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工业控制自动化、无绳化,市场需求将爆发!

2021-06-24 15:17
大比特资讯
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  【哔哥哔特导读】工业控制在整个制造业当中占据着重要位置,其中电动工具和电机领域已在国内市场凸显出独特的优势与发展趋势。目前国内半导体企业的工业控制领域如何?本期专题带你解读。

  前言

  工业控制在发展过程中已有悠久历史,对社会工业化进程具有极大的促进作用。随着市场环境和技术的更迭,工业控制的应用领域适时深入和扩大,不断地推动整个社会的有序发展。就国内而言,半导体企业布局工业控制应用的市场涵盖多种领域,顺应技术要求和市场需求的变化,纵深推进,其中电机领域已是深耕已久,产品辈出,而国内电动工具领域也紧跟崛起。整体来看,工业控制应用领域未来将会迎来更多发展机遇和市场容量。

  积极布局工业控制市场

  如今,不少国内半导体企业已聚焦工业控制领域,深耕发展,研发出自身独特的优势产品,进一步兴起和推动着国内市场。

  工业控制是珠海极海半导体有限公司(简称:极海半导体)重点布局的市场之一。据极海半导体市场总监刘涛介绍,其产品应用涵盖电机控制、伺服控制、储能及碳中和、智慧出行、5G基站等领域。其中极海半导体32bit ARM Cortex内核系列MCU凭借-40~105℃工业增强级的温度适应性及高达8KV的ESD抗干扰能力,在工业市场得到国内工控领域龙头企业的青睐。随着发展的进一步深入,极海半导体还将全面布局工业控制领域中的工业物联网,网络通信加密,电机和私服控制领域。

  国民技术股份有限公司工业互联型MCU系列产品作为工业智能化核心控制器件,覆盖了数字电源、工业电器、工业机器人、工业物联、工业打印机商显、智能楼宇、智能交通等广泛应用领域。

  在电机驱动与控制领域,国民技术掌握电机行业应用及关键技术,电机MCU芯片融合了自研电机参数自识别算法等多种具有竞争力的先进成熟的电机控制算法库,实现从零速到超高速范围的全闭环控制,支持完全独立的单电机、双电机、四电机的协同控制。

  此外,深圳中电港技术股份有限公司(简称:中电港)一直深耕工业控制领域,结合中电港瑞萨产品线在工业控制的优势,中电港萤火工场在去年底向市场推出瑞萨RZ/T + Lattice 双芯片架构的伺服方案。这套方案特点是瑞萨RZ/T 600Mhz主频为主控,FPGA单独计算控制电流环,实现高精度,高性能,以最优成本实现单/多轴伺服,同时,内置EtherCAT芯片,可以以单颗芯片快速响应工业以太网。产品推出后,该方案在工业伺服领域,迅速在行业内形成行业标杆。

  

工业控制智能、效率化,市场需求或迎新爆发


  高性能EtherCAT 伺服解决方案系统框图

  中电港资深产品经理刘巧峰告诉记者,继高端伺服方案推出后,中电港在电机领域在今年中又推出了可覆盖全系列的通用变频器及低成本伺服器的方案,这套方案基于瑞萨RX66T平台,最大特点是高性价比,覆盖产品广,给工业电机领域减少备料成本,尤其在今年电子料紧缺的行业背景,迅速引起客户的兴趣,下一步,中电港会继续细分电机领域,会带来基于Arm 核MCU的更爱开放平台的电机方案。

  电动工具应用智能化、无绳化

  20世纪90年代以来,国内电动工具行业已形成一批规模较大的企业,技术工艺获得巨大进步,产品质量和性能不断提升。如今,中国已成为全球最大的电动工具制造基地。随着电池、电机、电驱动技术及供应链的国产化,电动工具的售价大幅度降低,中国制造的电动工具在全球市场竞争力越来越强。

  另外随着国内经济的快速发展,国内对电动工具的需求越来越高,尤其是智能化、无绳化市场,广泛应用于智慧农业、园林工具、工业制造等领域。刘涛对此表示,极海半导体MCU已经在电动工具领域得到广泛应用,未来将会在此领域深耕,给客户提供更好的解决方案。

  同时,智能化时代的快速到来,人们对电动工具提出了智能化和随需随用的新需求。在政策导向、锂电池成本下降、锂电池大倍率放电下循环问题得以逐步解决的市场背景下,电动工具“无绳化、锂电化”的产业趋势已经形成,无绳化电动工具逐渐成为发展主流。

  国民技术表示,目前主流电动工具厂商已推出适用于家庭DIY、金属加工、装配、磨砂等专业级应用场景的多种产品,并且越来越多的生产商投入到大功率、高强度、精细作业设备的技术研发工作中,电动工具应用范围逐漸扩大至如航天航空、軌道交通等领域,其市场容量将进一步扩大。

  斯达半导体技术副总戴志展对电动工具的使用性能做出了具体分析。他认为,在作业上,电动工具极具移动性,如果长时间使用电动工具,需要不断地输入电,而如果用电池去做储能,设备会更重,实现无绳化意义不大。而电动工具无绳化的市场应该是间歇性的,并且设备基本上比较轻。而部分家庭DIY将会朝着无绳化方向发展,部分智能化市场也将进一步引导。电动工具如果实现无绳化,首先整体效率要高,其次要有市场需求驱动。

  电机能效新国标6月实施,促进节能减排

  自2021年6月1日起,于2020年5月发布的中国最新版强制性国家标准GB 18613—2020《电动机能效限定值及能效等级》将正式实施。新国标明确规定,自标准实施之日起,IE3能效将成为中国最低的三相异步电动机能效限定值(三级能效),低于IE3能效限定值的三相异步电动机(如YE2系列电机等)不允许再生产销售。

  

工业控制智能、效率化,市场需求或迎新爆发


  刘涛认为,新国标直接对标国际标准,有利于国内电机能效水平提升,逐渐达到国际先进水平,对我国碳中和节能减排有着重要意义。同时对电机驱动市场有较强的政策驱动,尤其是具备FOC电机控制算法能力的MCU,极海半导体将携合作伙伴提供全方位解决方案。

  节能减排是永恒的主题,电机能效新国标提高了对电机能效的级别要求,原有低能效产品将逐步退出市场。这将有利于推动高效节能工业控制设备的研发和推广应用,从而带动电机芯片等核心器件的应用。国民技术认为,对于芯片等硬件厂商来说,通过综合采用亚阈值低功耗MCU技术、高集成芯片技术、低功耗蓝牙技术、金融级安全技术等核心关键技术创新,可大大提升MCU、BLE蓝牙芯片、金融级安全芯片等工业领域系列芯片产品的处理能力并降低能耗;同时通过打造基于单芯片的工业控制解决方案,可全面降低客户综合BOM成本。

  戴志展表示,从节能减排的角度看,提高电机能效本该生产电器厂商考虑提升的。但是如果不透过材料或者设计理念的变更,得到真正的项目提升,基本上只能往更便宜的做法走,但效能确实很差,不利于整个市场的节能减排,促进环保。

  “提升电机的性能,要在材料或结构设计上达到较好的效益点,但制造达到精准控制的同时,也要付出成本,并且得到市场的认可。”戴志展说道。

  工业控制智能化中的机遇与挑战

  随着人力资源成本提升,工业控制智能化将是大势所趋。未来五年国内工业控制智能化的发展将继续加速,给工业控制智能化的产业链带来积极影响,包括芯片、方案、模块、解决方案等。刘涛认为,工业控制领域对软硬件要求较高,国内整体水平相比欧美还有较大差距,需要产业链上下游通力协作,共同提升,极海半导体也保持开放心态,与上下游合作伙伴积极展开合作。

  受工控芯片计算资源和安全能力的局限,工业控制设备往往缺乏足够的信息安全保护,攻击者通过联网设备很容易对工业系统进行攻击和控制,并且随着工业设备的智能化程度增加,实现的代码量增加,潜在的代码漏洞问题也越来越多,成为工业设备最易受到攻击和被利用的短板,因此工业控制智能化在安全方面面临巨大的挑战。工业控制通常要求实时、高效、安全、可靠等,对作为智能化控制器核心器件的MCU等芯片产品提出了更高的要求,尤其是在信息安全防护上,需要采取数据加密技术、数字签名技术等密码安全机制来强化保护工业控制设备安全和数据安全等。

  工业控制的智能化和安全需求,对芯片厂商是挑战同时也是机遇。国民技术通用安全MCU采用了先进的40nm工艺,在设计上采用低功耗电源管理、CPU加速、密码硬件加速等系列先进技术,硬件加速极大提升算法性能,硬件加速后的算法性能是软件算法的数十倍甚至百倍,而且在提高安全能力的同时,不会影响到本身处理性能。据介绍,产品具有高性能、高集成度、高可靠性、低能耗、安全等特色,可应用于多种工业与物联网终端应用场景,包括工业控制、电机控制、智能表计、电池及能源管理、通信、机器人、汽车电子等广泛领域。

  工业控制自动化、效率化,市场需求迎来爆发

  随着AIoT技术被应用于工业控制领域,工业控制系统与管理系统的结合成为必然,这使得工业管控一体化、工业企业信息化以及基于网络的工业自动化目标成为可能。管控一体化可以使企业选择到真正符合新经济时代的最佳解决方案,从而提高企业的生产效率,增强市场竞争能力。

  

工业控制智能、效率化,市场需求或迎新爆发


  市场人士预计,2021年中国工业控制市场规模有望达到2600亿元。未来工业控制或工业物联网领域的智能连接数将大为增加,设备类型日趋多样化。接入工业物联网的智能设备数量和类型越来越多,产生的海量原始数据适合在数据源头进行处理,而不需要将其传输到云端处理,这就更加需要实时和智能化的边缘层处理能力。范琴表示,高性能、高安全、易于管理的边缘计算设备需求将爆发,并带动MCU、无线射频、安全等相关芯片的销售增长。

  戴志展说:“工业控制自动化、智能化、效率化是必然的趋势,已经毫无悬念。我觉得它的方向还是由市场的领先者左右。智能化产品可以更贴近结果,但是里面更多的东西并不是硬件,而是算法,存储。但是让它走得快的,是市场行为。”

  结语

  电动工具和电机作为工业控制领域中的重要应用,随着行业技术和市场的发展,也将进一步迈向更智能化、便捷化、效率化的进程。另有机构预测,工业控制领域市场容量在2024年将达到3520亿美金,这无疑给国内企业带来了巨大的市场机会,为其产品研发也创造了一定的市场空间。然而,在步入更多应用领域时,企业仍需寻找到对应的市场需求,提高产品性能,深入推进市场应用,为智能化、效率化的发展创造更为实在的价值。

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