工業(yè)控制在整個制造業(yè)當(dāng)中占據(jù)著重要位置，其中電動工具和電機(jī)領(lǐng)域已在國內(nèi)市場凸顯出獨(dú)特的優(yōu)勢與發(fā)展趨勢。目前國內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)的工業(yè)控制領(lǐng)域如何?本期專題帶你解讀。

　　前言

　　工業(yè)控制在發(fā)展過程中已有悠久歷史，對社會工業(yè)化進(jìn)程具有極大的促進(jìn)作用。隨著市場環(huán)境和技術(shù)的更迭，工業(yè)控制的應(yīng)用領(lǐng)域適時深入和擴(kuò)大，不斷地推動整個社會的有序發(fā)展。就國內(nèi)而言，半導(dǎo)體企業(yè)布局工業(yè)控制應(yīng)用的市場涵蓋多種領(lǐng)域，順應(yīng)技術(shù)要求和市場需求的變化，縱深推進(jìn)，其中電機(jī)領(lǐng)域已是深耕已久，產(chǎn)品輩出，而國內(nèi)電動工具領(lǐng)域也緊跟崛起。整體來看，工業(yè)控制應(yīng)用領(lǐng)域未來將會迎來更多發(fā)展機(jī)遇和市場容量。

　　積極布局工業(yè)控制市場

　　如今，不少國內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)已聚焦工業(yè)控制領(lǐng)域，深耕發(fā)展，研發(fā)出自身獨(dú)特的優(yōu)勢產(chǎn)品，進(jìn)一步興起和推動著國內(nèi)市場。

　　工業(yè)控制是珠海極海半導(dǎo)體有限公司(簡稱：極海半導(dǎo)體)重點(diǎn)布局的市場之一。據(jù)極海半導(dǎo)體市場總監(jiān)劉濤介紹，其產(chǎn)品應(yīng)用涵蓋電機(jī)控制、伺服控制、儲能及碳中和、智慧出行、5G基站等領(lǐng)域。其中極海半導(dǎo)體32bit ARM Cortex內(nèi)核系列MCU憑借-40~105℃工業(yè)增強(qiáng)級的溫度適應(yīng)性及高達(dá)8KV的ESD抗干擾能力，在工業(yè)市場得到國內(nèi)工控領(lǐng)域龍頭企業(yè)的青睞。隨著發(fā)展的進(jìn)一步深入，極海半導(dǎo)體還將全面布局工業(yè)控制領(lǐng)域中的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)通信加密，電機(jī)和私服控制領(lǐng)域。

　　國民技術(shù)股份有限公司工業(yè)互聯(lián)型MCU系列產(chǎn)品作為工業(yè)智能化核心控制器件，覆蓋了數(shù)字電源、工業(yè)電器、工業(yè)機(jī)器人、工業(yè)物聯(lián)、工業(yè)打印機(jī)商顯、智能樓宇、智能交通等廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。

　　在電機(jī)驅(qū)動與控制領(lǐng)域，國民技術(shù)掌握電機(jī)行業(yè)應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)，電機(jī)MCU芯片融合了自研電機(jī)參數(shù)自識別算法等多種具有競爭力的先進(jìn)成熟的電機(jī)控制算法庫，實(shí)現(xiàn)從零速到超高速范圍的全閉環(huán)控制，支持完全獨(dú)立的單電機(jī)、雙電機(jī)、四電機(jī)的協(xié)同控制。

　　此外，深圳中電港技術(shù)股份有限公司(簡稱：中電港)一直深耕工業(yè)控制領(lǐng)域，結(jié)合中電港瑞薩產(chǎn)品線在工業(yè)控制的優(yōu)勢，中電港螢火工場在去年底向市場推出瑞薩RZ/T + Lattice 雙芯片架構(gòu)的伺服方案。這套方案特點(diǎn)是瑞薩RZ/T 600Mhz主頻為主控，F(xiàn)PGA單獨(dú)計算控制電流環(huán)，實(shí)現(xiàn)高精度，高性能，以最優(yōu)成本實(shí)現(xiàn)單/多軸伺服，同時，內(nèi)置EtherCAT芯片，可以以單顆芯片快速響應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)。產(chǎn)品推出后，該方案在工業(yè)伺服領(lǐng)域，迅速在行業(yè)內(nèi)形成行業(yè)標(biāo)桿。

　　高性能EtherCAT 伺服解決方案系統(tǒng)框圖

　　中電港資深產(chǎn)品經(jīng)理劉巧峰告訴記者，繼高端伺服方案推出后，中電港在電機(jī)領(lǐng)域在今年中又推出了可覆蓋全系列的通用變頻器及低成本伺服器的方案，這套方案基于瑞薩RX66T平臺，最大特點(diǎn)是高性價比，覆蓋產(chǎn)品廣，給工業(yè)電機(jī)領(lǐng)域減少備料成本，尤其在今年電子料緊缺的行業(yè)背景，迅速引起客戶的興趣，下一步，中電港會繼續(xù)細(xì)分電機(jī)領(lǐng)域，會帶來基于Arm 核MCU的更愛開放平臺的電機(jī)方案。

　　電動工具應(yīng)用智能化、無繩化

　　20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)電動工具行業(yè)已形成一批規(guī)模較大的企業(yè)，技術(shù)工藝獲得巨大進(jìn)步，產(chǎn)品質(zhì)量和性能不斷提升。如今，中國已成為全球最大的電動工具制造基地。隨著電池、電機(jī)、電驅(qū)動技術(shù)及供應(yīng)鏈的國產(chǎn)化，電動工具的售價大幅度降低，中國制造的電動工具在全球市場競爭力越來越強(qiáng)。

　　另外隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國內(nèi)對電動工具的需求越來越高，尤其是智能化、無繩化市場，廣泛應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)、園林工具、工業(yè)制造等領(lǐng)域。劉濤對此表示，極海半導(dǎo)體MCU已經(jīng)在電動工具領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，未來將會在此領(lǐng)域深耕，給客戶提供更好的解決方案。

　　同時，智能化時代的快速到來，人們對電動工具提出了智能化和隨需隨用的新需求。在政策導(dǎo)向、鋰電池成本下降、鋰電池大倍率放電下循環(huán)問題得以逐步解決的市場背景下，電動工具“無繩化、鋰電化”的產(chǎn)業(yè)趨勢已經(jīng)形成，無繩化電動工具逐漸成為發(fā)展主流。

　　國民技術(shù)表示，目前主流電動工具廠商已推出適用于家庭DIY、金屬加工、裝配、磨砂等專業(yè)級應(yīng)用場景的多種產(chǎn)品，并且越來越多的生產(chǎn)商投入到大功率、高強(qiáng)度、精細(xì)作業(yè)設(shè)備的技術(shù)研發(fā)工作中，電動工具應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大至如航天航空、軌道交通等領(lǐng)域，其市場容量將進(jìn)一步擴(kuò)大。

　　斯達(dá)半導(dǎo)體技術(shù)副總戴志展對電動工具的使用性能做出了具體分析。他認(rèn)為，在作業(yè)上，電動工具極具移動性，如果長時間使用電動工具，需要不斷地輸入電，而如果用電池去做儲能，設(shè)備會更重，實(shí)現(xiàn)無繩化意義不大。而電動工具無繩化的市場應(yīng)該是間歇性的，并且設(shè)備基本上比較輕。而部分家庭DIY將會朝著無繩化方向發(fā)展，部分智能化市場也將進(jìn)一步引導(dǎo)。電動工具如果實(shí)現(xiàn)無繩化，首先整體效率要高，其次要有市場需求驅(qū)動。

　　電機(jī)能效新國標(biāo)6月實(shí)施，促進(jìn)節(jié)能減排

　　自2021年6月1日起，于2020年5月發(fā)布的中國最新版強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB 18613—2020《電動機(jī)能效限定值及能效等級》將正式實(shí)施。新國標(biāo)明確規(guī)定，自標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施之日起，IE3能效將成為中國最低的三相異步電動機(jī)能效限定值(三級能效)，低于IE3能效限定值的三相異步電動機(jī)(如YE2系列電機(jī)等)不允許再生產(chǎn)銷售。

　　劉濤認(rèn)為，新國標(biāo)直接對標(biāo)國際標(biāo)準(zhǔn)，有利于國內(nèi)電機(jī)能效水平提升，逐漸達(dá)到國際先進(jìn)水平，對我國碳中和節(jié)能減排有著重要意義。同時對電機(jī)驅(qū)動市場有較強(qiáng)的政策驅(qū)動，尤其是具備FOC電機(jī)控制算法能力的MCU，極海半導(dǎo)體將攜合作伙伴提供全方位解決方案。

　　節(jié)能減排是永恒的主題，電機(jī)能效新國標(biāo)提高了對電機(jī)能效的級別要求，原有低能效產(chǎn)品將逐步退出市場。這將有利于推動高效節(jié)能工業(yè)控制設(shè)備的研發(fā)和推廣應(yīng)用，從而帶動電機(jī)芯片等核心器件的應(yīng)用。國民技術(shù)認(rèn)為，對于芯片等硬件廠商來說，通過綜合采用亞閾值低功耗MCU技術(shù)、高集成芯片技術(shù)、低功耗藍(lán)牙技術(shù)、金融級安全技術(shù)等核心關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，可大大提升MCU、BLE藍(lán)牙芯片、金融級安全芯片等工業(yè)領(lǐng)域系列芯片產(chǎn)品的處理能力并降低能耗;同時通過打造基于單芯片的工業(yè)控制解決方案，可全面降低客戶綜合BOM成本。

　　戴志展表示，從節(jié)能減排的角度看，提高電機(jī)能效本該生產(chǎn)電器廠商考慮提升的。但是如果不透過材料或者設(shè)計理念的變更，得到真正的項(xiàng)目提升，基本上只能往更便宜的做法走，但效能確實(shí)很差，不利于整個市場的節(jié)能減排，促進(jìn)環(huán)保。

　　“提升電機(jī)的性能，要在材料或結(jié)構(gòu)設(shè)計上達(dá)到較好的效益點(diǎn)，但制造達(dá)到精準(zhǔn)控制的同時，也要付出成本，并且得到市場的認(rèn)可?！贝髦菊拐f道。

　　工業(yè)控制智能化中的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

　　隨著人力資源成本提升，工業(yè)控制智能化將是大勢所趨。未來五年國內(nèi)工業(yè)控制智能化的發(fā)展將繼續(xù)加速，給工業(yè)控制智能化的產(chǎn)業(yè)鏈帶來積極影響，包括芯片、方案、模塊、解決方案等。劉濤認(rèn)為，工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)浻布筝^高，國內(nèi)整體水平相比歐美還有較大差距，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游通力協(xié)作，共同提升，極海半導(dǎo)體也保持開放心態(tài)，與上下游合作伙伴積極展開合作。

　　受工控芯片計算資源和安全能力的局限，工業(yè)控制設(shè)備往往缺乏足夠的信息安全保護(hù)，攻擊者通過聯(lián)網(wǎng)設(shè)備很容易對工業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行攻擊和控制，并且隨著工業(yè)設(shè)備的智能化程度增加，實(shí)現(xiàn)的代碼量增加，潛在的代碼漏洞問題也越來越多，成為工業(yè)設(shè)備最易受到攻擊和被利用的短板，因此工業(yè)控制智能化在安全方面面臨巨大的挑戰(zhàn)。工業(yè)控制通常要求實(shí)時、高效、安全、可靠等，對作為智能化控制器核心器件的MCU等芯片產(chǎn)品提出了更高的要求，尤其是在信息安全防護(hù)上，需要采取數(shù)據(jù)加密技術(shù)、數(shù)字簽名技術(shù)等密碼安全機(jī)制來強(qiáng)化保護(hù)工業(yè)控制設(shè)備安全和數(shù)據(jù)安全等。

　　工業(yè)控制的智能化和安全需求，對芯片廠商是挑戰(zhàn)同時也是機(jī)遇。國民技術(shù)通用安全MCU采用了先進(jìn)的40nm工藝，在設(shè)計上采用低功耗電源管理、CPU加速、密碼硬件加速等系列先進(jìn)技術(shù)，硬件加速極大提升算法性能，硬件加速后的算法性能是軟件算法的數(shù)十倍甚至百倍，而且在提高安全能力的同時，不會影響到本身處理性能。據(jù)介紹，產(chǎn)品具有高性能、高集成度、高可靠性、低能耗、安全等特色，可應(yīng)用于多種工業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)終端應(yīng)用場景，包括工業(yè)控制、電機(jī)控制、智能表計、電池及能源管理、通信、機(jī)器人、汽車電子等廣泛領(lǐng)域。

　　工業(yè)控制自動化、效率化，市場需求迎來爆發(fā)

　　隨著AIoT技術(shù)被應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，工業(yè)控制系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的結(jié)合成為必然，這使得工業(yè)管控一體化、工業(yè)企業(yè)信息化以及基于網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)自動化目標(biāo)成為可能。管控一體化可以使企業(yè)選擇到真正符合新經(jīng)濟(jì)時代的最佳解決方案，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，增強(qiáng)市場競爭能力。

　　市場人士預(yù)計，2021年中國工業(yè)控制市場規(guī)模有望達(dá)到2600億元。未來工業(yè)控制或工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的智能連接數(shù)將大為增加，設(shè)備類型日趨多樣化。接入工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的智能設(shè)備數(shù)量和類型越來越多，產(chǎn)生的海量原始數(shù)據(jù)適合在數(shù)據(jù)源頭進(jìn)行處理，而不需要將其傳輸?shù)皆贫颂幚?，這就更加需要實(shí)時和智能化的邊緣層處理能力。范琴表示，高性能、高安全、易于管理的邊緣計算設(shè)備需求將爆發(fā)，并帶動MCU、無線射頻、安全等相關(guān)芯片的銷售增長。

　　戴志展說：“工業(yè)控制自動化、智能化、效率化是必然的趨勢，已經(jīng)毫無懸念。我覺得它的方向還是由市場的領(lǐng)先者左右。智能化產(chǎn)品可以更貼近結(jié)果，但是里面更多的東西并不是硬件，而是算法，存儲。但是讓它走得快的，是市場行為?！?/p>

　　結(jié)語

　　電動工具和電機(jī)作為工業(yè)控制領(lǐng)域中的重要應(yīng)用，隨著行業(yè)技術(shù)和市場的發(fā)展，也將進(jìn)一步邁向更智能化、便捷化、效率化的進(jìn)程。另有機(jī)構(gòu)預(yù)測，工業(yè)控制領(lǐng)域市場容量在2024年將達(dá)到3520億美金，這無疑給國內(nèi)企業(yè)帶來了巨大的市場機(jī)會，為其產(chǎn)品研發(fā)也創(chuàng)造了一定的市場空間。然而，在步入更多應(yīng)用領(lǐng)域時，企業(yè)仍需尋找到對應(yīng)的市場需求，提高產(chǎn)品性能，深入推進(jìn)市場應(yīng)用，為智能化、效率化的發(fā)展創(chuàng)造更為實(shí)在的價值。