【導(dǎo)讀】對(duì)于工廠自動(dòng)化和流程自動(dòng)化來(lái)說(shuō)，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(duì)于工廠自動(dòng)化和流程自動(dòng)化來(lái)說(shuō)，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(guò)集成對(duì) 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(zhuān)家，了解他們針對(duì)工業(yè)通信設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的深入見(jiàn)解，以及嵌入式處理器在以太網(wǎng)普及過(guò)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(shì)
要滿足現(xiàn)代制造流程對(duì)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(jí)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(lái)越多的數(shù)據(jù)。
這是以太網(wǎng)非常有優(yōu)勢(shì)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(lái)越多的工廠采用以太網(wǎng)來(lái)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。”德州儀器工廠自動(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(cè)性分析和自主機(jī)器人功能。”
嵌入式處理器如何支持向以太網(wǎng)的過(guò)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)詫缪萃瑯拥慕巧灿袧摿Πl(fā)揮更大的作用 – 尤其是在預(yù)測(cè)性維護(hù)和系統(tǒng)監(jiān)控方面。
德州儀器處理器部門(mén)的副總裁 Roland Sperlich 表示：“在向基于以太網(wǎng)的通信過(guò)渡的過(guò)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，并確保跨網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的互操作性。類(lèi)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(kāi)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(guò)復(fù)雜的軟件，針對(duì)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(wú)所不包。這些器件將傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制和檢測(cè)功能與通信、存儲(chǔ)、安全和數(shù)據(jù)處理功能相結(jié)合，而在以前，只有更高級(jí)的系統(tǒng)才具有這些功能。這些器件還支持多種現(xiàn)場(chǎng)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(guò)渡。
在流程和工廠自動(dòng)化的過(guò)程中，向以太網(wǎng)過(guò)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(guò)程中實(shí)現(xiàn)更高的靈活性，還能通過(guò)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(jí)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。”
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(cè)試和銷(xiāo)售模擬和嵌入式處理芯片，用于工業(yè)、汽車(chē)、個(gè)人電子產(chǎn)品、通信設(shè)備和企業(yè)系統(tǒng)等市場(chǎng)。我們致力于通過(guò)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(lái)乃至現(xiàn)在一直在做的事。
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