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工业4.0:非易失性数据记录

更新时间  2021-11-09 23:24 阅读
本文摘要:增加停机时间的能力是管理工业设施的最重要因素。目前,预测停机时间可玩性较小且成本十分便宜。比如,普通汽车制造厂的停机时间有可能低约每分钟22,000美元或每小时130万美元。 随着工业4.0的经常出现,工厂的智能化和网络性正在日益提升。智能工厂中的机械设备就需要使用所相连的无线传感器节点的动态数据,提早预测有可能再次发生的故障,并通报控制系统采行缺失措施,以防止车祸的系统停机。积累的数据可以用作改良预测分析,并构建更佳的机器预防性确保。

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增加停机时间的能力是管理工业设施的最重要因素。目前,预测停机时间可玩性较小且成本十分便宜。比如,普通汽车制造厂的停机时间有可能低约每分钟22,000美元或每小时130万美元。

随着工业4.0的经常出现,工厂的智能化和网络性正在日益提升。智能工厂中的机械设备就需要使用所相连的无线传感器节点的动态数据,提早预测有可能再次发生的故障,并通报控制系统采行缺失措施,以防止车祸的系统停机。积累的数据可以用作改良预测分析,并构建更佳的机器预防性确保。

这些变革目的提升工厂的运营效率,并延长整体停机时间。工业4.0的基础——可操作者数据构建了从动态传深感预测分析等各种功能。因此,持续、可信地记录数据至关重要,特别是在是在再次发生故障时,这是因为这些数据一般来说是关键信息。

此外,必须记录的数据量预计将不会之后减少。我们不但必须在传统工业系统上展开倒数数据采集,还必须在数千个相连的传感器节点上展开倒数的数据采集,这些传感器节点将遍及于未来智能工厂的各个角落。为了解决这些挑战,下一代工业系统必须高性能非易失性存储器保证“数据零风险”和长时间运营与系统故障期间的可信数据备份。

为了确保这一数据记录的可靠性,工业4.0非易失性存储器必须反对较慢载入、动态非易失性以及相似100万亿次循环、几近无限的读/写出持久性。工业数据记录的挑战工业控制系统还包括自动化、能源管理、过程测量和测试测量等各个环节,这些环节都必须高性能非易失性数据记录存储器。在所有这些细分市场中,非易失性存储器被用作倒数记录实时系统数据。

它们还必需需要在断电或系统故障的情况下即时捕猎实时系统状态数据。工业控制系统和无线传感器节点的非易失性数据记录存储器必须符合有所不同的市场需求。我们将通过可编程逻辑控制器和物联网传感器节点这两个例子探究工业控制系统和无线传感器节点的挑战和独有市场需求。

图1可编程逻辑控制器(PLC)模块图用作工业自动化的可编程逻辑控制器(PLC)在工业控制系统中十分少见。在PLC中,由非不易失性数据记录存储器捕猎的实时系统数据被用作检测和修缮故障并且避免未来再次发生故障。此外,非易失性数据记录存储器捕猎断电前的最后系统状态。该数据对于保证PLC和所有相连的机器在完全恢复供电时以安全性的操作者模式重新启动至关重要。

如果不具备这一能力,其他机器和周边环境中的人员都会面对潜在风险。在PLC等下一代工业控制系统中,必须增加用作与外部存储器相连的微控制器插槽数量。这一市场需求推展了从分段到较低谓之脚数串行接口存储器的切换。这就是为什么存储器制造商要为工业应用于研发较低谓之脚数存储器。

例如,赛普拉斯的Excelon-Ultra专用于工业控制系统并获取较低谓之脚数108-MHzQSPI模块。由于除去电池而带给的高可靠性,非易失性存储器高于工业控制系统一般用于的电池备份SRAM。此外,非易失性存储器通过用单个芯片代替多组件子系统(SRAM+电池+电源管理控制器)减少物料成本并且防止产生与替换电池所需的涉及成本的确保。图2物联网传感器节点模块图无线物联网传感器节点相等于智能工厂的眼睛和耳朵。

如上文所述,传感器节点可以倒数监测系统和环境参数,然后通报相连的机器或控制系统在必须时采行缺失措施。无线物联网传感器节点带给了与工业控制系统有所不同的挑战。

传感器节点的外形尺寸较小。此外,它们一般来说遍及于智能工厂的各处,还包括偏僻或无法转入的方位。因此,它们一般来说由电池或者通过能量收集供电。因此,传感器节点必须外形尺寸较小的非易失性存储器来倒数记录实时系统数据。

它们必需需要在传感器节点的整个生命周期内可信地已完成这一任务,并且尽量降低功耗。例如,赛普拉斯的Excelon-LP使用大约10平方毫米GQFN小型PCB,获取多种省电模式,还包括休眠状态、深度节点和待机,使开发人员可以最大限度地缩短电池用于时间。

为了更进一步增大无线IoT传感器节点的尺寸,可以用于非易失性存储器来构建代码存储和数据记录的单芯片方法。在传感器节点中,与存储数据所需的内存量比起,测量和搜集数据所需的代码大小一般来说较小。因此,具备分开的代码存储器可能会造成存储器使用率严重不足,而单芯片方法不会更加有效地。关键的难题在于,充足灵活性的非易失性数据记录存储器以根据应用于市场需求对代码和数据的存储展开分区。

用作存储代码的存储器必需保证系统会车祸载入用作继续执行代码的存储区域。因此,为了符合单芯片工艺的拒绝,非易失性数据记录存储器必须不具备存储器维护功能。

例如,块维护避免车祸载入开发人员定义的一系列地址。这使一个存储器在存储和维护代码的同时反对动态数据记录。铁电体技术非易失性数据记录存储器的关键是铁电技术。

铁电技术将RAM的高性能和字节传输速率能力与非不易失性数据存储结合。用作非易失性存储器的铁电技术具有用于锆钛酸铅(PZT)薄膜的存储单元。当产生电场时,PZT晶体中的中心原子转变方位。

中心原子的两个方位作为存储器的二进制状态存储一个数位。当电源中断时,原子方位被保有,从而维护数据。其数据可靠性也很高,需要任何可用电源就能安全性留存数据100年之久。非易失性数据记录存储器十分高效。

其能耗比串行EEPROM较低200倍,比NOR存储器较低3000倍。这项技术还获取低数据可靠性,读书/写出耐久性约100万亿次(1014)。

相比之下,存储器和EEPROM等浮栅技术最较短在106个周期内就不会损毁,因此它们不合适频密的系统数据捕猎。非易失性数据记录存储器还可保证工业系统“数据零风险”运营。即时存储数据能力可在系统断电时维护系统不遗失数据。

EEPROM等技术一般来说具备5-10毫秒的页面载入延后,从而使最重要的最后时刻系统数据产生风险。


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