電子發燒友網報道（文/周凱揚、李寧遠、莫婷婷、劉靜）2023年7月5日，由電子發燒友網主辦的“2023第七屆工業控制與通信技術研討會”成功舉辦。此次研討會邀請到了意法半導體、瑞薩電子、Keysight、ADI、納芯微電子多家國內外知名企業的專家和領導共同參與，探討工業控制與通信技術領域的最新進展、應用趨勢和挑戰。
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研討會的開始，電子發燒友網總經理張迎輝在致辭中表示，隨著全球工業經濟的全面復蘇，工業互聯網、5G通信和智能制造又回到了正常的升級發展軌道上來。各國的工業生產制造企業需要在數字化、智能化、節能環保和降本增效的科學發展道路上，不斷地做技術升級，以半導體芯片技術、計算機軟件技術和AI技術帶動全球工業制造的發展。

圖：電子發燒友總經理張迎輝致辭

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今年全球工業控制市場的規模將達到2600億美元，而國內的工業控制市場規模也將達到2321億元，同比增長13.1%，可以說工業控制是目前最熱門的市場應用之一。電子發燒友網長期跟蹤工業控制的技術和市場的發展，在這個市場由于歷史的原因主要還是由國際巨頭深耕，同時在技術上他們也有領先的優勢。不過國內半導體企業在消費類取得了成功之后，也有眾多的原廠在設計規劃自己的產品線要打入工規應用市場。
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意法半導體：ST工業自動化系統解決方案
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在本屆工業控制與通信技術研討會上，意法半導體工業自動化技術中心策略市場經理馮國柱介紹了意法半導體在工業自動化系統上提供的方案，尤其是IO-Link的主從站設計方案，解決工業環境中數據傳輸的問題。
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傳統的工業系統現場中，會有很多不同的電平標準和通信協議。比如既有模擬信號也有數字信號，其中模擬信號就很容易受到惡劣現場環境的干擾，且如此一來就導致了模塊化和通用性較差的局面。
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馮國柱指出，為了解決工業現場環境中最后一段數據到傳感器和執行器傳輸的痛點，我們引入了專門的數字接口IO-Link來解決這個問題。IO-Link實現了全數字化的傳輸，且雙向數據傳輸使得現場參數化交互和信息診斷、回傳成為可能，使用這種技術就可以實現遠程的監控和終端設備的預見性維護。
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IO-Link的優點還包括：第一，無論是使用純數字式的傳感器，還是經過數字量化后的模擬傳感器以及不同類型的執行器，都可以實現統一接入，從而實現簡單而標準化的系統構架；第二，由于數字信號的傳輸會比模擬信號的傳輸抗干擾能力更強，所以系統可靠性更強；第三，通過數字信號的雙向傳輸，我們得以使用更先進的執行器或傳感器，從而更容易實現狀態監控和系統的診斷保護功能。

意法半導體既提供了L6360這樣的IO-Link主站通信芯片方案，在傳感器和執行器的從站端，也提供了L6326A、L6364的從站通信芯片方案。根據標準，這種三線點對點的通信方式極易與現有傳感器與執行器的標準IO兼容，比如M42的標準工業連接器等。該方案的優勢也不止于此，比如在單一線纜中既可以實現點對點的雙向傳輸，同時還可以實現主站端對從站端的一般供電需求，線纜的最大長度也可以支持到20米，最大速度可達230.4kBd。
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瑞薩電子：全“芯”賦能中國大工業
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瑞薩電子MCU事業發展部高級經理譚紹鵬在此次工業控制與通信技術研討會中分享了瑞薩電子在整個工業自動化市場上的布局等，包括現在火熱的工業網絡通訊、工業電機驅動/傳感以及功能安全等方面。
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在工業市場，瑞薩電子側重在智能制造這一方向，著重于增加邊緣設備數據處理能力。邊緣設備端的處理不像以前一樣只需要處理比較簡單的任務，而且還要提升每個設備之間的通訊能力，保證提供快速高精度的控制來提高產能或生產效率來降低能耗。
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在工業網絡通訊端，瑞薩電子提供全面的工業自動化產品組合，從IT/OT邊緣到傳感器網絡。為了匹配工業以太網的發展趨勢，瑞薩電子也推出了集成了EtherCAT從站控制器的MCU RX72M，在I/O模塊，總線伺服、步進電機，PLC上都能夠使用。


工業電機也是瑞薩電子持續關注的領域，如何快速且高精度地控制電機驅動是瑞薩電子未來發展的重要方向。瑞薩電子也在電機速度控制和位置控制上布局了增強模擬功能以及提高可拓展性的電機控制芯片。
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瑞薩MCU從芯片開始設計的時候，就覆蓋了主流工業通訊協議棧的支持，確保芯片從底層的硬件電路、驅動層、Mac 層能夠適配不同的工業應用。協議的提前適配盡可能少地讓設計人員在實現多協議的時候不用過多更改整個硬件鏈路設計。瑞薩電子以多樣產品組合全“芯”賦能工業應用。
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Keysight：TSN徹底改變汽車、工業自動化領域的實時通信
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TSN時間敏感機制為標準以太網增加了確定性和可靠性，確保數據能夠實時、確定和可靠的傳輸，更加貼近工業互聯網應用需求。Keysight解決方案工程師周玉凱在此次工業控制與通信技術研討會中分享了TSN相關經驗。
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在工業4. 0時代，IT與OT融合使制造業充分發揮出數字化變革帶來的優勢，實現數據的采集、傳輸、可視化和分析，從而實現智能制造。但是，在實際推動工業4. 0的過程中，IT與OT融合存在著諸多的障礙，TSN的出現正好解決了此類障礙。
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TSN能夠執行微秒級的確定性任務，降低整個通訊網絡復雜度，實現IT與OT融合。其具有的精準時鐘同步能力、確定性流量調度能力以及智能開放的運維管理架構，可以保證多種業務流量的共網、高質量傳輸，兼具性能及成本優勢，是未來工業網絡的重要發展方向。


同時，周工分享了5G與TSN的整合發展趨勢，二者作為無線和有線領域的關鍵網絡技術，融合創新、協同部署，對于構建高質量的工業互聯網至關重要，工業場景大量需要端到端確定性互聯的場景都將受益于此。
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Keysight提供了TSN整個設計和測試生命周期的解決方案，從架構和早期設計仿真，到研發和驗證，再到制造和一致性測試。5G TSN上Keysight也能提供全方位的測試解決方案，比如基站測試、終端測試、終端芯片測試等等。TSN的應用將徹底改變汽車、工業自動化領域的實時通信。
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ADI：電機智能維護，加速工業4.0
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工業4.0的重點是制造業的智能化，包括生產過程以及生產管理的智能化，而電機參與了生產過程的各個環節，因此對電機的智能化技術開發尤為重要。ADI OtoSense SMS 產線系統應用部經理霍斌表示，CbM（基于狀態的維護）技術是實現工業4.0的基本保障，它的核心就是要確保工業設備的不間斷操作以及高效運行。
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維檢技術分為即時性維護、定期性維護以及預測性維護（CbM/PdM）。上述三種維檢技術都有不同的問題，而預測性維護技術由于是新興技術，因此對各種條件下的預測精度有待進一步提高，需要不斷開發完善算法。
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維檢技術cbM能夠減少非預期的停機、提高運營效率、降低總體成本，并且能夠根據反饋作出決定，帶來更好的用戶體驗。在這方面，ADI能夠提供的完整CbM應用信號鏈，以及包括軟件硬件在內的完整系統解決方案。
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霍斌介紹，ADI 推出了OtoSense SMS電機智能檢測平臺，基于AI的先進算法，提供了完整的智能監測方案，包括設備端監測、學習及分析、解決及維護。
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在硬件方面，OtoSense SMS電機智能檢測平臺集成了ADI高性能振動、溫度磁場傳感器芯片，均由ADI設計，其中溫度傳感器能夠檢測環境溫度和電機表面溫度。在系統設計當中，ADI加入了電池監測，一旦電池電量降低到一定程度的時候，客戶端的應用軟件會有相應的提醒。
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圖：ADl OtoSense SMS 技術結構

軟件方面，OtoSense SMS電機智能檢測平臺基于云平臺的AI智能檢測以及預測專家系統等。其SMS軟件實現了API支持，能夠讓客戶構建自己的平臺。霍斌表示，ADISMS技術有著以下三大特點：一是結合軟、硬件的完整方案；二是具備業界最高水平的電機異常檢測；三是高效方便的PC及手機用戶應用界面。
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OtoSense SMS電機智能檢測平臺已經成功應用于生產線傳送帶驅動、水站水泵驅動、車間通風扇驅動等多個應用場景能夠檢測出供電異常、定子異常等9個電機異常問題。霍斌提到，公司未來會根據市場需求進一步迭代產品，例如發布增強版產品，支持PM電機等企業類型的電機、引入更加高級的傳感器、產品小型化等。
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納芯微：產品解決方案賦能工業自動化
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納芯微成立于2013年，是一家致力于研發高性能高可靠性模擬及混合信號芯片設計公司，現有員工大約600名，2022年營收超16億元，近年其在數字隔離類芯片、汽車電子芯片、物聯網感知芯片三大領域有不錯的表現。在本次研討會上，納芯微電子技術市場經理王良藩帶來了《產品解決方案賦能工業自動化》的主題演講。
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王良藩此次圍繞工業控制解決方案重點介紹了納芯微所擁有的產品，根據他的介紹納芯微的產品可應用于工業現場儀表、PLC/DCS控制器、伺服變頻馬達驅動和工業機器人，其中在工業現場儀表領域納芯微可以提供4-20mA工業變送器專用芯片、工業現場總線的接口芯片、隔離電源類、溫度壓力磁傳感器等產品；在伺服控制器當中，納芯微有數字接口和總線接口，還有驅動類PWM、緩沖器、隔離驅動器、隔離電流采樣、通信以及直流母線采樣相關的解決方案。


經過納芯微十年的沉淀，研發突破，在本次研討會上其還重磅發布了工業自動化相關的信號鏈新品。具體包括應用于工業自動化系統當中的高精度電壓基準、高壓通用運算放大器及應用于測溫系統的模擬集成方案。
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王良藩重點介紹了納芯微最新推出的高精度基準源系列NSREF30XX，該產品具有千分之二初始精度、最大35ppm的電壓基準源，其工作電壓可以支持低至1.8V高至5.5V的工作范圍，輸入輸出的電壓差可以低到1mV以下。
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產品優勢在于初始精度可以做到千分之二，典型的溫度漂移在10個ppm，最大保證在35個ppm以內，輸出的低頻噪聲在2.5V的版本的情況下是20μVpp，還有著不錯的負載調整率和線性調整率。該產品廣泛適用于工業自動化、光伏、智能電網、便攜式儀表等領域。
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電子發燒友網：2023年工控與通信行業上游發展趨勢和熱點解讀
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2023年，在提高工業自動化水平和降本增效的一致目標下，工控行業的需求已經逐步改善，尤其是對國內工控企業來說。隨著東南亞等地區也開始吸引更多制造業廠商進駐，中國的工控方案商有了更多的出海機會。除此之外，來自國家的政策激勵也進一步促進了工控市場的蓬勃發展，尤其是在清潔轉型和先進制造領域。行業整體規模持續擴大的紅利已經顯現，工控上游的MCU、FPGA、通信芯片和傳感器廠商首當其沖。
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電子發燒友網編輯周凱揚表示，在工業控制芯片這一塊，主要廠商以通用MCU為主，用于工業控制的MCU往往對穩定性、可靠性有著更高的要求。而在技術趨勢上，工業控制MCU呈現出了高性能和高集成度的走向，以工業機器人為例。工業機器人在位置、速度、動作順序等控制方式上更加復雜、精細和智能化，這對機器人控制器的功能、性能和接口提出了新的挑戰，所以高性能和高集成度的MCU成為機器人主控制器芯片的主流方案。



其次還有FPGA，隨著工業機器人、高精密設備等行業的快速發展，多軸、高性能伺服的需求也越發凸顯，所以目前FPGA在伺服驅動、數控和工業自動化領域仍有著廣泛應用。且FPGA在工業通信領域也有了不少應用場景，比如用于EtherCAT的主站或從站等。
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而決定工業控制感知層的主力工業圖像傳感器，近年來的技術創新主要是由先進制造以及AI集成帶來的。半導體制造、面板制造的缺陷檢測中，工業檢測對精度和細節越來越高，諸如半導體晶圓檢測、8K LED面板檢測等，都需要更高像素的圖像傳感器來完成檢測，同時應用全局快門之類的技術提高檢測效率。
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而在工業通信方式上，工業以太網中的EtherCAT和工業無線網中的5G網絡成為增速最快的兩種通信方案。以太網基礎上構建了確定性協議的EtherCAT是目前最快的工業以太網技術之一，其特殊的結構顯著降低了系統中CPU的負載，即便是從站需要專用芯片，也能實現低于現場總線的系統成本。而工業5G網絡在建設全連接5G工廠的浪潮襲來之際，很可能會成為工業無線網，乃至整個工業通信方式中的一匹黑馬。
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