工业控制市场是现代工业中不可或缺的一部分,它涉及到自动化、智能化、数字化等多个方面。随着全球经济的发展和科技的进步,工业控制市场也在不断扩大。据市场调研机构研究统计,2022年全球工业控制市场规模约8000亿元,预计未来将持续保持平稳增长的态势,到2029年市场规模将超过万亿元,未来六年CAGR约3%。
一、工控行业稳中求变
工业控制对系统的可靠性、稳定性要求比较高,因为故障停机会造成比较大的损失。传统的工控设备只能完成简单的控制和操作,而工业4.0的兴起正在将智能工厂引入各行各业。新的工控设备能够自适应、自监测、自维护,不仅提高了生产精确度、效率和产品质量,还能更好地适应多变的生产环境。
智能化升级是工控行业的主要趋势之一,工业互联网加快了工业控制系统向智能化、网络化和数字化方向的发展。例如机器人控制,融合了AI(人工智能)的模糊控制以及神经网络算法等,在智能控制的同时也实现了高速化。不管是智能化还是高速化,都需要更精确的采样和更精准的控制;由于数据量越来越大,在更高速采样的同时还需要更高速的通信,才能实现更精准的控制。
另一个不变的趋势是小型化,工控设备一直在向模块化和集成化方向发展,以快速适应不同的生产流程和应用场景,有效提高生产效率。通过模块化设计和集成化应用,工控设备能够更好地完成生产任务,降低成本并提高精确度。
此外,工控云化可以满足数据共享和协同的需求,通过云平台实现远程控制与监测,大幅提高生产效率和管理效果,并提高企业的竞争力。
二、半导体技术与工控天作之合
工控行业的发展需要先进的半导体技术做支撑,比如满足宽温环境要求的半导体器件及电子元件,如CPU、MCU、DSP,以及隔离接口、隔离驱动、电流传感器等。上述趋势恰恰也为半导体尤其是模拟芯片带来了巨大的应用机会。
智能化首先要有一个最强的大脑——主控芯片,它既要有更大的容量,还要有更强的计算能力,并支持不同的算法;其次,智能化还要有强壮的躯干——更高精度、更快速率和更高带宽的采样能力;系统可靠性也要更强,器件还需要有保护功能,以确保模块不会因失效而烧毁、炸机。
从小型化角度来说,在系统中使用高频器件,可以实现变压器、电感等的小型化,从而有效简化系统结构,降低设备的体积和重量;还可以利用热地方案来优化电气架构,让整个系统变得更加简单。
纳芯微数年前就开始了工控领域的产品布局,其完善的解决方案现已广泛应用于工业变送器、变频器、PLC、伺服等应用中。
三、纳芯微完善的工控系统解决方案
针对工控行业升级的大趋势,纳芯微可提供完整的工控系统芯片解决方案,目前,在工业变频和PLC方面已经推出了非常多的产品。如下图工业电机系统解决方案所示,逻辑控制部分有公司的传统优势产品,如数字隔离器、隔离接口、非隔离接口等通信类产品;在变频、伺服等大功率应用方面,有全品类的驱动和电压采样、电流采样解决方案。
纳芯微工业电机系统解决方案
1)在可靠性方面,纳芯微的产品已经过市场和客户的验证,具有很高的稳定性和可靠性;针对中大功率的系统,纳芯微也推出了带保护功能的产品,以便更好地满足系统的高可靠性要求。
◆ 单通道隔离驱动NSI6801:目前已在工业变频器和伺服系统中大批量应用。它基于容耦隔离技术,兼容光耦输入,信号调制方式采用自有专利Adaptive OOK® 技术,能够提供更强的隔离性能。该器件的CMTI(共模瞬变抗扰度)大于150kV/μs,提高了系统的抗干扰能力,有效减少了误导通现象,能够适配更多的应用场景,系统的稳定性和可靠性更高。
◆ 智能隔离单管驱动NSI68515:集成了更多保护功能,如米勒钳位、DESAT(退饱和)保护、软关断保护、故障报警等,能够在功率管发生过流或短路时,快速检测到故障并关断管子,防止功率管损坏。
2)在支持工控系统小型化方面,纳芯微还提供一些有针对性的产品解决方案,例如,以下两款更高集成度的芯片产品。
◆ 数字输入(DI)隔离器NSI860x:用单颗器件即可替代多颗低速或高速光耦器件,能够有效缩小系统尺寸,简化系统设计。与数字隔离器不同,数字输入(DI)隔离器的输入级为电流型输入,且集成了电流限制功能,允许在-60V~60V范围内将输入电压转换为逻辑输出。
◆ 四通道低边驱动器NSD5604:它是为小型化PLC主机与DO模组提供的集成式驱动方案。4通道集成漏级输出结构节省了DO模块PCB面积,支持小尺寸或名片式DO模组设计。它可以替代传统MOS管+隔离器的分立方案,一颗NSD5604加一颗数字隔离器即可完成整个PLC数字输入,集成度更高。
3)为实现工控系统智能化、高速化,需要更高精度、更快速率和更高带宽的采样能力,以下两款产品是理想的选择。
◆ 隔离电压采样芯片NSI1312x:支持单端模拟输出,可以直接连接MCU的ADC I/O口,不需要额外的运放作为差分转单端,使整个传输路径变得更加简单,可以实现更高的精度、更高的带宽和更快的响应速度。该器件在满幅输入条件下可满足±0.5% @25℃、±1.5% @-40~125℃的精度要求。
◆ 集成式电流传感器NSM201x:具有高精度、高可靠性、高灵敏度、低零点误差及良好的线性度(非线性度误差<±0.2%)等特性,能够降低器件的整体输出误差,在工作温度范围内,最大测量误差±1.5%。基于霍尔效应原理,采用隔离方式将±200A以内的电流转换成线性电压输出,通过集成电流路径,芯片无需额外的电源供电,能够实现更高精度的电流采样。此外,它还具备高隔离耐压、强通流能力、快速过流保护等功能。该系列适用于多种隔离电流采样场合,如工业变频器中的母线电流及桥臂电流采样。
四、聚焦工控行业,适配更多应用
纳芯微始终聚焦终端应用,围绕系统应用开发产品,为客户提供高性能、高可靠性的产品和解决方案,助力客户提升系统的整体性能。
在未来,纳芯微也将持续发力工控行业,开发更多适配行业应用的丰富产品,特别是符合行业趋势的前瞻性产品,助力工控领域的创新,迎接工业自动化市场的爆发式增长。
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