ADI电机控制方案满足智能工业强需求

近年来,德国在全球推广“工业4.0”这个概念,旨在推动工业领域新一代革命性技术的研发与创新,得益于其极大提高了生产效率,这个以智能制造为指导的第四次工业革命在全球掀起了一阵热潮。

纵使是一个新的工业革命,但电机控制也是一如既往的重要。因此如何做好电机控制以符合新工业的需要,就成为了各大半导体厂商考虑的问题。ADI公司作为行业内的翘楚,在高效率低功耗的电机控制方面有着传统的优势,那么在未来的智能工业浪潮里,ADI是怎么因应需求而在电机控制方面做出相应的改变呢?电子发烧友本期《智能工业特刊》专门采访了ADI公司的市场经理张松刚,就ADI公司在电机控制方面的技术进行深入交流。

我们知道,智能工业作为一个新的方面,每个人都有着不同的看法,那么ADI是怎样看待智能工业的发展的呢?

“首先,我认为在未来智能化是需要双向互动的,网络通讯与智能化传感技术的发展将会促进工业控制的智能化发展。”张松刚经理说。另外,网络通讯技术可以将工业控制整合成一个系统,可以在优化的控制系统中实现智能化,网络通讯也可以很容易将各个分立的子系统及节点连接成大的系统,越来越多的工业控制系统实现了联网并更加网络化与智能化。张经理强调。

再者,张经理谈到:“传感技术也在不断地更新与变化中,越来越多的智能技术被用在传感器上,网络技术也已开始与传感器紧密结合;像这几年非常热的物联网概念,都是工业控制智能化的具体体现。”

“在这当中,软件技术的发展将面临巨大的技术挑战,真正双向的通讯、智能传感及智能通讯,都需要高可靠性的软件来支撑,针对于不同的控制对象也需要更多专业化与定制的软件;另外,针对于工业应用复杂的现场及特定的条件,高温、高可靠性、需要隔离的器件也需要更多的新技术去支撑。”张经理最后补充道。

既然智能工业会有着这么多方面的变化,那么ADI在电机控制会做出什么相关的应对之策呢?

根据张经理的看法,他认为模块化设计是对电机控制提出的新要求,新一代的工业希望电机控制只是作为系统中的一个执行单元,或一个模块,通讯及接口将标准化、统一化,各种传感信号也将逐步过渡到标准化接口,系统地搭建将是各种模块的选择。

我们知道改革要来自强大的技术制程,在了解了ADI对于智能工业未来发展的看法以后,我们来看一下ADI面对这个新革命所拥有的资本。在文章的开头,我们就说到ADI是一个电机控制领域的翘楚,那么其优势体现在哪些方面呢?张经理给我们做了以下的解答:

ADI公司的电机和电源控制专注于伺服和机器人技术、驱动、专用电机控制、电源以及不间断电源(UPS)的核心信号链。ADI提供种类齐全的产品组合,其中包括数据转换器、放大器、嵌入式处理器、iCoupler®数字隔离器和电源管理器件。除了基于模型的控制支持和专业的合作伙伴网络,ADI拥有所有必要的硬件、软件和信号处理经验,可帮助简化与优化系统级和面向应用的电机和电源控制电路设计,使其脱颖而出。

专用电机控制器

典型的专用电机控制解决方案基于简单的微控制器,利用简单的速度参考或开环来控制直流或交流电机。在此类控制器系统中,ADI公司的混合信号集成通过简单的软件和硬件方法提供直接可用的完整解决方案。

驱动

驱动系统提供闭环优势,以便更好地控制扭矩电流,某些情况下还能控制位置。某些应用需要更高的性能,这些设计针对功率流和效率进行优化。

伺服和机器人技术

伺服解决方案与运动系统实现最高性能和精度密切相关。多数情况下,最终解决方案是一个高精度CNC或机器人系统,要求能够控制绝对位置、扭矩对准性能最佳。ADI公司能够提供涵盖信号链中所有重要器件的完整解决方案。

电源

就控制功能而言,电源解决方案在电源模块上的综合价值更高。借助智能IPM,逆变器所提供的集成解决方案可直接配合ADC、隔离器和接口器件使用。

UPS

UPS系统或高级电源需要进行交流与直流相互转换。利用典型的UPS系统可以尽可能降低停电影响,并提高供电质量。

我们也知道一个企业能够屹立不倒不但在于他们能推出强需求的产品,更在于它能够根据市场的需求推出更适合市场的产品,ADI正是一个这样的公司。在2013年,为了迎合市场需求,ADI公司推出了最新的电机控制处理器ADSP-CM40x,那么这款处理器相对于以往的产品又有怎样的优势呢?张经理则从该处理器的参数出发,给我们介绍这个新品的独到之处。

ADI推出的混合信号控制处理器ADSP-CM40x集成了精度高达13位的行业唯一一款嵌入式双通道16位模数转换器,并搭载了一枚240-MHz浮点ARM® Cortex™-M4处理器内核。

面向设备制造商要求高精度、伺服闭环控制、电机驱动、太阳能光伏(PV)逆变器和其他嵌入式工业应用,并需要提高其产品的能源效率和性能。ADSP-CM40x凭借较高的精度模拟转换性能,很好地实现了这些目标。
另外,ADSP-CM40x不但具有出色的模拟转换性能和高达380纳秒的转换速度,同时还具备多种其他特性,比如,全面的sinc滤波器实现模式,使其可以直接与用于采样电阻式电流检测系统架构中的隔离式Σ-Δ型调制器(AD7400A/AD7401A)接口。采用片内sinc滤波器可以节省以FPGA实现同一功能所需要的成本和工程资源。

除此以外,针对电机控制解决方案,ADI公司提供了门类齐全的产品组合,其中包括了模数/数模转换器、放大器、嵌入式处理器、iCoupler®数字隔离器和电源管理器件;这些高性能的器件和增加系统集成度有助于实现更新型的拓扑结构设计,为客户实现系统的差异化设计带来价值, 伺服驱动系统的性能同用户最终所构建的运动控制系统的性能和所能提供的精度密切相关,多数情况下,最终的用途可以是一个高精度数控机床系统、运动控制系统或机器人系统,这些系统要求能够精确控制位置及电机的扭矩;ADI公司能够提供涵盖信号链中所有重要器件的完整解决方案。

正如上文所说,一个企业的强大体现在其面对变革所展现出来的适应能力,在了解了ADI产品线及其新产品的优势之后,我们还想知道在智能工业推动电机控制产品的集成化和联网化的趋势上,ADI怎样应对的。张经理介绍:

首先,ADI从处理器设计上就开始考虑这个趋势,新一代的电机控制处理器CM40x内嵌了许多电机控制专用外设,象高精度的ADC、SINC滤波器、编码器输入、可驱动多个电机的PWM输出单元及丰富的通讯接口。
考虑到工业联网的多协议需求,ADI在处理器中集成了较大的内存(384Kbyte)及Flash(2MByte),并规划了下一代的联网应用需求。除处理器外,ADI也推出了丰富的隔离及非隔离的接口芯片,包括了工业联网所需的、几乎所有的接口协议,并满足了工业安全规范的要求。

此外,ADI也在规划并联合第三方针对工业联网化的趋势,开发设计了相应的解决方案。

除了以上的集成化趋势外,现代的电机控制还有着高效率低功耗的需求,那么ADI又是怎样应对这个趋势的呢?

“就能源消耗而言,工业消耗所占比例非常之高,而且就工业能源消耗而言,电机消耗也占据较大比例。相关统计显示约有40%能源消耗是由电机产生的,因此如何才能提高电机效率,如何降低电机能耗成为整个工业自动化领域所关注的问题。”张经理介绍。

张经理接着强调,为解决这一问题,因此工业电机高效化和智能化(也称伺服化)将成为ADI所重点关注的技术发展趋势。

简而言之,减少能源消耗一方面可以通过直接控制电机的速度来实现,例如变频器便可以通过速度控制从而达到节能的目的。

另一方面,ADI会架设被称为力矩的控制,再加上伺服以及高端整体的伺服,以最简单的电机速度控制为基础,通过增加电流及位置的采样,整个电机控制效率以及精确度会有大幅提升,这对于所采用传感技术的要求也会有提高。

除此之外,PFC技术在电机控制中的应用,将会改善供电侧的谐波及提高节能效果。ADI正在致力于提供相应的技术及解决方案。

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