因應工業自動化風潮,工業設備除須朝向智能化發展外,馬達控制網絡的建置也至關重要,因而吹起工業馬達聯網風潮。相較于微控制器(MCU)或數位訊號處理器(DSP)方案,具備平行運算優勢且能擴充多種通訊界面的現場可編程閘陣列(FPGA)系統單芯片(SoC),將在此波設計潮流中占盡優勢。
賽靈思(Xilinx)亞太區Zynq業務開發經理羅霖表示,白色家電通常只需要MCU做為馬達控制核心,不過高階工業馬達的控制系統中樞則多採分離式設計,方能應付復雜的運作機制;如由DSP負責演算法、MCU負責人機界面控制、FPGA則專責高速輸入/輸出(I/O)通訊界面。
羅霖進一步指出,「制造業智能化」、「生產線定制化」讓愈來愈多的工廠設備講求聯網與設備互聯,這也讓工程人員傾向採用「分散式」網絡來設計工業馬達控制系統;亦即工業馬達彼此之間也須具備互聯通訊功能,如此一來,馬達的溫度、濕度、電流、電壓等監測數據與故障診斷等參數,皆可透過云端中心回報給工程人員,進一步實現完整的工業自動化愿景。
工業馬達的聯網需求,也讓傳統工業馬達內採分離式設計的控制中樞不敷使用,必須透過更高效能且具備平行運算功能的FPGASoC方能進一步實現。
羅霖補充,工業馬達對于高效率、高成本的永磁同步馬達(PMSM)接受度較高,因此除了聯網、通訊控制外,高效能的變頻控制設計亦是FPGASoC須關注的焦點。有鑑于此,賽靈思亦推出以Zynq-7000FPGASoC為核心的Zynq-7000APSoCIntelligentDrivesPlatform,該平臺除了提供功率半導體元件的支援外,亦聚焦于磁場定向控制(FOC)演算法、工業乙太網通訊協議的布局。
此外,模型化基礎設計(Model-basedDesign)概念以往在歐洲地區較為流行,不過隨著馬達控制議題熱燒,亞洲地區的馬達控制開發商亦開始接受這種新型態的設計概念。因此包括亞德諾(ADI)、賽靈思等半導體元件商都開始以系統建模工具如MathWorks的工具為基礎,推出以自家方案為核心的馬達開發工具。羅霖指出,MathWorks已于今年3月特別針對Zynq-7000FPGASoC推出新的設計方法,可讓工業馬達開發時程從幾個月縮短至幾個星期。