【導讀】由工業4.0所suo帶dai動dong的de工gong業ye自zi動dong化hua改gai革ge，正zheng在zai全quan麵mian性xing地di改gai變bian現xian代dai工gong廠chang的de運yun作zuo方fang式shi
，提ti供gong更geng靈ling活huo的de係xi統tong來lai因yin應ying快kuai速su變bian化hua市shi場chang的de需xu求qiu。本ben文wen將jiang為wei您nin介jie紹shao工gong業ye4.0的最新發展趨勢，以及由ADI所推出的全方位工業4.0解決方案的重點產品介紹。

靈活的係統以快速適應不斷變化的要求

隨著工業4.0的(de)出(chu)現(xian)，消(xiao)費(fei)者(zhe)的(de)行(xing)為(wei)和(he)需(xu)求(qiu)也(ye)發(fa)生(sheng)了(le)變(bian)化(hua)，因(yin)此(ci)，製(zhi)造(zao)商(shang)需(xu)要(yao)更(geng)靈(ling)活(huo)的(de)係(xi)統(tong)來(lai)快(kuai)速(su)輕(qing)鬆(song)地(di)適(shi)應(ying)不(bu)斷(duan)變(bian)化(hua)的(de)要(yao)求(qiu)。為(wei)此(ci)
，製(zhi)造(zao)商(shang)不(bu)能(neng)再(zai)依(yi)賴(lai)為(wei)大(da)眾(zhong)市(shi)場(chang)產(chan)品(pin)設(she)計(ji)的(de)固(gu)定(ding)的(de)大(da)規(gui)模(mo)係(xi)統(tong)和(he)可(ke)預(yu)測(ce)的(de)需(xu)求(qiu)。相(xiang)反(fan)地(di)，他(ta)們(men)需(xu)要(yao)靈(ling)活(huo)的(de)係(xi)統(tong)，此(ci)類(lei)係(xi)統(tong)支(zhi)持(chi)快(kuai)速(su)重(zhong)新(xin)配(pei)置(zhi)，停(ting)機(ji)時(shi)間(jian)和(he)資(zi)本(ben)投(tou)入(ru)也(ye)處(chu)於(yu)非(fei)常(chang)低(di)的(de)水(shui)平(ping)。

工業4.0的實施正在橫掃每一個現代工廠運作，借助邊緣到雲計算、分析、軟件可配置係統等方麵的重大技術進步
，有望極大地提高生產力、靈活性和安全性。工業4.0的(de)核(he)心(xin)是(shi)希(xi)望(wang)通(tong)過(guo)大(da)數(shu)據(ju)獲(huo)利(li)，進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)生(sheng)產(chan)力(li)和(he)效(xiao)率(lv)
，通(tong)過(guo)從(cong)工(gong)廠(chang)設(she)備(bei)中(zhong)可(ke)靠(kao)地(di)獲(huo)取(qu)各(ge)種(zhong)數(shu)據(ju)
，便(bian)可(ke)以(yi)支(zhi)持(chi)狀(zhuang)態(tai)監(jian)控(kong)和(he)預(yu)測(ce)性(xing)維(wei)護(hu)等(deng)先(xian)進(jin)功(gong)能(neng)，改(gai)變(bian)工(gong)業(ye)操(cao)作(zuo)和(he)維(wei)護(hu)工(gong)廠(chang)設(she)備(bei)及(ji)廠(chang)房(fang)的(de)方(fang)式(shi)。

ADI看好工業4.0應用的發展，推出了各種相關的解決方案，包括軟件I/O
、以太網連接、狀態監控（CbM）、可編程邏輯控製器（PLC）和分布式控製係統（DCS）等，都有相當完整的解決方案
，以下將為您介紹相關的技術發展與重點產品的功能特性。

軟件可配置硬件幫助實現工業I/O模塊的靈活性

不管是用於過程控製安裝還是工業自動化係統，I/O模mo塊kuai或huo現xian場chang接jie線xian盒he在zai整zheng個ge產chan品pin生sheng命ming周zhou期qi中zhong都dou麵mian臨lin著zhe各ge種zhong獨du特te的de挑tiao戰zhan。產chan品pin管guan理li層ceng需xu要yao決jue定ding每mei個ge產chan品pin使shi用yong多duo少shao個ge通tong道dao以yi及ji進jin行xing哪na些xie組zu合he。電dian子zi設she計ji人ren員yuan必bi須xu決jue定ding如ru何he對dui項xiang目mu中zhong的de各ge種zhong模mo擬ni或huo數shu字zi信xin號hao實shi現xian出chu色se性xing能neng以yi及ji成cheng本ben高gao效xiao的de係xi統tong。所suo有you不bu同tong的de產chan品pin和he大da量liang接jie線xian圖tu可ke能neng使shi安an裝zhuang技ji術shu人ren員yuan心xin力li交jiao瘁cui。ADI公司的新產品係列軟件可配置輸入／輸出（SWIO）IC便可實現此目標，它可隨時支持引腳上的幾乎任意功能和組合。SWIO組件不僅可支持其通道作為輸入或輸出編程，而且支持作為模擬或數字編程。此外，還可對它們進行高效設置，用於讀取2線或3線RTD或熱電偶。

以ADI的四通道SWIO器件AD74413R為例，該器件旨在滿足流程控製
、工廠自動化或樓宇控製應用，是用於工業輸入和輸出操作的完全集成式整體解決方案。AD74413R包含用於模擬輸出
、模擬輸入
、數字輸入、電阻溫度檢測器（RTD）和熱電偶測量的功能。這些功能通過串行外設接口（SPI）集成在一個單芯片解決方案中。

AD74413R具有一個16位
、∑-Δ ADC和四個13位DAC
，采用支持–40℃至+105℃工作溫度範圍的9 mm × 9 mm、64引腳LFCSP封裝。每個通道均采用通過時鍾高達24 MHz的SPI總線寫入配置寄存器的方式來配置。用戶可通過AD74413R寄存器圖改進每個操作模式的默認配置。

AD74413R可提供多種模式
，這些模式是電壓輸出

、電流輸出、電壓輸入、外部供電的電流輸入
、環路供電的電流輸入、外部RTD測量、數字輸入邏輯和環路供電的數字輸入。AD74413R包含一個高精度2.5 V內部基準電壓源，用於驅動DAC和ADC。

10BASE-T1L網絡是工廠運營模式轉變的重要推動因素

基於100BASE-TX/10BASE-T的現有工業以太網解決方案通過帶PoE的Cat-5或Cat-6e電纜提供高達100 Mb的高數據帶寬和功率

，但覆蓋距離限於100 m
，且不支持危險區域使用場景，因為這些是高功率解決方案。

2019年11月對IEEE 802.3cg標準的認可，標誌著引入工廠操作員在網絡邊緣連接設備截然不同的新方式，使他們不再受到基於傳統4 mA至20 mA和HART®通信接口的基礎設施的限製。802.3cg標準也稱為10BASE-T1L，是一種工業以太網網絡協議。通過該協議，可以打破在工廠執行一線服務的基本操作設備（傳感器
、閥、執行器和控件）與實現新智能工廠智能的企業數據
、比特和字節庫之間的屏障。10BASE-T1L網絡將成為向數據和分析驅動型工廠運營模式轉變的重要推動因素。

ADI公司推出的10BASET1L PHY ― ADIN1100，是一款麵向工業以太網應用的低功耗單端口10BASE-T1L收發器
，可以在超過1000米長的單條雙絞線上實現更低功耗的以太網連接，其功耗僅為39 mW。將單對以太網供電（SPoE）或工程電源解決方案與10BASE-T1L PHY相結合
，可支持通過單條雙絞線電纜提供電源和數據。

ADIN1100符合IEEE 802.3cg以太網標準，支持長程10 Mb/s單對以太網應用。該器件集成了以太網PHY內核，以及所有相關的模擬電路

、輸入和輸出時鍾緩衝、管理接口控製寄存器和子係統寄存器，以及MAC接口和控製邏輯

，以便管理複位和時鍾控製以及引腳配置。

ADIN1100的內核支持標準中定義的1.0 V峰峰值工作模式和2.4 V峰峰值工作模式
，可采用1.8V或3.3V單電源軌供電
，提供低電壓選項，支持1.0 V峰峰值發射電壓電平。ADIN1100采用6 mm × 6 mm 40引腳封裝，並集成電源監控電路和上電複位電路，可提高係統級穩固性。

狀態監控使用傳感器來測量機器或資產的健康狀態

狀態監控（CbM）是涉及使用傳感器來測量與監控當前機器或資產的健康狀態，預測性維護（PdM）需要組合使用CbM、機器學習和分析等多種技術
，以預測未來的資產維護周期或可能發生的故障。關於CbM的發展趨勢
，維護和設備管理人員現在有了新的選擇
，比如無線裝置，以及更低成本的高性能裝置。雖然大部分CbM係統的基礎設施保持不變，但現在我們可以將新的MEMS技術直接集成到以前主要采用壓電式傳感器，或因成本障礙而未進行監控的係統中。

ADI推出的ADXL1002是一款具有模擬輸出的單平麵軸加速度計，這款MEMS傳感器可在具有兩個滿度範圍選項的拓展頻率範圍內提供超低的噪聲密度
，並且提供優化的工業條件監測能力。ADXL1002（±50 g）分別具有25 μg/√Hz的典型噪聲密度，這款加速度計器件具有穩定、可重複的靈敏度，並且可以承受高達10,000 g的外部衝擊。

ADXL1002擁有集成的全靜電自檢（ST）功能和超範圍（OR）指示器，可以提供先進的係統級功能並可用於嵌入式應用。憑借低功耗和3.3 V至5.25 V的單電源供電
，ADXL1002還允許進行無線感測產品設計
，采用5 mm × 5 mm × 1.80 mm LFCSP封裝，可在−40℃至+125℃的溫度範圍內工作。

MEMS傳感器能以更低的成本提供相當不錯的性能，ADXL1002的SNR為83 dB，但與壓電傳感器相比
，其成本低10倍以上。MEMS傳感器現在已可替代除最高性能的壓電傳感器以外的所有傳感器，且成本相當低廉。

工業PLC與DCS要求設備配置具備靈活性

PLC一種具有微處理器的數字電子裝置，用於自動化控製的數字邏輯控製器，可以將控製指令隨時加載內存內進行存儲與執行，DCS則ze是shi工gong廠chang或huo是shi製zhi程cheng中zhong使shi用yong的de電dian腦nao化hua控kong製zhi係xi統tong，一yi般ban其qi中zhong會hui有you幾ji個ge控kong製zhi回hui路lu，自zi主zhu的de控kong製zhi器qi分fen散san在zai係xi統tong中zhong，沒mei有you中zhong央yang操cao作zuo員yuan的de監jian控kong。對dui於yu過guo程cheng控kong製zhi或huo工gong廠chang自zi動dong化hua中zhong的de工gong業yePLC或DCS，最終客戶和應用的要求不同，加上由於工業係統變得越來越分散，因此對容量、可配置性和效率的需求亦越來越高。

ADI推出的AD4114/AD4115是兩款低功耗
、低噪聲24位Σ-∆型模數轉換器（ADC），它集成了一個模擬前端（AFE），支持全差分或單端高阻抗（≥1 MΩ）
、雙極性±10 V電壓輸入。AD4114/AD4115集成了關鍵的模擬和數字信號調變模塊，可針對所用的每個模擬輸入信道配置八種獨立設置。對於完全建立的數據，AD4114的最大信道掃描速率為6.21 kSPS（161 μs），AD4115則為24,845 kSPS（40.25 μs）。

AD4114/AD4115具有嵌入式2.5 V
、低漂移（±5 ppm/℃）帶隙內部基準電壓源（帶輸出基準電壓緩衝器）減少了外部組件數量。AD4114/AD4115的數字濾波器提供靈活的設置
，包括以27.27 SPS輸出數據速率實現50 Hz和60 Hz同時抑製。用戶可以根據應用中每個通道的要求
，選擇不同的濾波器設置。自動通道時序控製器能夠讓ADC在每個使能的通道之間切換。

AD4114/AD4115的精密性能通過集成ADI公司專有的iPassives®技術來實現
，在出廠時已進行校準
，可實現高精度性能。AD4114/AD4115采用單電源供電
，簡化了在電氣隔離中的應用。AD4114/AD4115采用40引腳
、6 mm×6 mm LFCSP封裝，額定工作溫度範圍為−40℃至+105℃。

結語

隨著消費者行為和期望的變化，以及對定製化需求的增加和更快的周轉時間，正迫使製造商改變他們的運營方式，工業4.0正是因應這些改變趨勢的解決方案。ADI針對工業4.0的各項需求，推出了各種相應的解決方案，由於產品線眾多
，本文僅能重點介紹幾樣產品，還請上ADI官網以了解更多的相關產品信息。

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