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兼顧邊緣決策與電路效率 意法半導體重構次世代工控與馬達驅動架構

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意法半導體資深應用技術總監 Allan Lagasca
意法半導體資深應用技術總監 Allan Lagasca

智慧製造快速演進,工業現場的自動控制體系正面臨前所未有的轉型壓力。過去工廠著重於單點工序的自動化(Automation),如今正加速朝向具備環境理解、動態決策與自適應調控的自主製造(Autonomy)邁進。意法半導體(ST)資深應用技術總監 Allan Lagasca 指出,未來的自動控制不再只是依賴固定的程式邏輯反覆執行動作,而是必須在終端控制系統中深度融合邊緣人工智慧(Edge AI)、低延遲感知與全鏈路安全防護,實現真正的系統級協同控制。

Allan Lagasca 強調,面對多變的工業控制場景,半導體供應商若僅向工程師推銷單一微控制器(MCU)或零組件,已無法滿足現代複雜控制系統的整合需求。客戶真正面臨的挑戰,是各功能區塊之間能否精準、即時地協調運作。

為此,意法半導體在自動控制的推廣策略上,全面轉向從產品走向系統(Product-to-System)。Lagasca 說明,ST 將龐大複雜的控制設備拆解為多個清晰的功能模組(Function Blocks)——包含環境感知、信號感測、即時處理、動力馬達驅動、電源調配與通訊傳輸。藉由系統級的架構整合,工程師能直觀地評估底層晶片如何滿足每個控制區塊的即時性與運算負載,縮短工業設備從研發設計到產線驗證的週期。

在傳統的工業控制回路中,設備僅能在預設的邊界條件下進行反饋控制,一旦遇到非預期的物理變化便容易停擺。Lagasca 指出,未來的自動控制系統必須在邊緣端具備「理解現實世界」的智慧。

他以邊緣視覺控制為例,工廠以往需要架設龐大的運算平台或依賴外部 GPU 來解析影像,但 ST 展示了透過微控制器直接在終端運行邊緣 AI 演算法。相機模組捕捉到的影像資訊,在控制節點本地端即可被即時理解並直接轉譯為機器控制語言,進而精準驅動致動器做出細膩的動作調整。

不僅如此,邊緣智慧更能解決複雜的動力與任務排程衝突。Lagasca 舉出一個極具代表性的工廠情境:當控制系統偵測到電池電量驟降至臨界值,同時機械負載正處於繁重搬運狀態時,傳統系統可能因缺乏綜合判斷而引發斷電跌落等事故;而導入邊緣 AI 的智慧控制核心,則能根據當下的安全裕度、路徑距離與負載重量即時權衡,決定是該先行就地安全卸載,或是緊急調配功率堅持完成任務再回充。這種在微秒級時間內整合感測、動力管理與邏輯判斷的能力,正是次世代自動控制系統的核心演進方向。

當自動化設備具備自主調整的能力,並逐漸進入與現場作業員緊密重疊的作業空間時,控制系統的安全門檻也隨之提升。Lagasca 嚴肅指出,工廠自動化控制走向自主協作的前提,是系統必須通過極為嚴苛的法規檢驗。

他表示,自動控制系統的安全性不能只停留在個別零組件的保護,而必須從系統工程(System Engineering)的角度出發,建立涵蓋感測器感知、低延遲信號處理、通訊鏈路到動力輸出的全鏈路「功能安全(Functional Safety)」標準。ST 的系統架構確保在面臨任何突發機械干擾、通訊中斷或供電異常時,整體控制回路都能在符合國際安全標準的框架下安全響應,防止任何非預期的動作偏差。

Lagasca認為,工業自動控制的下一個里程碑,是讓設備在複雜多變的製造現場中具備自主感知與精準執行的韌性。意法半導體正透過深度整合邊緣智慧、模組化系統架構與嚴密的功能安全機制,協助產業工程師打破傳統控制瓶頸,推動自動控制全面躍升為高度自主的智慧生產引擎。

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