电机控制和执行、电源管理等。

  ST元器件总的发展方向是,在 “摩尔定律”小型化方面,ST芯片的线宽特征尺寸不断缩小;在“超越摩尔定律”的多元化方面,ST有CMOS、BCD、MEMS、功率晶体管、分立式二极管等工艺/产品。二者结合,公司可推出高附加值的SoC和SiP解决方案。

  例如在SiP方面,可把MCU、电气隔离、电机控制、功率晶体管等组合起来,集成在标准尺寸的封装中。ST的一大自豪创举是集成了功率晶体管和电机控制的powerSTEP芯片,功率密度可高达500W/cm2!

  智能工业的应用五花八门,涵盖预测性维护、封装、智能农业、健身设备、车床工具、物流等,具体应用琳琅满目,诸如:自动识别缺陷、驱动器微型化、远程维护、预测性维护、远程监控、自动优化、识别和保护工具等。

  它们所需要的技术也很多,诸如质量控制图像传感器、电机的集成控制、连接性(有助于实现双向数据记录)、板载集成接近传感器、惯性和环境传感器、有线或无线分布式执行器、SoC(控制和电源)、用于步进电机的智能微执行器等。

  但是万变不离其宗,离不开MCU、电机控制、电气隔离、功率晶体管、传感器等。在此,Francesco Muggeri先生主要介绍了ST的三大类芯片的最新动向:运动控制与功率,通信,传感。

  运动控制与功率

  ST有功率晶体管、电机控制和MCU组合。

  其中,STSPIN系列是紧凑、高效、可靠的电机驱动器,有系列产品:STSPIN800系列适合3D 打印、舞台照明;STSPIN200系列适合电子气门和电子门锁;STSPIN32系列适合机械臂、 电动工具、工业自动化和控制。

  明星产品有STSPIN233和STSPIN830。前者的集成度更高,工作电压范围更大,并有全套保护功能。后者的尺寸小、重量轻,能够平稳、安静地运动,效率更高,可靠性强,具有多功能控制。

  图:用STSPIN电机做成的3D打印机,正在打印一个外部光滑的小火箭壳

  片上电气隔离方面,ST有各种组合方案,用于传感器、接口、运动控制、电源管理。ST的独特之处:一是有异构集成的系统级封装(SiP),可以提高系统稳健性、安全性和可靠性;另外有磁隔离栅极驱动器,符合UL(美国保险商实验室)、IEC(国际电工委员会)和DVE(德国电器电子协会)的标准规范。

  栅极驱动方面主要有STDrive系列栅极驱动器,可用于电动/混合汽车、1200V逆变器、服务器或UPS、压缩机、太阳能设备等。新产品有STGAP2S和STGAP2D,具有电气隔离、高集成度、全套保护功能;PWD5F60具有极高的瞬态抗扰性,和高的电流能力、高效率,具有紧凑型设计和快速开关频率。

  适用于工厂自动化的电源设备方面,ST有可靠性高、紧凑、成本效益高的功率分立器件。其中IGBT用于太阳能和工业泵等;IPM- SLLIMM用于工厂自动化和工业空调等;Acepack系列功率模块,可用于机械臂、工业用驱动器、工业自动化和控制等。新产品有SLLIMM,具有多种技术集成,产品种类丰富,高结温(175℃);另一系列ACEPACK的特点是尺寸更小、紧凑,具有灵活性和可扩展性,高效率,可提高设备可靠性和生命周期。

  通信

  特点是可用智能化的方式连接和驱动工业传感器和执行器。

  ST的L6360和L6362A,符合IO-Link规范,用于数字传感器和执行器的驱动器,还可用于可编程逻辑控制器(PLC)的I/O(输入/输出)。L6362A的特点是:1.用于IO-Link的主机和设备,以及通用型收发器。2.简单且兼容(通用):无需特殊电缆,与现有的网络完全兼容,无需现场总线;3.高功能型:高性能过程数据传输,自动参数设置和扩展诊断。4.提供错误检测和校正功能,轻松处理。

  智能功率开关(IPS),诸如ST的IPS160H,主要用于PLC,还有工厂自动化I/O外设,计算机数控(CNC)机床,各类电阻负载、电感负载和容性负载等。PS160H的特点是:1.是单个上桥臂开关,具有面向安全完整性等级 (SIL2和SIL3)兼容系统的保护和诊断功能。2.工作电源电压范围高达60V,专门设计用于满足安全完整性等级系统的应用要求。3.具有自我保护和负载安全操作,并提供扩展的诊断信号,以实现各种应用控制。

  在用于工厂自动化的通信解决方案方面,ST有驱动、连接和接口三类产品。契合的三类产品:1.支持IO-Link的系列产品,可用于工业传感器、过程控制。2. IPS系列,可用于可编程逻辑控制、工业PC外设I/O、数控机床、适用于各类负载的驱动器。3.支持KNX协议的产品可用于智能楼宇。新产品方面,IPS4260的工作电压范围大,兼容多重标准,具有全套保护功能,支持多项工业标准。STKNX01可减少功耗,有广泛的诊断功能,具有紧凑型设计,采用磁隔离。

  无线连接/RF方面,有超低功耗蓝牙和sub-GHz无线传输,连接测量仪表、传感器至云端。

  在工厂自动化的IO-Link方面,用于PLC的解决方案如下图,可实现IO-Link的分布式传感器节点连接。

  此外,使用KNX协议的双绞线收发器IC较适用于智能家居连接。

  传感

  ST高精度的运动传感器将出色的精度、稳健性和10年使用寿命融于一体,符合工业4.0要求。

  加速度计和传感器相互契合,可进行震动监控、振动控制、环境感应(压力、湿度和温度应用),可用于机械臂、预测性维护、工业自动化和控制等。

  具体地,新的IIS3DWB的关键特性与优势是:有3D轴–16g满标范围,数字输出,超宽带宽(最小5k Hz),超低噪音,工作温度高达105℃。另一LIS2DW12的特点是:更低的功耗,在不同时间和温度条件下保持稳定性,尺寸小、易于组装,高性能、高精度。

  根据客户的需求,ST可提供强大的产品组合,可随时连接。典型的集成产品,诸如ISM330DLC 6x IMU(惯性测量单元),具有宽带宽。IIS2DH加速度计的特点是宽带宽、超低功耗。IIS2MDC磁力计是低噪音、 低功耗。

预测性维护的应用案例

  典型的使用案例是预测性维护,采用了传感、通信、MCU等产品,ST有评估板STEVAL-IDP005V1作为基准平台,用于感测机械振动、温度、电磁等工况,以发现异常,如下图。

  下图是现场演示的电机预测性维护实例及开发板(红色圆圈内)。

  小结

  ST有面向智能工业的系列新品,包括运动控制与功率、通信和传感技术三大类。此外,ST具有深入的系统和应用知识,并能为客户提供全方位的评估和生态系统工具,以帮助客户缩短产品面世时间。

  那么,讲了这么多,最该记住哪三样产品呢?1.马达驱动类的STSPIN830;2.通讯类的IO-Link方案;3.集成了传感器模组、通信芯片、MCU等的评估板——STEVAL-IDP005V1。

  图:基于STM32 MCU的手电钻开发板

  图:Speedy Board 2.0开发板,可用于3D打印机



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