600007 г. Владимир, ул. 16 лет Октября, д. 68А, литер "Ф", этаж 2, помещение 12
+7 (4922) 53-10-31
info@skb-proton.ru

Возможности подключения и дизайна на уровне чипов обеспечивают синергию в области движения и робототехники

Преобразователи частоты

В недавнем интервью с Брендан О’Дауд, генеральный менеджер по промышленной автоматизации в Аналоговые устройства У нас появилась возможность услышать о новых устройствах — даже на уровне чипов, — которые позволяют лучше интегрировать робототехнику в конструкции движения и машины для автоматизации.

Eitel • Мир дизайна: Мы рассматриваем управление движением в том виде, в каком оно связано с двигателями, передачей энергии и автоматизацией. Какие новые разработки в этих областях вы считаете наиболее значимыми?

O’Dowd • 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 тепловыделения. Мы узнали, что это не всегда поставленный вопрос, требующий решения, но что—то связанное с ним. Итак, мы начали использовать технологии и наш опыт работы с кремнием для решения проблем новыми способами.

В подключенных механизмах перемещения, сервоприводах и приводах в последовательности задействовано несколько частей. Здесь есть процессор — мозг системы — и ШИМ, управляющие сигналом, а также драйверы изолированных вентилей (IGBT) и измерение возвращаемых токов — для полного алгоритма контура управления. Мы работали над оптимизацией многих из них.

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

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

O’Dowd • Аналоговые устройства: Они были успешными, но теперь, когда 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 трафика в сети) и другие сетевые функции. Мы ожидаем, что стандарты TSN заменят большинство существующих промышленных протоколов Ethernet.

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

O’Dowd • Аналоговые устройства: Да, и с ростом числа роботов, и особенно коботов, функциональность в режиме реального времени абсолютно необходима. Итак, мы инвестировали в мультипротоколные решения, потому что это нормально, если вы Siemens, Rockwell или Beckhoff, и все ваше оборудование соответствует одному стандарту, который вы спонсируете, но многим более мелким игрокам приходится иметь дело с этими разными стандартами. Для них это означает, что, если они не разрабатывают дизайн для завода Siemens или Beckhoff, они должны поддерживать несколько стандартов.

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

O’Dowd • Аналоговые устройства: Некоторые из наших микросхем коммутаторов Ethernet имеют встроенные функции TSN для поддержки нескольких стандартов IEEE TSN. Мы стремимся предлагать совместимые обновления для TSN следующего поколения по мере завершения разработки 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 контролируется с помощью ШИМ-выхода. Затем синхронизация времени должна пройти через стек связи и через стек управления движением и выйти на ШИМ-выход, чтобы заставить фактические драйверы вентилей определять время работы двигателя. Очень многие рассматривают TSN с точки зрения Ethernet — и фокусируются на том, чтобы обеспечить синхронизацию до плат, что само по себе является серьезной проблемой. Но остальную часть проблемы они оставляют на усмотрение отдельных дизайнеров.

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

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

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

O’Dowd • Аналоговые устройства: Последние связаны с ощущением 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 больше 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 чтобы внести ясность для инженеров, которые обычно не думают о проектной работе на уровне чипа — не могли бы вы объяснить, что вы подразумеваете под домен в этом контексте?

O’Dowd • Аналоговые устройства: Конечно. Существуют технологические блоки микросхем — например, для аналого-цифровых преобразователей, усилителей производительности, процессоров и источников питания. У нас также есть опыт работы с силосами для автомобильной промышленности, управления двигателями и технологическими процессами. Некоторые из них мы разработали самостоятельно, работая с заказчиками над приложениями. Некоторых мы наняли 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 fab и так далее, — в то время как разработчики систем управления двигателями мыслят в терминах ШИМ, обратной связи по току и контуров управления. Таким образом, совместная работа в течение недель, месяцев и лет стимулирует более содержательные разговоры и решения, которые в противном случае 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?

O’Dowd • Аналоговые устройства: Наш единственный элемент кремния — микросхема fido5000 REM Switch IC — настраивается с помощью поставляемой нами двоичной загрузки.

Это означает, что инженеры могут настроить полевой прибор на версию EtherCAT, версию PROFINET или версию Ethernet IP, и это будет то же самое оборудование, только с другой загрузкой двоичного файла. При меньшем объеме проектирования и отладки 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 деталью — с готовыми к работе протоколами TSN и совместимостью при замене контактов.

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

O’Dowd • Аналоговые устройства: Директор нашей группы по технологиям Deterministic Ethernet (DET) Джордан Вудс также представляет нас в органах по стандартизации, поэтому мы можем продавать кремний, готовый к использованию в соответствии со стандартами, с первого дня. Даже когда стандарты еще не доработаны, 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?

O’Dowd • Аналоговые устройства: Управление двигателями и робототехника обуславливают потребность в более высокой пропускной способности. Некоторые специалисты по автоматизации производства сопротивляются идее необходимости использования GbE, считая достаточным 100 Мбайт. Но в будущем им потребуется более высокая пропускная способность. Даже в жилых домах количество устройств, подключенных к Интернету, резко возросло. Заводы ничем не отличаются, и лидируют устройства с высокой пропускной способностью, такие как камеры и радары (например, для измерения времени полета и позиционирования). Например, такие технологии являются ключом к пониманию того, где находятся люди рядом с роботом. Наличие камер рабочей ячейки, выполняющих автоматическое распознавание деталей, или искусственного интеллекта — для этого тоже требуется большая пропускная способность.

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

Эти две вещи определяют тенденцию к стандартному TSN. Поэтому я прогнозирую, что крупные игроки продолжат поддерживать устаревшее оборудование с использованием проприетарных 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?

O’Dowd • Аналоговые устройства: Мы продаем предварительно сконфигурированные чипы и поставляем двоичный код, уже сертифицированный органом по стандартизации, поэтому чипы в конечном итоге проходят предварительную сертификацию на EtherCAT или PROFINET или на соответствующий стандарт. 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 конструкциям.

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

O’Dowd • Аналоговые устройства: Мы поставили множество устройств ввода-вывода для управления аналоговыми выходами и вводами на базе ПЛК, цифровыми выходами и вводами-выводами. Мы видим, что такие средства управления также переходят на более высокие скорости передачи данных — и я думаю, что стандарты TSN станут здесь очень распространенными. Но когда Ethernet IP станет стандартом на заводе повсеместно — и не только в отдельных частях — он заменит некоторые подключения от 4 до 20 мА и по полевой шине. Таким образом, в то время как системы управления двигателями и приводами повысят пропускную способность, возможно, не автоматизация производства, но, безусловно, управление технологическими процессами — включая нефтегазовую и фармацевтическую промышленность — увеличит использование меньшей полосы пропускания на больших расстояниях.

Eitel • Мир дизайна: Еще одна область, представляющая интерес, — сетевая безопасность.

O’Dowd • 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 наладка должны быть хорошо спроектированы. Наша дочерняя компания по безопасности Sypris Solutions работает над этим для нас.

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

O’Dowd • 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 мы начали изучать способы использования датчиков MEM для управления двигателями, поскольку при мониторинге двигателей с течением времени можно получить много информации для понимания их состояния — например, при износе подшипников или возникновении проблем с нагрузками. Мы все слышали истории об одном парне, который может слышать проблемы, или взять в руки устройство для обнаружения неполадок, или умело использовать зонды для измерения различных характеристик.

Короче говоря, теперь есть способ обеспечить такой уровень мониторинга с использованием технологии, а не высококвалифицированного “машинного шепота”.