五个问题助您应对自动化系统设计中的挑战-电子发烧友网

自动化控制系统广泛应用于各类工业领域的工厂自动化场景——从化工厂到工厂生产线。

原始设备制造商(OEM)的设计工程师在设计自动化控制系统时面临着日益复杂的挑战，这些系统必须满足市场所需的功能性、可靠性和安全性。具体的应用场景可能会对安全性、性能或维护等方面提出特定要求，工程师在设计时必须权衡标准化与定制化、可靠性与可扩展解决方案之间的关系。

连接性是自动化控制系统中看似非常简单的一个部分，其本质就是引脚与插座之间的连接。然而，在任何电子系统中，连接点都可能成为系统首先失效的薄弱环节，一个损坏或故障的连接器就可能导致整条生产线瘫痪，因而在自动化控制系统中，连接器的可靠性是一项极为关键的要素。

将常见的挑战纳入考量，有助于工程师应对复杂多变的需求，设计出符合必要规范，并且稳健可靠的系统。

应对系统设计中的挑战，不妨想想这些问题

要应对各类应用中不断变化的标准和规范，需要关注诸多因素。以下五个问题有助于工程师找到正确的方向。

1. 是否在前期就考虑了连接器的设计和规格?

在自动化控制系统设计中，连接器常被视为模块化、可替换的商品：它们随时可以被换掉，而且总是能够符合必要的规格。然而，连接器与连接器并不都是一样的，许多因素都是选型时需要考虑的，包括所需的传输速率、功率承载能力，以及抗振动和耐极端温度等特性。

TE全球应用聚焦增长销售经理Robert Ullstrom表示：“在设计初期就选用适合应用场景的连接器，而非等到流程末期才开始选型，有助于确保各种机械和电气参数都得到满足，让系统能够实现预期功能。此外，尽早与连接器制造商沟通，就意味着能够及时获得专业支持、建议和技术指导。”

2. 这些元器件是否满足我交付产品的需求?

虽然设计要求因应用场景而异，但总体而言，因为要确保安全、可靠地运行特定环境和特定行业的终端解决方案，设计工作正变得越来越复杂，而且会涉及许多复杂要求，包括机械稳定性、电气稳定性和功能性。所以我们要充分了解连接器产品系列的能力，因为很多连接器看起来相似、可以替换，但直到出现问题，它们的区别才会体现出来。例如，选用未针对严苛工业应用设计的消费级连接器，可能导致性能表现无法满足客户的标准或要求。对于许多设备，工程师可能会直接利用先前系统中工作良好的开发板或参考板，并将其适配到新的系统布局中。但对于新型自动化系统，就需要采取更全面的方法，以确保产品更加持久耐用。

3. 这些连接器的耐久性是否足以承受环境影响?

自动化控制系统中的每件硬件，都必须能抵御工厂环境中恶劣的工况。严苛的工况可能包括极端温度、振动、微位移和湿度。工程师通常会设计能够满足多种需求的硬件解决方案，再通过软件变体进行必要调整。根据市场和终端应用严格的安全与可靠性要求来优化硬件选型是非常重要的。电气性能和稳定性固然关键，但机械稳定性同样不容忽视。

4.系统变小的同时是否也变得更脆弱?

在系统设计初期进行整体考量，往往有助于采用尺寸更小的元器件与零部件，让智能功能迁移到边缘端，同时能在更紧凑的空间内规划更强大的计算能力。小型化设计虽然能提升产品的竞争力，但也必需注意小型化带来的风险：它们可能更容易出现断裂、电气噪声干扰或机械不稳定等问题。因此，必需在小型化技术与机械稳定性之间寻求平衡，通过协调优化数据速率、可靠性与小型化，确保满足各种机械稳定性和电气性能要求。产品体积越小，其组装生产过程以及系统内部元器件的设计与构造就越关键。系统的机械公差设计需要避免产生可能长期损害连接的摩擦或负载。

5. 该解决方案的总应用成本是多少?

采用整体化的系统设计方法，有助于实现更具竞争力的总应用成本;而总应用成本除了关注元器件成本外，还需要考虑设计、制造工艺、系统寿命以及持续性维护等环节。选用设计精良、性能可靠的元器件，就可以减少质量问题和退换货，从而降低总应用成本。切忌只关注低价而忽视长期维护成本或质量成本的短视做法，不要仅仅因为价格低廉就选择便宜的元器件。

自动化控制系统的发展趋势

许多趋势正在塑造自动化控制系统的未来发展方向和客户期望。关注这些新兴技术和重点领域，有助于设计工程师紧跟业界趋势，打造更可靠、更灵活的系统。以下是四项值得关注的趋势：

小型化：小型化的需求正影响着众多行业的电子元器件。随着工厂中使用的零部件和机器日益小型化，这些解决方案内部的控制器和元器件也必须相应缩小。然而，在体积减小的同时，对速度和功率的要求却并没有降低，甚至还在提高;诸如抗振动、极端温度等环境要求也没有变化。在小型化进程中，选择合适的工业连接器解决方案，对确保元器件耐久性和可靠性至关重要。随着解决方案体积越来越小，元器件选型失误的影响将被放大。

功率需求攀升：这些元器件和系统的处理能力正持续突破新高度。推动新系统应用的关键因素之一，是能够从现场提取信息，并通过台式机、笔记本电脑或平板设备等渠道无缝传递给决策者。工业连接器必须具备高可靠性和高带宽，才能充分利用功率和功能方面的先进技术，因为连接器就好比一根管道，如果管道破裂，水就无法流动。

人工智能(AI)的影响：这项技术可能对设计周期以及自动化控制系统的设计方式产生重大影响。例如，当制造商提出非常具体的系统要求时，就可以借助AI将其纳入到解决方案中。这些系统日益增强的处理能力(如上所述)使工程师能够借助AI实现重大突破。AI对连接技术的影响主要体现在带宽和速度的提升，以及在恶劣环境中持续增强这些能力。

可持续性与能效：推动可持续性将如何影响客户对元器件的选择?可持续性要求正重塑产品和解决方案的规格以及客户的期望。自动化控制系统在可持续性和能效方面的推进尚处于初期阶段，但未来几年内，客户将对OEM在这些方面的表现提出更高要求。我们必须认真思考这几个问题：我们如何处理废水?

产品是否完全可回收?用不了多久，这些问题就将纳入系统设计的核心环节。

TE全球战略业务发展经理Ivan A Ruiz Stubelj：“根据市场和终端应用严格的安全与可靠性要求来优化硬件选型是非常重要的。电气性能和稳定性固然关键，但机械稳定性同样不容忽视。”

编者语：设计工程师如何提升敏捷性?

面对日益复杂的工业自动化需求，工程师的敏捷性并非仅指响应速度，更体现在设计决策的前瞻性与精准度上。可以从以下四个维度提升：

1. 将关键选型前置

连接器等基础元器件的选型应纳入设计初期，而非流程末端。提前评估传输速率、环境耐候性与机械适配度，可避免后期因参数不匹配导致的反复修改，缩短开发周期。

2. 基于应用场景做权衡

不盲从参数，而是深入理解终端工况。在小型化趋势下，兼顾数据速率与机械稳定性;在严苛环境中，平衡采购成本与长期可靠性。用全局视角替代局部优化，减少隐性风险。

3. 建立综合成本思维

跳出单纯的价格比较，从系统寿命、维护频次与制造工艺等维度评估方案。选用经过工况验证的元器件，往往能通过降低故障率实现更优的总应用成本。

4. 善用外部技术资源