【導讀】由工業(yè)4.0所帶動的工業(yè)自動化改革，正在全面性地改變現(xiàn)代工廠的運作方式，提供更靈活的系統(tǒng)來因應快速變化市場的需求。本文將為您介紹工業(yè)4.0的最新發(fā)展趨勢，以及由ADI所推出的全方位工業(yè)4.0解決方案的重點產品介紹。
靈活的系統(tǒng)以快速適應不斷變化的要求
隨著工業(yè)4.0的出現(xiàn)，消費者的行為和需求也發(fā)生了變化，因此，制造商需要更靈活的系統(tǒng)來快速輕松地適應不斷變化的要求。為此，制造商不能再依賴為大眾市場產品設計的固定的大規(guī)模系統(tǒng)和可預測的需求。相反地，他們需要靈活的系統(tǒng)，此類系統(tǒng)支持快速重新配置，停機時間和資本投入也處于非常低的水平。
工業(yè)4.0的實施正在橫掃每一個現(xiàn)代工廠運作，借助邊緣到云計算、分析、軟件可配置系統(tǒng)等方面的重大技術進步，有望極大地提高生產力、靈活性和安全性。工業(yè)4.0的核心是希望通過大數據獲利，進一步提高生產力和效率，通過從工廠設備中可靠地獲取各種數據，便可以支持狀態(tài)監(jiān)控和預測性維護等先進功能，改變工業(yè)操作和維護工廠設備及廠房的方式。
ADI看好工業(yè)4.0應用的發(fā)展，推出了各種相關的解決方案，包括軟件I/O、以太網連接、狀態(tài)監(jiān)控（CbM）、可編程邏輯控制器（PLC）和分布式控制系統(tǒng)（DCS）等，都有相當完整的解決方案，以下將為您介紹相關的技術發(fā)展與重點產品的功能特性。
軟件可配置硬件幫助實現(xiàn)工業(yè)I/O模塊的靈活性
不管是用于過程控制安裝還是工業(yè)自動化系統(tǒng)，I/O模塊或現(xiàn)場接線盒在整個產品生命周期中都面臨著各種獨特的挑戰(zhàn)。產品管理層需要決定每個產品使用多少個通道以及進行哪些組合。電子設計人員必須決定如何對項目中的各種模擬或數字信號實現(xiàn)出色性能以及成本高效的系統(tǒng)。所有不同的產品和大量接線圖可能使安裝技術人員心力交瘁。ADI公司的新產品系列軟件可配置輸入／輸出（SWIO）IC便可實現(xiàn)此目標，它可隨時支持引腳上的幾乎任意功能和組合。SWIO組件不僅可支持其通道作為輸入或輸出編程，而且支持作為模擬或數字編程。此外，還可對它們進行高效設置，用于讀取2線或3線RTD或熱電偶。
以ADI的四通道SWIO器件AD74413R為例，該器件旨在滿足流程控制、工廠自動化或樓宇控制應用，是用于工業(yè)輸入和輸出操作的完全集成式整體解決方案。AD74413R包含用于模擬輸出、模擬輸入、數字輸入、電阻溫度檢測器（RTD）和熱電偶測量的功能。這些功能通過串行外設接口（SPI）集成在一個單芯片解決方案中。
AD74413R具有一個16位、∑-Δ ADC和四個13位DAC，采用支持–40℃至+105℃工作溫度范圍的9 mm × 9 mm、64引腳LFCSP封裝。每個通道均采用通過時鐘高達24 MHz的SPI總線寫入配置寄存器的方式來配置。用戶可通過AD74413R寄存器圖改進每個操作模式的默認配置。
AD74413R可提供多種模式，這些模式是電壓輸出、電流輸出、電壓輸入、外部供電的電流輸入、環(huán)路供電的電流輸入、外部RTD測量、數字輸入邏輯和環(huán)路供電的數字輸入。AD74413R包含一個高精度2.5 V內部基準電壓源，用于驅動DAC和ADC。
10BASE-T1L網絡是工廠運營模式轉變的重要推動因素
基于100BASE-TX/10BASE-T的現(xiàn)有工業(yè)以太網解決方案通過帶PoE的Cat-5或Cat-6e電纜提供高達100 Mb的高數據帶寬和功率，但覆蓋距離限于100 m，且不支持危險區(qū)域使用場景，因為這些是高功率解決方案。
2019年11月對IEEE 802.3cg標準的認可，標志著引入工廠操作員在網絡邊緣連接設備截然不同的新方式，使他們不再受到基于傳統(tǒng)4 mA至20 mA和HART?通信接口的基礎設施的限制。802.3cg標準也稱為10BASE-T1L，是一種工業(yè)以太網網絡協(xié)議。通過該協(xié)議，可以打破在工廠執(zhí)行一線服務的基本操作設備（傳感器、閥、執(zhí)行器和控件）與實現(xiàn)新智能工廠智能的企業(yè)數據、比特和字節(jié)庫之間的屏障。10BASE-T1L網絡將成為向數據和分析驅動型工廠運營模式轉變的重要推動因素。
ADI公司推出的10BASET1L PHY ― ADIN1100，是一款面向工業(yè)以太網應用的低功耗單端口10BASE-T1L收發(fā)器，可以在超過1000米長的單條雙絞線上實現(xiàn)更低功耗的以太網連接，其功耗僅為39 mW。將單對以太網供電（SPoE）或工程電源解決方案與10BASE-T1L PHY相結合，可支持通過單條雙絞線電纜提供電源和數據。
ADIN1100符合IEEE 802.3cg以太網標準，支持長程10 Mb/s單對以太網應用。該器件集成了以太網PHY內核，以及所有相關的模擬電路、輸入和輸出時鐘緩沖、管理接口控制寄存器和子系統(tǒng)寄存器，以及MAC接口和控制邏輯，以便管理復位和時鐘控制以及引腳配置。
ADIN1100的內核支持標準中定義的1.0 V峰峰值工作模式和2.4 V峰峰值工作模式，可采用1.8V或3.3V單電源軌供電，提供低電壓選項，支持1.0 V峰峰值發(fā)射電壓電平。ADIN1100采用6 mm × 6 mm 40引腳封裝，并集成電源監(jiān)控電路和上電復位電路，可提高系統(tǒng)級穩(wěn)固性。
狀態(tài)監(jiān)控使用傳感器來測量機器或資產的健康狀態(tài)
狀態(tài)監(jiān)控（CbM）是涉及使用傳感器來測量與監(jiān)控當前機器或資產的健康狀態(tài)，預測性維護（PdM）需要組合使用CbM、機器學習和分析等多種技術，以預測未來的資產維護周期或可能發(fā)生的故障。關于CbM的發(fā)展趨勢，維護和設備管理人員現(xiàn)在有了新的選擇，比如無線裝置，以及更低成本的高性能裝置。雖然大部分CbM系統(tǒng)的基礎設施保持不變，但現(xiàn)在我們可以將新的MEMS技術直接集成到以前主要采用壓電式傳感器，或因成本障礙而未進行監(jiān)控的系統(tǒng)中。
ADI推出的ADXL1002是一款具有模擬輸出的單平面軸加速度計，這款MEMS傳感器可在具有兩個滿度范圍選項的拓展頻率范圍內提供超低的噪聲密度，并且提供優(yōu)化的工業(yè)條件監(jiān)測能力。ADXL1002（±50 g）分別具有25 μg/√Hz的典型噪聲密度，這款加速度計器件具有穩(wěn)定、可重復的靈敏度，并且可以承受高達10,000 g的外部沖擊。
ADXL1002擁有集成的全靜電自檢（ST）功能和超范圍（OR）指示器，可以提供先進的系統(tǒng)級功能并可用于嵌入式應用。憑借低功耗和3.3 V至5.25 V的單電源供電，ADXL1002還允許進行無線感測產品設計，采用5 mm × 5 mm × 1.80 mm LFCSP封裝，可在?40℃至+125℃的溫度范圍內工作。
MEMS傳感器能以更低的成本提供相當不錯的性能，ADXL1002的SNR為83 dB，但與壓電傳感器相比，其成本低10倍以上。MEMS傳感器現(xiàn)在已可替代除最高性能的壓電傳感器以外的所有傳感器，且成本相當低廉。
工業(yè)PLC與DCS要求設備配置具備靈活性
PLC一種具有微處理器的數字電子裝置，用于自動化控制的數字邏輯控制器，可以將控制指令隨時加載內存內進行存儲與執(zhí)行，DCS則是工廠或是制程中使用的電腦化控制系統(tǒng)，一般其中會有幾個控制回路，自主的控制器分散在系統(tǒng)中，沒有中央操作員的監(jiān)控。對于過程控制或工廠自動化中的工業(yè)PLC或DCS，最終客戶和應用的要求不同，加上由于工業(yè)系統(tǒng)變得越來越分散，因此對容量、可配置性和效率的需求亦越來越高。
ADI推出的AD4114/AD4115是兩款低功耗、低噪聲24位Σ-?型模數轉換器（ADC），它集成了一個模擬前端（AFE），支持全差分或單端高阻抗（≥1 MΩ）、雙極性±10 V電壓輸入。AD4114/AD4115集成了關鍵的模擬和數字信號調變模塊，可針對所用的每個模擬輸入信道配置八種獨立設置。對于完全建立的數據，AD4114的最大信道掃描速率為6.21 kSPS（161 μs），AD4115則為24,845 kSPS（40.25 μs）。
AD4114/AD4115具有嵌入式2.5 V、低漂移（±5 ppm/℃）帶隙內部基準電壓源（帶輸出基準電壓緩沖器）減少了外部組件數量。AD4114/AD4115的數字濾波器提供靈活的設置，包括以27.27 SPS輸出數據速率實現(xiàn)50 Hz和60 Hz同時抑制。用戶可以根據應用中每個通道的要求，選擇不同的濾波器設置。自動通道時序控制器能夠讓ADC在每個使能的通道之間切換。
AD4114/AD4115的精密性能通過集成ADI公司專有的iPassives?技術來實現(xiàn)，在出廠時已進行校準，可實現(xiàn)高精度性能。AD4114/AD4115采用單電源供電，簡化了在電氣隔離中的應用。AD4114/AD4115采用40引腳、6 mm×6 mm LFCSP封裝，額定工作溫度范圍為?40℃至+105℃。
結語
隨著消費者行為和期望的變化，以及對定制化需求的增加和更快的周轉時間，正迫使制造商改變他們的運營方式，工業(yè)4.0正是因應這些改變趨勢的解決方案。ADI針對工業(yè)4.0的各項需求，推出了各種相應的解決方案，由于產品線眾多，本文僅能重點介紹幾樣產品，還請上ADI官網以了解更多的相關產品信息。
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