【導(dǎo)讀】對于工廠自動(dòng)化和流程自動(dòng)化來說,基于以太網(wǎng)的工業(yè)通信不再是一個(gè)遙不可及、難以實(shí)現(xiàn)的愿景。但由于成本、復(fù)雜性和可擴(kuò)展性的挑戰(zhàn),串行接口仍是有線通信的標(biāo)準(zhǔn),鑒于 IO-Link 和 RS-485 的成本效益和可靠性,這也是可以理解的。設(shè)計(jì)和軟件工程師們也熟悉這些標(biāo)準(zhǔn)。
對于工廠自動(dòng)化和流程自動(dòng)化來說,基于以太網(wǎng)的工業(yè)通信不再是一個(gè)遙不可及、難以實(shí)現(xiàn)的愿景。
但由于成本、復(fù)雜性和可擴(kuò)展性的挑戰(zhàn),串行接口仍是有線通信的標(biāo)準(zhǔn),鑒于 IO-Link 和 RS-485 的成本效益和可靠性,這也是可以理解的。設(shè)計(jì)和軟件工程師們也熟悉這些標(biāo)準(zhǔn)。
然而,新的嵌入式處理器技術(shù)通過集成對 MAC、以及 EtherCat 和 Profinet 等各種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的支持,幫助加快向以太網(wǎng)的轉(zhuǎn)變。我們的處理器團(tuán)隊(duì)采訪了多位德州儀器專家,了解他們針對工業(yè)通信設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的深入見解,以及嵌入式處理器在以太網(wǎng)普及過程中發(fā)揮的作用。
用于工業(yè)通信的以太網(wǎng)的主要優(yōu)勢
要滿足現(xiàn)代制造流程對提升效率和靈活性的需求,就需要通信協(xié)議能夠處理互聯(lián)式系統(tǒng)快速增加的帶寬。隨著更多的傳感器以及邊緣人工智能 (AI) 等更高級別的處理功能的使用,這些環(huán)境中的系統(tǒng)需要可靠、快速地傳輸越來越多的數(shù)據(jù)。
這是以太網(wǎng)非常有優(yōu)勢的領(lǐng)域,它提供了一種低延遲傳輸數(shù)據(jù)的機(jī)制,尤其適用于時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)連接和 EtherCAT、Profinet 等協(xié)議。
“我們正處于邁向工業(yè) 4.0 的轉(zhuǎn)型之旅中,越來越多的工廠采用以太網(wǎng)來滿足現(xiàn)代系統(tǒng)的高帶寬需求,并更多地利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型決策能力?!钡轮輧x器工廠自動(dòng)化和控制總經(jīng)理 Alex Weiler 表示,“以太網(wǎng)增強(qiáng)了工廠和流程自動(dòng)化的實(shí)時(shí)能力,使下一代制造業(yè)能夠更多地結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)、預(yù)測性分析和自主機(jī)器人功能?!?/p>
嵌入式處理器如何支持向以太網(wǎng)的過渡
在工業(yè)通信設(shè)計(jì)中,嵌入式處理器可確保系統(tǒng)之間的可靠通信。在基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中,它們?nèi)詫缪萃瑯拥慕巧?,但也有潛力發(fā)揮更大的作用 – 尤其是在預(yù)測性維護(hù)和系統(tǒng)監(jiān)控方面。
德州儀器處理器部門的副總裁 Roland Sperlich 表示:“在向基于以太網(wǎng)的通信過渡的過程中,嵌入式處理器(從微控制器到微處理器)發(fā)揮著關(guān)鍵作用,有助于管理互聯(lián)系統(tǒng)之間日益增加的數(shù)據(jù)量,并確??缇W(wǎng)絡(luò)協(xié)議的互操作性。類似德州儀器AM2432 微控制器這樣的器件可提供更強(qiáng)的處理能力和集成組件,以及易于使用的開源軟件,有助于提升工業(yè)系統(tǒng)中實(shí)時(shí)控制和通信發(fā)揮的潛力。”
雖然嵌入式處理器在工業(yè)通信設(shè)計(jì)中的作用從未改變,但將現(xiàn)代器件與適當(dāng)?shù)能浖浜鲜褂茫梢詢?yōu)化基于以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)。
“隨著如今的嵌入式處理器計(jì)算性能不斷提高,工程師可以通過復(fù)雜的軟件,針對基于以太網(wǎng)的協(xié)議加強(qiáng)實(shí)時(shí)控制。”Weiler 表示。
德州儀器的半導(dǎo)體器件產(chǎn)品系列涵蓋了各種產(chǎn)品,從具有成本效益的微控制器,到基于 Arm? Cortex?-A72x 的高性能片上系統(tǒng),無所不包。這些器件將傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制和檢測功能與通信、存儲、安全和數(shù)據(jù)處理功能相結(jié)合,而在以前,只有更高級的系統(tǒng)才具有這些功能。這些器件還支持多種現(xiàn)場總線協(xié)議和工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議,速度最高可達(dá) 1Gbps,可幫助設(shè)計(jì)人員更好地管理向以太網(wǎng)的過渡。
在流程和工廠自動(dòng)化的過程中,向以太網(wǎng)過渡的后續(xù)行動(dòng)
工廠內(nèi)外,以太網(wǎng)連接設(shè)備組成的生態(tài)系統(tǒng)日益擴(kuò)大,這些設(shè)備之間的連接性得到增強(qiáng),可繼續(xù)提升效率并優(yōu)化整個(gè)供應(yīng)鏈。能夠支持日益增加的傳感器捕獲的更多數(shù)據(jù),并增強(qiáng)處理能力,也意味著能夠在制造過程中實(shí)現(xiàn)更高的靈活性,還能通過邊緣 AI 功能在網(wǎng)絡(luò)邊緣支持更多的智能和決策。
德州儀器高級技術(shù)人員 Pekka Varis 表示:“在工廠中廣泛采用以太網(wǎng)的旅程始于更高帶寬、實(shí)時(shí)通信,現(xiàn)在正將包括 AI 處理。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步,更多數(shù)據(jù)能夠在互聯(lián)應(yīng)用之間傳輸,可在傳感器主動(dòng)收集數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)邊緣做出更多決策,這將降低延遲,并最終實(shí)現(xiàn)更高效、更安全的運(yùn)行?!?/p>
關(guān)于德州儀器 (TI)
德州儀器 (TI)(納斯達(dá)克股票代碼:TXN)是一家全球性的半導(dǎo)體公司,致力于設(shè)計(jì)、制造、測試和銷售模擬和嵌入式處理芯片,用于工業(yè)、汽車、個(gè)人電子產(chǎn)品、通信設(shè)備和企業(yè)系統(tǒng)等市場。我們致力于通過半導(dǎo)體技術(shù)讓電子產(chǎn)品更經(jīng)濟(jì)實(shí)用,創(chuàng)造一個(gè)更美好的世界。如今,每一代創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎(chǔ)之上,使我們的技術(shù)變得更小巧、更快速、更可靠、更實(shí)惠,從而實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,這就是工程的進(jìn)步。這正是我們數(shù)十年來乃至現(xiàn)在一直在做的事。
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