В недавнем интервью с Брендан О’Дауд, генеральный менеджер по промышленной автоматизации в Аналоговые устройства, мы получили возможность услышать о новых устройствах — вплоть до уровня микросхем, — которые позволяют лучше интегрировать робототехнику в движущиеся конструкции и машины для автоматизации.

Eitel • Мир дизайна: Мы рассматриваем управление движением в том, что касается двигателей, передачи энергии и автоматизации. Какие новые разработки в этих областях вы считаете наиболее значимыми?

О’Дауд • Аналоговые устройства: Наша компания существует уже 50 лет. В течение некоторого времени мы исследовали системы, в которые входят наши детали, чтобы создать лучшие решения для этих конструкций. Например, иногда инженеры просили нас снизить энергопотребление. Обычно вопрос вызывался чем—то конкретным — например, проблемой было рассеивание тепла. Мы узнали, что это не всегда поставленный вопрос, требующий решения, но что—то связанное с ним. Поэтому мы начали использовать технологии и наш опыт работы с кремнием для решения проблем по-новому.

При подключенном движении, сервоприводах и приводных механизмах в последовательности задействовано несколько частей. Здесь есть процессор — системный мозг — и ШИМ, управляющие сигналом, а также драйверы изолированных затворов (IGBT) и измерение возвращаемых токов — для создания полного алгоритма контура управления. Мы работали над оптимизацией многих из них.

Но с системной точки зрения коммуникации становятся все более важными, и детерминированный Ethernet все чаще становится частью этих коммуникаций. Даже в системах заводского управления и автоматизации технологических процессов, где долгое время господствовали напряжения от 4 до 20 мА и полевые шины, промышленный Ethernet выходит на рынок в виде целого ряда стандартов.

Eitel • Мир дизайна: В нашей отрасли существует множество запатентованных стандартов — все они хороши для определенных целей, но не всегда могут работать вместе.

О’Дауд • Аналоговые устройства: Они были успешными, но теперь, поскольку нам нужны более высокие скорости, происходит переход к унифицированным стандартам — в настоящее время лидирует коллекция стандартов TSN. Фактически, девять или 10 различных стандартов IEEE являются частью этого пакета TSN. Они охватывают такие вещи, как контроль доступа (для предотвращения перегрузки сети трафиком) и другие сетевые функции. Мы ожидаем, что стандарты TSN заменят большинство существующих промышленных протоколов Ethernet.

Eitel • Мир дизайна: Но маловероятно, что те, кто инвестирует в существующие промышленные сети Ethernet, откажутся от того, что они используют, и от уникальных преимуществ этих сетей — особенно в отношении функциональности в режиме реального времени.

О’Дауд • Аналоговые устройства: Да, и с растущим количеством роботов, особенно коботов, функциональность в режиме реального времени абсолютно необходима. Поэтому мы инвестировали в мультипротокольные решения, потому что это нормально, если вы Siemens, Rockwell или Beckhoff и все ваше оборудование соответствует одному стандарту, который вы спонсировали, но многим мелким игрокам приходится иметь дело с этими разными стандартами. Для них это означает, что, если они не занимаются проектированием исключительно для завода Siemens или завода Beckhoff, они должны поддерживать множество стандартов.

Eitel • Мир дизайна: Какие продукты поддерживают все основные протоколы?

О’Дауд • Аналоговые устройства: Некоторые из наших микросхем коммутатора Ethernet имеют встроенные функции TSN для поддержки нескольких стандартов IEEE TSN. Мы стремимся предлагать совместимые обновления для TSN следующего поколения по мере доработки этих стандартов. Как и любой стандарт Ethernet с регулируемой задержкой, стандарты TSN позволяют синхронизировать физический интерфейс управления доступом к мультимедиа (MAC) на разных платах в разных частях системы.

Для привода, двигателя или робота фактическое движение управляется с помощью ШИМ-выхода. Затем синхронизация по времени должна пройти через коммуникационный стек и стек управления движением и выйти на ШИМ-выход, чтобы заставить фактические драйверы затвора засекать время работы двигателя. Очень многие рассматривают TSN с точки зрения Ethernet — и сосредотачиваются на том, чтобы довести эту синхронизацию до плат, что само по себе является серьезной проблемой. Но остальную часть проблемы они оставляют на усмотрение отдельных дизайнеров.

Вот почему мы привносим опыт в области управления двигателем и изменения сигнала управления движением в нашу работу с Ethernet. Мы стремимся предоставлять системные решения, а не просто кусочки кремния.

Ключевым моментом является то, что когда поставщик полупроводников может применить знания в данной области к проектированию кремния, становится возможным решать более широкие проблемы системного уровня.

Eitel • Мир дизайна: Как это соотносится с роботами и новой волной коботов в автоматизации?

О’Дауд • Аналоговые устройства: Последние связаны с восприятием и пониманием окружающей среды, поскольку многие предложения сегодня в значительной степени относятся к аналоговой области. Но использование технологий, заимствованных из других областей — таких, например, как радар и лидар в автомобилестроении, — позволит расширить спектр областей системного уровня в робототехнике. Люди часто спрашивают, почему мы действуем скорее как поставщики систем, а не как традиционные поставщики компонентов. Ну, это потому, что мы работаем над тем, чтобы быть актуальными на более высоких уровнях — используя наш опыт на уровне предметной области и новые знания в области роботов, управления двигателями, мониторинга состояния и Ethernet.

Eitel • Мир дизайна: Просто для ясности для инженеров, которые обычно не думают о проектировании на уровне чипа — не могли бы вы объяснить, что вы подразумеваете под домен в этом контексте?

О’Дауд • Аналоговые устройства: Конечно. Существуют хранилища микросхемных технологий — например, для аналого-цифровых преобразователей, усилителей производительности, процессоров и источников питания. У нас также есть опыт работы с силосами для автомобилестроения, управления двигателями и технологическими процессами. Некоторые из них мы разработали самостоятельно, работая с клиентами над приложениями. Некоторых мы взяли в команду — например, в области робототехники и проектирования систем управления двигателями — чтобы получить представление, отличное от представления кремниевого дизайнера.

Проблема заключается в том, что разработчики кремния мыслят в терминах того, что они знают — транзисторов, технологических процессов и так далее, — в то время как разработчики систем управления двигателями мыслят в терминах ШИМ, обратной связи по току и контуров управления. Таким образом, их совместная работа в течение недель, месяцев и лет способствует более насыщенным беседам и решениям, которые иначе не были бы созданы. Это то, что представляет собой дизайн на уровне домена.

Eitel • Мир дизайна: Вы были любезны, не упомянув конкретные продукты Analog Devices для такой гибкой функциональности. Но могу я спросить, что это такое?

О’Дауд • Аналоговые устройства: Наш единственный элемент кремния — микросхема коммутатора fido5000 REM — настраивается с помощью предоставляемого нами двоичного файла загрузки.

Это означает, что инженеры могут настроить полевой прибор на версию EtherCAT, версию PROFINET или версию Ethernet IP, и это то же самое оборудование, просто с другой загрузкой двоичных файлов. При меньших затратах на проектирование и отладку это, в свою очередь, сокращает время выхода на рынок и наличие моделей на складе и повышает уверенность в том, что конечному пользователю будет отправлена правильная версия, поскольку это всего лишь образ программного обеспечения.

Таким образом, микросхема коммутатора fido5000 REM является гибкой частью — с готовыми к работе протоколами TSN и совместимостью замены контактов.

Eitel • Мир дизайна: Многие фирменные предложения обеспечивают функциональность в режиме реального времени. Соответствует ли ваше новое предложение стандартам IEEE в этом отношении?

О’Дауд • Аналоговые устройства: Директор нашей Deterministic Ethernet Technology Group (DET) Джордан Вудс также представляет нас в органах по стандартизации — так что мы можем продавать готовый к стандартизации кремний с первого дня. Даже когда стандарты не доработаны окончательно, у нас есть клиенты, которые оценивают функциональные возможности наших микросхем, чтобы соответствовать ожиданиям.

Eitel • Мир дизайна: Что на рынках движения и робототехники является движущей силой инноваций?

О’Дауд • Аналоговые устройства: Управление двигателями и робототехника обусловливают потребность в более высокой пропускной способности. Некоторые специалисты по автоматизации производства сопротивляются идее необходимости GbE, считая, что 100 Мб вполне достаточно. Но в будущем им потребуется более высокая пропускная способность. Даже в жилых домах количество устройств, подключенных к Интернету, резко возросло. Фабрики ничем не отличаются — и в первую очередь это касается устройств с высокой пропускной способностью, таких как камеры и радары (например, для измерения времени полета и определения местоположения). Например, такие технологии являются ключом к пониманию того, где находятся люди вокруг робота. Наличие камер рабочей ячейки, выполняющих автоматическое распознавание заготовок, или искусственного интеллекта — для этого тоже требуется большая пропускная способность.

Более того, некоторые инженеры-конструкторы разочарованы тем, что им приходится приспосабливаться к множеству стандартов.

Эти две вещи определяют тенденцию к стандартизации TSN. Поэтому я прогнозирую, что крупные игроки продолжат поддерживать устаревшее оборудование с использованием фирменных стандартов — даже в то время, когда стандарты следующего поколения все еще разрабатываются. Будьте уверены, мы будем рядом, чтобы поддержать новейшие решения.

Eitel • Мир дизайна: Предлагаете ли вы программное обеспечение для настройки ваших чипов?

О’Дауд • Аналоговые устройства: Мы продаем предварительно сконфигурированные чипы — и поставляем двоичный код, уже сертифицированный органом по стандартизации, — так что чипы в конечном итоге проходят предварительную сертификацию по EtherCAT или PROFINET или по применимому стандарту. Это сводит к минимуму работу инженера. Но программное обеспечение более высокого уровня, позволяющее инженерам настраивать сети, — это пока не то, что мы предлагаем. На данный момент эти предложения привязаны к более интегрированным проектам.

Eitel • Мир дизайна: Что касается более тесной взаимосвязи между осями машин с приводом от двигателя и робототехникой — что здесь особенно инновационного?

О’Дауд • Аналоговые устройства: Мы поставили множество устройств ввода-вывода для управления на базе ПЛК аналоговыми выходами и входными сигналами, цифровыми выходами и входными сигналами. Мы видим, что такие средства контроля также переходят на более высокие скорости передачи данных — и я думаю, что стандарты TSN станут здесь очень распространенными. Но в Ethernet IP становится стандартом на заводе повсеместно — и не только по частям — он заменит некоторые соединения от 4 до 20 мА и полевую шину. Таким образом, в то время как управление двигателями и приводами повысит пропускную способность, возможно, не автоматизация производства, но, безусловно, управление технологическими процессами — включая нефтегазовую и фармацевтическую промышленность — увеличит использование более низкой пропускной способности на больших расстояниях.

Eitel • Мир дизайна: Еще одной областью, представляющей интерес, является сетевая безопасность.

О’Дауд • Аналоговые устройства: Стандартные подходы к использованию ПК и ИТ-инфраструктуры с брандмауэрами и сертификатами плохо работают на заводском уровне. В конце концов, брандмауэры между машинами могут быстро снизить производительность. Таким образом, конфигурация и настройка должны быть хорошо продуманы. Наша дочерняя охранная компания Sypris Solutions работает над этим для нас.

Eitel • Мир дизайна: Как это соотносится с другой функцией, поддерживающей подключение, — функцией мониторинга работоспособности компьютера на основе состояния?

О’Дауд • Аналоговые устройства: Мы производим датчики вибрации MEMs уже 25 или 30 лет, и большинство подушек безопасности в мире управляются с помощью наших датчиков MEM, например, а также консоли Nintendo Wii первого поколения. Благодаря нашему опыту в области датчиков движения и вибрации, теперь мы начали изучать способы использования датчиков MEM в управлении двигателями, поскольку с течением времени можно получить много информации о двигателях, чтобы понять их состояние — например, при износе подшипников или возникновении проблем с нагрузками. Мы все слышали истории об одном парне, который может слышать проблемы или прикасаться к машине, чтобы обнаружить неполадки, или умело использовать датчики для измерения различных характеристик.

Короче говоря, теперь есть способ обеспечить такой уровень мониторинга, используя технологию, а не высококвалифицированного “машинного шептуна”.