利用高度集成的處理器，在工廠自動化的過程中加快以太網的應用
2024-02-21 11:16:00 德州儀器
對于工廠自動化和流程自動化來說，基于以太網的工業通信不再是一個遙不可及、難以實現的愿景。
但由于成本、復雜性和可擴展性的挑戰，串行接口仍是有線通信的標準，鑒于 IO-Link 和 RS-485 的成本效益和可靠性，這也是可以理解的。設計和軟件工程師們也熟悉這些標準。
然而，新的嵌入式處理器技術過集成對 MAC、以及 EtherCat 和 Profinet 等各種工業以太網協議的支持，幫助加快向以太網的轉變。我們的處理器團隊采訪了多位德州儀器專家，了解他們針對工業通信設計挑戰的深入見解，以及嵌入式處理器在以太網普及過程中發揮的作用。
用于工業通信的以太網的主要優勢
要滿足現代制造流程對提升效率和靈活性的需求，就需要通信協議能夠處理互聯式系統快速增加的帶寬。隨著更多的傳感器以及邊緣人工智能 (AI) 等更高級別的處理功能的使用，這些環境中的系統需要可靠、快速地傳輸越來越多的數據。
這是以太網非常有優勢的領域，它提供了一種低延遲傳輸數據的機制，尤其適用于時間敏感型網絡連接和 EtherCAT、Profinet 等協議。
“我們正處于邁向工業 4.0 的轉型之旅中，越來越多的工廠采用以太網來滿足現代系統的高帶寬需求，并更多地利用數據驅動型決策能力。”德州儀器工廠自動化和控制總經理 Alex Weiler 表示，“以太網增強了工廠和流程自動化的實時能力，使下一代制造業能夠更多地結合機器學習、預測性分析和自主機器人功能。”
嵌入式處理器如何支持向以太網的過渡
在工業通信設計中，嵌入式處理器可確保系統之間的可靠通信。在基于以太網的網絡中，它們仍將扮演同樣的角色，但也有潛力發揮更大的作用 – 尤其是在預測性維護和系統監控方面。
德州儀器處理器部門的副總裁 Roland Sperlich 表示：“在向基于以太網的通信過渡的過程中，嵌入式處理器（從微控制器到微處理器）發揮著關鍵作用，有助于管理互聯系統之間日益增加的數據量，并確保跨網絡協議的互操作性。類似德州儀器 AM2432 微控制器 這樣的器件可提供更強的處理能力和集成組件，以及易于使用的開源軟件，有助于提升工業系統中實時控制和通信發揮的潛力。”
雖然嵌入式處理器在工業通信設計中的作用從未改變，但將現代器件與適當的軟件配合使用，可以優化基于以太網的設計。
“隨著如今的嵌入式處理器計算性能不斷提高，工程師可以通過復雜的軟件，針對基于以太網的協議加強實時控制。”Weiler 表示。
德州儀器的半導體器件產品系列涵蓋了各種產品，從具有成本效益的微控制器，到基于 Arm? Cortex?-A72x 的高性能片上系統，無所不包。這些器件將傳統的實時控制和檢測功能與通信、存儲、安全和數據處理功能相結合，而在以前，只有更高級的系統才具有這些功能。這些器件還支持多種現場總線協議和工業以太網協議，速度最高可達 1Gbps，可幫助設計人員更好地管理向以太網的過渡。
在流程和工廠自動化的過程中，向以太網過渡的后續行動
工廠內外，以太網連接設備組成的生態系統日益擴大，這些設備之間的連接性得到增強，可繼續提升效率并優化整個供應鏈。能夠支持日益增加的傳感器捕獲的更多數據，并增強處理能力，也意味著能夠在制造過程中實現更高的靈活性，還能通過邊緣 AI 功能在網絡邊緣支持更多的智能和決策。
德州儀器高級技術人員 Pekka Varis 表示：“在工廠中廣泛采用以太網的旅程始于更高帶寬、實時通信，現在正將包括 AI 處理。隨著半導體技術的進步，更多數據能夠在互聯應用之間傳輸，可在傳感器主動收集數據的網絡邊緣做出更多決策，這將降低延遲，并最終實現更高效、更安全的運行。”
