工业4.0推动MCU进一步扩展应用
在德国提出工业4.0概念推动之下,“智能工业”与“智能生产”逐渐成为带动制造业转型升级的重要推动力,促使工业领域融入更多智能元素。就生产制造流程而言,智能制造是将这一切整合到一个数字化的企业平台之上,通过数据采集、分析、优化,得到最佳化的方式,从而实现更具效率的生产,那么在整个过程中必须把握好两个关键点:一是提升电机效率,二是建立低功耗网络。而微控制器(MCU)在其中将发挥越来越广泛的作用。
中国市场MCU年增长10%左右
随着国内工业转型升级步伐加快,工业对MCU需求持续快速释放。
“工业4.0的主旨是使生产线更智能、更有预测性,获得更高的可靠性和更低的制造成本。为了实现这一目的,MCU将在工业4.0中扮演一个重要角色。比如进行传感数据收集和处理,进行CAN总线或以太网的控制等。”SiliconLabs公司副总裁兼微控制器和无线产品事业部总经理DanielCooley表示。
瑞萨电子(香港)有限公司市场策略中心副总监庄文聪也指出:“MCU在智能制造中一方面作为主控单元,是智能制造产业的核心部件;另一方面在工业以太网中也发挥着重要的处理作用。”
作为嵌入式系统灵魂部件的MCU在工业领域,不仅继续广泛应用于传统的电机控制、仪表显示等,在感应器中枢、工业以太网节点中也有大量应用。正是由于工业领域需求的拉动,整个MCU市场的规模有望进一步提升。根据赛迪顾问的数据,全球MCU市场增长加快。2014年全球MCU市场销售收入156.7亿美元,规模同比增长5.5%。而随着中国版“工业4.0”战略的提出,国内工业的转型升级加快,工业领域对MCU产品的需求也将持续快速释放。对此,庄文聪预计,中国市场MCU年增长将在10%左右。
新型电机控制扩大32位高性能MCU需求
目前机器手臂注重的是马达控制效能,MCU仍是重要控制核心。
机器人是智能制造的核心之一,其应用正由之前的汽车焊接、喷绘等产业,扩展到常规的工业应用场景,如搬运、码垛、点焊等,安装量保持了近30%年增长率。从技术角度看,机器人属于伺服控制的系统级产品,伺服电机作为执行构件,发挥着运动轨迹规划和运动控制的核心功能。实现智能化与节能的电机控制是实现智能制造的核心要点,现在的电机控制需要高性能和高效率,对控制精度和响应时间提出了更高的要求。
对此,意法半导体中国区微控制器市场部高级经理曹锦东表示,对智能机械而言,即时响应十分重要,对MCU的功耗和性能要求很高。MCU通常侧重于I/O接口的数量和可编程存储器的大小,非常适用于有大量的I/O操作的场合,不过随着新型电机功能的扩展和性能的提升,比如矢量控制、空间磁场定向、坐标分解以及PI调节环路等,这在以前比较常用的8/16位MCU就已遇到了性能的瓶颈,将直接推动32位高性能MCU产品的发展。
此外,FPGA厂商也在加快挺进智能工业市场的步伐,FPGA具有更高集成度、灵活、延迟小、处理速度快等优势,将对主导工业控制的MCU带来冲击。对此,MCU厂商认为,虽然MCU的处理效能比不上微处理器(MPU)、数字信号处理器(DSP)或FPGA等元件,不过由于目前智能工厂上的机器人多以机器手臂为主,高精度、大型且完全模拟人的机器人还不普遍,而机器手臂注重的是马达控制效能,因此MCU仍是重要的控制核心。
工业以太网催生MCU+无线技术新解决方案
MCU开发商竞相推出新一代解决方案,打造无缝连接的物联网环境。
低功耗微控制器在工业以太网上也将发挥至关重要的作用。“对于工业4.0,我们可以将其理解为通过互联网将相关要素连接起来,使得不仅生产线和生产设备更加智能化,同时其生产和加工的产品本身也将变得智能,并参与到被生产和制造的流程中来。”英飞凌工业和多元化电子市场业务部微控制器业务高级总监MaurizioSkerl表示。从这个表述中我们可以看出,在所有构成工业4.0的技术产品中,低功率的无线链路和微控制器将成为整个系统的核心,起到至关重要的作用。至今为止,尚未有一项无线技术能满足所有物联网应用,因此MCU开发商竞相推出MCU+无线技术的新一代解决方案,简化智慧感测和联网功能设计,并降低物料清单(BOM)成本,进而打造无缝连接的物联网环境。
由于不同厂商支持的工业以太网标准各不相同,包括PROFINET(RT/IRT)、EtherCAT、CC-LinkIE、DeviceNet、EtherNet/IP、ModbusTCP、CANopen等。设计消费与工业智慧联网应用时,制造商常为应当选择何种无线标准而踌躇,因此MCU开发商竞相推出MCU+无线技术的新一代解决方案。比如英飞凌就推出集成片上EtherCAT节点的XMC4800系列32位MCU。MaurizioSkerl表示:“XMC4800系列将EtherCAT的实现简化到市场多年来期望的程度。借助XMC4800,用户可以设计出带有EtherCAT的紧凑系统,因为他们不再需要专门的EtherCATASIC、外部存储器和时钟晶体。具备出色实时能力的XMC4800系列将加快联网工业自动化的发展。”
瑞萨电子推出的R-IN开发平台则干脆将多种工业以太网通信标准(如EtherCAT、CC-LinkIE、EtherNet/IP和PROFINET)的接口结合在一起。瑞萨电子通用解决方案中心综合营销部副部长王均峰表示:“工业以太网,互联互通、实时控制,进而实现安全、节能将是智能工厂的核心技术。开发过程中需要考虑以太网协议的实现、应用开发、硬件开发、一致性测试等。”
(来源:中国电子报、电子信息产业网)