可視化當今的工廠網絡，人們可以想象一個金字塔，其中包含一系列收集信息和運行生產機器的邊緣設備。越來越多地分布在工廠中的控制層位于該邊緣層之上。

金字塔的最頂端是管理層——這是智能算法優化機器吞吐量、預測潛在故障并啟用自適應制造流程的地方。這個過程可以發生在私有云或公共云中；但是，我們可能會發現，至少目前，許多工廠和工廠更愿意將數據存儲在內部服務器上的概念。

正在實施 IIoT 技術的行業正在經歷兩個與硬件相關的關鍵因素。一是智能互聯傳感器數量的增加，這些傳感器正在收集為大數據分析提供支持的關鍵數據。其次，嵌入在邊緣設備中的智能正在穩步遷移。

這個例子說明了許多工廠內部發生的事情：

更智能的傳感器正在向云傳輸更豐富的數據集

振動數據的第一級分析正在機器級進行

在將數據發送到控制器之前收集并關聯多個溫度點

執行器具有改變機器性能和特性的智能

這種新的網絡結構在工廠網絡的“邊緣”帶來了更多的能力和智能。這些新的邊緣設備架構集要求組件具有高性能，這些組件必須足夠小以適應現有的工廠設備，并且足夠堅固以承受制造過程中的惡劣環境。這種不斷變化的邊緣架構會影響各種系統的設計。

擴展智能傳感器

的使用 在物聯網實施中，大量傳感器收集數據，對其進行預處理，并將其發送到 IO 集線器和/或分布式控制器。多年來，這些傳感器的功能不斷增加，而尺寸卻在縮小。

例如，讓我們看一下無處不在的安全光幕——光電設備，用于保護在可能造成傷害的移動機械附近工作的人員，例如壓力機、卷繞機和碼垛機。安全光幕可用作機械屏障和其他形式的傳統機器防護的替代品。通過減少對物理防護裝置和屏障的需求，安全光幕可以提高它們所保護設備的可維護性。在 1960 年代，這些系統相當大。今天的光幕更小，功能更多。憑借他們的智能，他們可以準確地檢測出哪些光束被破壞。隨著這些設備越來越小，

不同的半導體技術支持更智能的連接傳感器架構。如圖 3 所示，傳感器越來越多地由微處理器驅動。此外，它們還包含復雜的串行收發器，并且需要復雜的電源子系統。

圖 1. 智能互聯傳感器需要復雜的構建塊。

小型工業控制器做得更多

PLC 處理工廠和制造工廠收集的所有數據變得越來越小，通道密度也在增加。IO 通道的數量從單個數字輸入模塊中的 8 個變為 32 個并不罕見。至于縮小的外形尺寸，我們現在看到微型 PLC、緊湊型 PLC、納米 PLC 等的興起。控制器越來越多地分布在工廠車間，它們必須足夠小才能安裝在子裝配線上，或者在某些情況下，甚至可以安裝在復雜的機器上。這些小尺寸和更多通道數得益于更小、更集成和更可靠的組件。

讓我們討論一個例子，展示先進的半導體技術如何幫助實現更小的 PLC 架構。一個典型的系統具有許多電源子系統，并且由于現代微處理器/DSP 需要多個良好調節的電源軌，電源子系統的數量和復雜性正在上升。圖 4 說明了漸進式集成如何減小電源子系統的尺寸。

早期的電源子系統是分立的，在控制器芯片之外有許多組件。集成 FET 和補償元件使電源解決方案的尺寸減半。甚至集成了磁性元件的電源模塊的出現使電源解決方案的尺寸再次減半。如今，最新一代的電源模塊采用創新的封裝技術，可以更顯著地減小負載電流子集的尺寸。

圖 2. 隨著時間的推移，工業系統中電源解決方案的尺寸大幅縮小。

IIoT 架構的未來是什么樣子

下一代 IIoT 解決方案旨在提高生產力、提供自適應制造并提供機器級健康和狀態信息，以做出關鍵任務的實時決策。進一步解鎖工業融合的另一個要素需要提高可收集并上傳到云的實時數據的可用性、質量和數量。您可以想象，啟用這些功能需要更小的空間和更高的效率。Maxim的新Go-IO IIoT參考設計提供 17 個軟件可配置 IO，包括隔離式數字輸入、數字輸出、IO-Link 主站和帶集成電源的隔離式 RS-485，占地面積不到 1 立方英寸。Go-IO 參考設計專為可配置工業控制系統的快速原型設計和開發而設計，是實現自適應制造所需的基礎技術的一個示例。

作者：Suhel Dhanani，Jeff DeAngelis

審核編輯：郭婷