用于工业物联网的更小集成IC

可视化当今的工厂网络，人们可以想象一个金字塔，其中包含一系列收集信息和运行生产机器的边缘设备。越来越多地分布在工厂中的控制层位于该边缘层之上。

金字塔的最顶端是管理层——这是智能算法优化机器吞吐量、预测潜在故障并启用自适应制造流程的地方。这个过程可以发生在私有云或公共云中；但是，我们可能会发现，至少目前，许多工厂和工厂更愿意将数据存储在内部服务器上的概念。

正在实施 IIoT 技术的行业正在经历两个与硬件相关的关键因素。一是智能互联传感器数量的增加，这些传感器正在收集为大数据分析提供支持的关键数据。其次，嵌入在边缘设备中的智能正在稳步迁移。

这个例子说明了许多工厂内部发生的事情：

更智能的传感器正在向云传输更丰富的数据集

振动数据的第一级分析正在机器级进行

在将数据发送到控制器之前收集并关联多个温度点

执行器具有改变机器性能和特性的智能

这种新的网络结构在工厂网络的“边缘”带来了更多的能力和智能。这些新的边缘设备架构集要求组件具有高性能，这些组件必须足够小以适应现有的工厂设备，并且足够坚固以承受制造过程中的恶劣环境。这种不断变化的边缘架构会影响各种系统的设计。

扩展智能传感器

的使用 在物联网实施中，大量传感器收集数据，对其进行预处理，并将其发送到 IO 集线器和/或分布式控制器。多年来，这些传感器的功能不断增加，而尺寸却在缩小。

例如，让我们看一下无处不在的安全光幕——光电设备，用于保护在可能造成伤害的移动机械附近工作的人员，例如压力机、卷绕机和码垛机。安全光幕可用作机械屏障和其他形式的传统机器防护的替代品。通过减少对物理防护装置和屏障的需求，安全光幕可以提高它们所保护设备的可维护性。在 1960 年代，这些系统相当大。今天的光幕更小，功能更多。凭借他们的智能，他们可以准确地检测出哪些光束被破坏。随着这些设备越来越小，

不同的半导体技术支持更智能的连接传感器架构。如图 3 所示，传感器越来越多地由微处理器驱动。此外，它们还包含复杂的串行收发器，并且需要复杂的电源子系统。

图 1. 智能互联传感器需要复杂的构建块。

小型工业控制器做得更多

PLC 处理工厂和制造工厂收集的所有数据变得越来越小，通道密度也在增加。IO 通道的数量从单个数字输入模块中的 8 个变为 32 个并不罕见。至于缩小的外形尺寸，我们现在看到微型 PLC、紧凑型 PLC、纳米 PLC 等的兴起。控制器越来越多地分布在工厂车间，它们必须足够小才能安装在子装配线上，或者在某些情况下，甚至可以安装在复杂的机器上。这些小尺寸和更多通道数得益于更小、更集成和更可靠的组件。

让我们讨论一个例子，展示先进的半导体技术如何帮助实现更小的 PLC 架构。一个典型的系统具有许多电源子系统，并且由于现代微处理器/DSP 需要多个良好调节的电源轨，电源子系统的数量和复杂性正在上升。图 4 说明了渐进式集成如何减小电源子系统的尺寸。

早期的电源子系统是分立的，在控制器芯片之外有许多组件。集成 FET 和补偿元件使电源解决方案的尺寸减半。甚至集成了磁性元件的电源模块的出现使电源解决方案的尺寸再次减半。如今，最新一代的电源模块采用创新的封装技术，可以更显着地减小负载电流子集的尺寸。

图 2. 随着时间的推移，工业系统中电源解决方案的尺寸大幅缩小。

IIoT 架构的未来是什么样子

下一代 IIoT 解决方案旨在提高生产力、提供自适应制造并提供机器级健康和状态信息，以做出关键任务的实时决策。进一步解锁工业融合的另一个要素需要提高可收集并上传到云的实时数据的可用性、质量和数量。您可以想象，启用这些功能需要更小的空间和更高的效率。Maxim的新Go-IO IIoT参考设计提供 17 个软件可配置 IO，包括隔离式数字输入、数字输出、IO-Link 主站和带集成电源的隔离式 RS-485，占地面积不到 1 立方英寸。Go-IO 参考设计专为可配置工业控制系统的快速原型设计和开发而设计，是实现自适应制造所需的基础技术的一个示例。

作者：Suhel Dhanani，Jeff DeAngelis

审核编辑：郭婷