ST賦能運動(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)及應用資深總監Francesco Muggeri來(lái)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、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，更高效，有更多連接，更安全。

　　ST豐富的產(chǎn)品提供所有關(guān)鍵應用的核心。例如有電機控制所用的系統級封裝(SiP)電機驅動(dòng)器和配備MCU的電機驅動(dòng)器，工業(yè)機器人用柵極驅動(dòng)器，工廠(chǎng)自動(dòng)化用電流隔離IPS(智能電源開(kāi)關(guān))和完全完整性等級IPS，過(guò)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(慣性運動(dòng)單元)等。

　　總之，ST擁有逾 30 年的工業(yè)應用開(kāi)發(fā)經(jīng)驗;具有深入的應用知識，有助于優(yōu)化產(chǎn)品和系統級解決方案;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、信號調理、通信IC、MCU(微控制器)、電機控制和執行、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(xiàn)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、電機控制、功率晶體管等組合起來(lái)，集成在標準尺寸的封裝中。ST的一大自豪創(chuàng )舉是集成了功率晶體管和電機控制的powerSTEP芯片，功率密度可高達500W/cm2!

　　智能工業(yè)的應用五花八門(mén)，涵蓋預測性維護、封裝、智能農業(yè)、健身設備、車(chē)床工具、物流等，具體應用琳瑯滿(mǎn)目，諸如：自動(dòng)識別缺陷、驅動(dòng)器微型化、遠程維護、預測性維護、遠程監控、自動(dòng)優(yōu)化、識別和保護工具等。

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

　　但是萬(wàn)變不離其宗，離不開(kāi)MCU、電機控制、電氣隔離、功率晶體管、傳感器等。在此，Francesco Muggeri先生主要介紹了ST的三大類(lèi)芯片的最新動(dòng)向：運動(dòng)控制與功率，通信，傳感。

　　運動(dòng)控制與功率

　　ST有功率晶體管、電機控制和MCU組合。

　　其中，STSPIN系列是緊湊、高效、可靠的電機驅動(dòng)器，有系列產(chǎn)品：STSPIN800系列適合3D 打印、舞臺照明;STSPIN200系列適合電子氣門(mén)和電子門(mén)鎖;STSPIN32系列適合機械臂、 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，并有全套保護功能。后者的尺寸小、重量輕，能夠平穩、安靜地運動(dòng)，效率更高，可靠性強，具有多功能控制。

　　圖：用STSPIN電機做成的3D打印機，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、運動(dòng)控制、電源管理。ST的獨特之處：一是有異構集成的系統級封裝(SiP)，可以提高系統穩健性、安全性和可靠性;另外有磁隔離柵極驅動(dòng)器，符合UL(美國保險商實(shí)驗室)、IEC(國際電工委員會(huì ))和DVE(德國電器電子協(xié)會(huì ))的標準規范。

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

　　適用于工廠(chǎng)自動(dòng)化的電源設備方面，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(chǎng)自動(dòng)化和工業(yè)空調等;Acepack系列功率模塊，可用于機械臂、工業(yè)用驅動(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(lèi)豐富，高結溫(175℃);另一系列ACEPACK的特點(diǎn)是尺寸更小、緊湊，具有靈活性和可擴展性，高效率，可提高設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動(dòng)工業(yè)傳感器和執行器。

　　ST的L6360和L6362A，符合IO-Link規范，用于數字傳感器和執行器的驅動(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的主機和設備，以及通用型收發(fā)器。2.簡(jiǎn)單且兼容(通用)：無(wú)需特殊電纜，與現有的網(wǎng)絡(luò )完全兼容，無(wú)需現場(chǎng)總線(xiàn);3.高功能型：高性能過(guò)程數據傳輸，自動(dòng)參數設置和擴展診斷。4.提供錯誤檢測和校正功能，輕松處理。

　　智能功率開(kāi)關(guān)(IPS)，諸如ST的IPS160H，主要用于PLC，還有工廠(chǎng)自動(dòng)化I/O外設，計算機數控(CNC)機床，各類(lèi)電阻負載、電感負載和容性負載等。PS160H的特點(diǎn)是：1.是單個(gè)上橋臂開(kāi)關(guān)，具有面向安全完整性等級 (SIL2和SIL3)兼容系統的保護和診斷功能。2.工作電源電壓范圍高達60V，專(zhuān)門(mén)設計用于滿(mǎn)足安全完整性等級系統的應用要求。3.具有自我保護和負載安全操作，并提供擴展的診斷信號，以實(shí)現各種應用控制。

　　在用于工廠(chǎng)自動(dòng)化的通信解決方案方面，ST有驅動(dòng)、連接和接口三類(lèi)產(chǎn)品。契合的三類(lèi)產(chǎn)品：1.支持IO-Link的系列產(chǎn)品，可用于工業(yè)傳感器、過(guò)程控制。2. IPS系列，可用于可編程邏輯控制、工業(yè)PC外設I/O、數控機床、適用于各類(lèi)負載的驅動(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，兼容多重標準，具有全套保護功能，支持多項工業(yè)標準。STKNX01可減少功耗，有廣泛的診斷功能，具有緊湊型設計，采用磁隔離。

　　無(wú)線(xiàn)連接/RF方面，有超低功耗藍牙和sub-GHz無(wú)線(xiàn)傳輸，連接測量?jì)x表、傳感器至云端。

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

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

　　傳感

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

　　加速度計和傳感器相互契合，可進(jìn)行震動(dòng)監控、振動(dòng)控制、環(huán)境感應(壓力、濕度和溫度應用)，可用于機械臂、預測性維護、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)勢是：有3D軸–16g滿(mǎn)標范圍，數字輸出，超寬帶寬(最小5k Hz)，超低噪音，工作溫度高達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定性，尺寸小、易于組裝，高性能、高精度。

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

預測性維護的應用案例

　　典型的使用案例是預測性維護，采用了傳感、通信、MCU等產(chǎn)品，ST有評估板STEVAL-IDP005V1作為基準平臺，用于感測機械振動(dòng)、溫度、電磁等工況，以發(fā)現異常，如下圖。

　　下圖是現場(chǎng)演示的電機預測性維護實(shí)例及開(kāi)發(fā)板(紅色圓圈內)。

　　小結

　　ST有面向智能工業(yè)的系列新品，包括運動(dòng)控制與功率、通信和傳感技術(shù)三大類(lèi)。此外，ST具有深入的系統和應用知識，并能為客戶(hù)提供全方位的評估和生態(tài)系統工具，以幫助客戶(hù)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.馬達驅動(dòng)類(lèi)的STSPIN830;2.通訊類(lèi)的IO-Link方案;3.集成了傳感器模組、通信芯片、MCU等的評估板——STEVAL-IDP005V1。

　　圖：基于STM32 MCU的手電鉆開(kāi)發(fā)板

　　圖：Speedy Board 2.0開(kāi)發(fā)板，可用于3D打印機