【導讀】近兩個世紀前，工業革命開啟了前所未有的發展時期，其基本原則對于當今的工業技術仍然適用：系統和產品采用尖端設計，在惡劣環境中經過測試，使用壽命可長達數年。長使用壽命已深入工業技術的 DNA 中，1821 年如此，2021年也如此。
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而消費類技術則利用最新最好的技術。消費者每天都在要求最快、最小和最便宜的產品。例如，電源管理領域的重要發展是由消費者需求推動的。設計人員和開發人員愿意在新技術上冒險，以將最小、最快和能效最高的產品推向市場，即使這些產品無法做到經久耐用。事實上，情況就是這樣：技術迭代和每隔一兩年發布一次新品的需求，已經融入了消費類技術的發展和文化。
工業系統的要求沒有改變，市場也沒有將其與消費類技術一樣對待的期望或需要。但隨著工業物聯網（IIoT）的發展，越來越多的工業客戶希望將消費市場相關的技術添加到其工業產品中。例如，廣受歡迎的附加功能，如無線連接、觸摸屏和智能聯網傳感器等。用戶希望將這些技術集成到他們的系統中，同時仍然提供和傳統工業系統一樣的可靠性和使用壽命標準。
將消費類技術實踐到工業領域的挑戰
將消費類技術應用到工業產品并不總是那么簡單。工業解決方案的要求很高，系統通常需要24小時不間斷運行。工業系統設計工程師和我們所有人一樣，每天都在個人生活中接觸最新的消費類技術。因此，很自然地期望將這些技術延續到他們的工作生活中。例如用觸控顯示器取代舊式顯示器和鍵盤系統，利用最新和最好的通信協議，以便將數據即時傳輸回中央樞紐以進行全工廠范圍的監控，并且能夠利用工廠車間無延遲傳輸的數據，以了解特定機器的性能隨著時間的變化。在某些情況下，還可以擁有便攜式系統，從而利用最新的電源管理系統，這樣就不必擔心機器在使用時會斷電。雖然添加這些功能都很不錯，但工業系統設計人員必須平衡這些消費類需求與工業系統已有的要求：耐用性、可靠性、以及可能長時間暴露在極端溫度和惡劣環境中。
雖然用于工業和消費類市場的電子元件本身非常可靠，但它們所處的系統可能會給元件帶來額外的壓力。對工業產品來說，可能會受到高溫、振動或電磁干擾（EMI）的影響。因此，在決定將消費類技術添加到工業產品時需要深思熟慮，確保靈活性，同時注意不要影響最終產品的質量。
將觸摸屏、電源管理系統、藍牙和 Wi-Fi 等額外功能添加到已經很龐大的物料清單中，給這些產品的成本結構帶來了額外壓力。工業OEM正在尋找標準產品的替代選擇，以滿足他們對成本和功能預算的要求。通過只包含所需的功能，并將多個功能整合到單顆芯片上，定制集成電路可以降低成本，同時需要的占位面積和功率比現成的設備更少。
智能的解決方案
最初提出工業物聯網概念時，設想的是收集到的所有數據都可以傳輸到云端，存儲在那里，并在不斷發展的智慧工廠需要時進行檢索。人們已經習慣于在智能手機上即時訪問多年前的圖片或消息，因為它們已存儲在云中并可以立即下載。但是，當你搜索照片，而你的云連接因你的位置受到影響時，這會使檢索變得困難且麻煩。
工業 4.0 的成功依賴于數據，而要支持這一點需要大量傳感器，這些傳感器旨在測量工廠設備資產的各種狀況。目的是立即感知、測量和處理來自這些傳感器的所有數據，并根據這些數據做出明智的決策。與消費者需求一樣，要求是能夠完全訪問在任何特定時間收集的所有數據。然而，在工業環境中，如果可能發生云通信失敗，那帶來的后果可能要比單純的麻煩嚴重得多。
工業市場正在從消費市場所面臨的挑戰中學習，將數據處理帶到傳感器邊緣。這樣一來可以立即測量和分析數據并做出本地決策。哪些數據需要存儲，可以存儲在本地，也可以傳輸到云端以備將來檢索，其余的丟棄。這意味著雖然每秒都測得大量數據，但僅存儲與工廠運行相關的數據。
從傳感器邊緣測量數據也帶來一定挑戰。這些傳感器并不總是位于最容易接近的位置。在某些情況下，傳感器使用有限的電源運行，因此在數據處理中采用最新的高效電源管理系統非常重要。將所需數據傳送到中央樞紐或云端可能需要多種不同類型的通信協議。像Wi-Fi或藍牙等消費市場熟悉的協議或許足夠了，但通常需要更強大的工業協議，如HART或Foundation Fieldbus。隨著傳感器變得越來越智能，數據變得越來越復雜，IO-Link和10Base-T1L/S等現代協議正在取代這些傳統協議。
IO-Link是用于與執行器和傳感器進行通信的首個實現全球標準化的IO技術。這使其成為工業物聯網的理想選擇。它通過標準的非屏蔽3線IO電纜連接，并提供電源和最長20米的雙向通信。雙向屬性允許將參數設置存儲在主機自動化系統中，并在更換傳感器時自動下載。它還支持傳感器級別的診斷信息；只需最少的硬件和軟件工作即可獲得額外的傳感器信息。通信速度快，高達230.4 kBaud，并且可以通過標準化或制造商特定的映射連接到幾乎任何現場總線。
同時，10Base-T1（也稱為雙絞線以太網）是一項新興的網絡技術，目前正在被國際電工委員會（IEC）標準化。10Base-T1S支持最長15米的多點拓撲，而 10Base-T1L使用最長1000米的點對點拓撲。它們都可以是最高10Mbit/s的全雙工或半雙工，同時也可以提供電力傳輸。鑒于此標準可用的大帶寬，以及它可與現有以太網基礎設施無縫連接，收集豐富數據的可能性以及由此帶來的生產力和效率收益是巨大的。這兩種協議都提供快速、雙向、穩健的通信，并且可以更輕松地連接到測量和控制系統。
既滿足工業產品標準又融合消費類技術的解決方案的一個很好例子是Dialog半導體公司的SmartEdge™平臺。這種實時控制系統 IC 將模擬前端（AFE）和傳感器數據處理校準、控制、數據通信、用于數據保護的嵌入式安全功能等全部集成到定制的單顆硅芯片ASIC中。如果你的傳感器在有限的電源上運行，還可集成高效的電源管理。
您可能需要專家的幫助和建議，最好與合作伙伴合作創建滿足您具體需求的定制 IC，而不是嘗試將標準部件硬塞進您的系統中。了解并非所有消費類技術都適用于工業應用也很重要，因此選擇合適的合作伙伴，以滿足您的工業系統對混合信號、處理器、內存和通信的要求，同時這個合作伙伴還要熟悉消費類技術以及哪些技術適合工業市場，這一點很重要。
Dialog為一級消費類公司設計此類ASIC解決方案已有30多年的積累。定制ASIC已經深入我們的DNA。通過我們最近的收購獲得的與工業客戶的深厚關系，Dialog能將工業和消費領域的技術優勢結合在一起，通過定制芯片解決方案滿足工業市場不斷變化的需求。
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