ST賦能運(yùn)動(dòng)控制/智能工業(yè)

　　近日，ST公司Power Discretes及Analog Sub產(chǎn)品部的市場(chǎng)及應(yīng)用資深總監(jiān)Francesco Muggeri來京，介紹了面向智能工業(yè)的解決方案。

　智能工業(yè)需要元器件支撐

　　當(dāng)前，我們正面臨從工業(yè)到智能工業(yè)的變革，第四次工業(yè)革命的特點(diǎn)是使用網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)、通信、物聯(lián)網(wǎng)和采用分散式的決策，需要更多智能和意識(shí)，更高效，有更多連接，更安全。

　　ST豐富的產(chǎn)品提供所有關(guān)鍵應(yīng)用的核心。例如有電機(jī)控制所用的系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和配備MCU的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，工業(yè)機(jī)器人用柵極驅(qū)動(dòng)器，工廠自動(dòng)化用電流隔離IPS(智能電源開關(guān))和完全完整性等級(jí)IPS，過程控制用IO-Link芯片和射頻sub-GHz芯片，傳感器方面有環(huán)境傳感器和IMU(慣性運(yùn)動(dòng)單元)等。

　　總之，ST擁有逾 30 年的工業(yè)應(yīng)用開發(fā)經(jīng)驗(yàn);具有深入的應(yīng)用知識(shí)，有助于優(yōu)化產(chǎn)品和系統(tǒng)級(jí)解決方案;有行業(yè)領(lǐng)先的創(chuàng)新技術(shù)，提供廣泛的產(chǎn)品系列，產(chǎn)品包括傳感器、信號(hào)調(diào)理、通信IC、MCU(微控制器)、電機(jī)控制和執(zhí)行、電源管理等。

　　ST元器件總的發(fā)展方向是，在 “摩爾定律”小型化方面，ST芯片的線寬特征尺寸不斷縮小;在“超越摩爾定律”的多元化方面，ST有CMOS、BCD、MEMS、功率晶體管、分立式二極管等工藝/產(chǎn)品。二者結(jié)合，公司可推出高附加值的SoC和SiP解決方案。

　　例如在SiP方面，可把MCU、電氣隔離、電機(jī)控制、功率晶體管等組合起來，集成在標(biāo)準(zhǔn)尺寸的封裝中。ST的一大自豪創(chuàng)舉是集成了功率晶體管和電機(jī)控制的powerSTEP芯片，功率密度可高達(dá)500W/cm2!

　　智能工業(yè)的應(yīng)用五花八門，涵蓋預(yù)測(cè)性維護(hù)、封裝、智能農(nóng)業(yè)、健身設(shè)備、車床工具、物流等，具體應(yīng)用琳瑯滿目，諸如：自動(dòng)識(shí)別缺陷、驅(qū)動(dòng)器微型化、遠(yuǎn)程維護(hù)、預(yù)測(cè)性維護(hù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)優(yōu)化、識(shí)別和保護(hù)工具等。

　　它們所需要的技術(shù)也很多，諸如質(zhì)量控制圖像傳感器、電機(jī)的集成控制、連接性(有助于實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)記錄)、板載集成接近傳感器、慣性和環(huán)境傳感器、有線或無線分布式執(zhí)行器、SoC(控制和電源)、用于步進(jìn)電機(jī)的智能微執(zhí)行器等。

　　但是萬變不離其宗，離不開MCU、電機(jī)控制、電氣隔離、功率晶體管、傳感器等。在此，F(xiàn)rancesco Muggeri先生主要介紹了ST的三大類芯片的最新動(dòng)向：運(yùn)動(dòng)控制與功率，通信，傳感。

　　運(yùn)動(dòng)控制與功率

　　ST有功率晶體管、電機(jī)控制和MCU組合。

　　其中，STSPIN系列是緊湊、高效、可靠的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，有系列產(chǎn)品：STSPIN800系列適合3D 打印、舞臺(tái)照明;STSPIN200系列適合電子氣門和電子門鎖;STSPIN32系列適合機(jī)械臂、 電動(dòng)工具、工業(yè)自動(dòng)化和控制。

　　明星產(chǎn)品有STSPIN233和STSPIN830。前者的集成度更高，工作電壓范圍更大，并有全套保護(hù)功能。后者的尺寸小、重量輕，能夠平穩(wěn)、安靜地運(yùn)動(dòng)，效率更高，可靠性強(qiáng)，具有多功能控制。

　　圖：用STSPIN電機(jī)做成的3D打印機(jī)，正在打印一個(gè)外部光滑的小火箭殼

　　片上電氣隔離方面，ST有各種組合方案，用于傳感器、接口、運(yùn)動(dòng)控制、電源管理。ST的獨(dú)特之處：一是有異構(gòu)集成的系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)，可以提高系統(tǒng)穩(wěn)健性、安全性和可靠性;另外有磁隔離柵極驅(qū)動(dòng)器，符合UL(美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室)、IEC(國(guó)際電工委員會(huì))和DVE(德國(guó)電器電子協(xié)會(huì))的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

　　柵極驅(qū)動(dòng)方面主要有STDrive系列柵極驅(qū)動(dòng)器，可用于電動(dòng)/混合汽車、1200V逆變器、服務(wù)器或UPS、壓縮機(jī)、太陽(yáng)能設(shè)備等。新產(chǎn)品有STGAP2S和STGAP2D，具有電氣隔離、高集成度、全套保護(hù)功能;PWD5F60具有極高的瞬態(tài)抗擾性，和高的電流能力、高效率，具有緊湊型設(shè)計(jì)和快速開關(guān)頻率。

　　適用于工廠自動(dòng)化的電源設(shè)備方面，ST有可靠性高、緊湊、成本效益高的功率分立器件。其中IGBT用于太陽(yáng)能和工業(yè)泵等;IPM- SLLIMM用于工廠自動(dòng)化和工業(yè)空調(diào)等;Acepack系列功率模塊，可用于機(jī)械臂、工業(yè)用驅(qū)動(dòng)器、工業(yè)自動(dòng)化和控制等。新產(chǎn)品有SLLIMM，具有多種技術(shù)集成，產(chǎn)品種類豐富，高結(jié)溫(175℃);另一系列ACEPACK的特點(diǎn)是尺寸更小、緊湊，具有靈活性和可擴(kuò)展性，高效率，可提高設(shè)備可靠性和生命周期。

　　通信

　　特點(diǎn)是可用智能化的方式連接和驅(qū)動(dòng)工業(yè)傳感器和執(zhí)行器。

　　ST的L6360和L6362A，符合IO-Link規(guī)范，用于數(shù)字傳感器和執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)器，還可用于可編程邏輯控制器(PLC)的I/O(輸入/輸出)。L6362A的特點(diǎn)是：1.用于IO-Link的主機(jī)和設(shè)備，以及通用型收發(fā)器。2.簡(jiǎn)單且兼容(通用)：無需特殊電纜，與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)完全兼容，無需現(xiàn)場(chǎng)總線;3.高功能型：高性能過程數(shù)據(jù)傳輸，自動(dòng)參數(shù)設(shè)置和擴(kuò)展診斷。4.提供錯(cuò)誤檢測(cè)和校正功能，輕松處理。

　　智能功率開關(guān)(IPS)，諸如ST的IPS160H，主要用于PLC，還有工廠自動(dòng)化I/O外設(shè)，計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)機(jī)床，各類電阻負(fù)載、電感負(fù)載和容性負(fù)載等。PS160H的特點(diǎn)是：1.是單個(gè)上橋臂開關(guān)，具有面向安全完整性等級(jí) (SIL2和SIL3)兼容系統(tǒng)的保護(hù)和診斷功能。2.工作電源電壓范圍高達(dá)60V，專門設(shè)計(jì)用于滿足安全完整性等級(jí)系統(tǒng)的應(yīng)用要求。3.具有自我保護(hù)和負(fù)載安全操作，并提供擴(kuò)展的診斷信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用控制。

　　在用于工廠自動(dòng)化的通信解決方案方面，ST有驅(qū)動(dòng)、連接和接口三類產(chǎn)品。契合的三類產(chǎn)品：1.支持IO-Link的系列產(chǎn)品，可用于工業(yè)傳感器、過程控制。2. IPS系列，可用于可編程邏輯控制、工業(yè)PC外設(shè)I/O、數(shù)控機(jī)床、適用于各類負(fù)載的驅(qū)動(dòng)器。3.支持KNX協(xié)議的產(chǎn)品可用于智能樓宇。新產(chǎn)品方面，IPS4260的工作電壓范圍大，兼容多重標(biāo)準(zhǔn)，具有全套保護(hù)功能，支持多項(xiàng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。STKNX01可減少功耗，有廣泛的診斷功能，具有緊湊型設(shè)計(jì)，采用磁隔離。

　　無線連接/RF方面，有超低功耗藍(lán)牙和sub-GHz無線傳輸，連接測(cè)量?jī)x表、傳感器至云端。

　　在工廠自動(dòng)化的IO-Link方面，用于PLC的解決方案如下圖，可實(shí)現(xiàn)IO-Link的分布式傳感器節(jié)點(diǎn)連接。

　　此外，使用KNX協(xié)議的雙絞線收發(fā)器IC較適用于智能家居連接。

　　傳感

　　ST高精度的運(yùn)動(dòng)傳感器將出色的精度、穩(wěn)健性和10年使用壽命融于一體，符合工業(yè)4.0要求。

　　加速度計(jì)和傳感器相互契合，可進(jìn)行震動(dòng)監(jiān)控、振動(dòng)控制、環(huán)境感應(yīng)(壓力、濕度和溫度應(yīng)用)，可用于機(jī)械臂、預(yù)測(cè)性維護(hù)、工業(yè)自動(dòng)化和控制等。

　　具體地，新的IIS3DWB的關(guān)鍵特性與優(yōu)勢(shì)是：有3D軸–16g滿標(biāo)范圍，數(shù)字輸出，超寬帶寬(最小5k Hz)，超低噪音，工作溫度高達(dá)105℃。另一LIS2DW12的特點(diǎn)是：更低的功耗，在不同時(shí)間和溫度條件下保持穩(wěn)定性，尺寸小、易于組裝，高性能、高精度。

　　根據(jù)客戶的需求，ST可提供強(qiáng)大的產(chǎn)品組合，可隨時(shí)連接。典型的集成產(chǎn)品，諸如ISM330DLC 6x IMU(慣性測(cè)量單元)，具有寬帶寬。IIS2DH加速度計(jì)的特點(diǎn)是寬帶寬、超低功耗。IIS2MDC磁力計(jì)是低噪音、 低功耗。

預(yù)測(cè)性維護(hù)的應(yīng)用案例

　　典型的使用案例是預(yù)測(cè)性維護(hù)，采用了傳感、通信、MCU等產(chǎn)品，ST有評(píng)估板STEVAL-IDP005V1作為基準(zhǔn)平臺(tái)，用于感測(cè)機(jī)械振動(dòng)、溫度、電磁等工況，以發(fā)現(xiàn)異常，如下圖。

　　下圖是現(xiàn)場(chǎng)演示的電機(jī)預(yù)測(cè)性維護(hù)實(shí)例及開發(fā)板(紅色圓圈內(nèi))。

　　小結(jié)

　　ST有面向智能工業(yè)的系列新品，包括運(yùn)動(dòng)控制與功率、通信和傳感技術(shù)三大類。此外，ST具有深入的系統(tǒng)和應(yīng)用知識(shí)，并能為客戶提供全方位的評(píng)估和生態(tài)系統(tǒng)工具，以幫助客戶縮短產(chǎn)品面世時(shí)間。

　　那么，講了這么多，最該記住哪三樣產(chǎn)品呢?1.馬達(dá)驅(qū)動(dòng)類的STSPIN830;2.通訊類的IO-Link方案;3.集成了傳感器模組、通信芯片、MCU等的評(píng)估板——STEVAL-IDP005V1。

　　圖：基于STM32 MCU的手電鉆開發(fā)板

　　圖：Speedy Board 2.0開發(fā)板，可用于3D打印機(jī)