Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Пятница, 9 декабря
 
 


Это интересно!

Новости


Обзоры, аналитика

Итоги Форума и премии «Живая электроника России - 2016»


Интервью, презентации

Ранее

Программируемые ИС смешанного сигнала для управления приводом

В статье рассматриваются преимущества однокристального решения на базе новой технологии SmartFusion компании Actel, которое предназначено для использования в промышленном оборудовании.

Вентильно-индукторные двигатели в «зеленых» системах

Электронная промышленность продолжает переход от неэффективных асинхронных двигателей к вентильно-индукторным двигателям (ВИД) с высокой энергоэффективностью и улучшенными массогабаритными показателями — параметрами, которые отвечают нуждам современной электроники. В статье рассматриваются преимущества таких двигателей и вопросы их практического применения.

Станция автономного электроснабжения

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

3 декабря

SH2A — новое слово в промышленной автоматизации

В статье рассказывается о возможностях быстродействующего микроконтроллера (МК) SH7216 из семейства SuperH от Renesas, который идеально подходит для задач автоматизации производства, особенно в области управления двигателем и создания однокристальных приводов.





Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.

Скрыть/показать html версию статьи
background image
35
электронные компоненты №11 2010
Мировая экономика постепенно выходит из рецес-
сии. Началось восстановление в отрасли автоматизации
производства, которая наиболее сильно пострадала
из-за кризиса. Восстановление в этом сегменте идет с
заметным отставанием, поскольку велика зависимость
от крупных капиталовложений конечных пользователей.
В отдельных отраслях промышленности спад достиг
80%, появился избыток производственных мощностей и
незанятых ресурсов. Некоторые компании направляют
свободные ресурсы на инновации, создание дочерних
предприятий, выпускающих качественную конкуренто-
способную продукцию или предлагающих уникальные
устройства. Именно сейчас настало время новых рыноч-
ных возможностей и расширения сферы деятельности. Их
нельзя упустить.
Стимулы развития
В последние годы главным стимулом развития рынка
промышленной автоматизации было повышение эффек-
тивности производства. Учитывая, что 97% эксплуата-
ционных расходов идет на энергию, становится ясно,
почему эта тема настолько актуальна. При увеличении
эффективности энергопотребления всего на 10% покуп-
ная стоимость двигателя увеличивается на 400%. Тем не
менее такой двигатель оказывается дешевле в эксплуа-
тации.
Вторым стимулом, отмеченным в исследовании ассо-
циации ZVEI, является новое законодательство Германии,
которое требует, чтобы все «средние двигатели» соответ-
ствовали классу энергопотребления IE2. В Германии около
35 млн двигателей не соответствуют этому стандарту.
Такое масштабное замещение выгодно производителям,
поскольку они будут обеспечены заказами на годы вперед,
а энергопотребление в стране будет снижаться на 10%
ежегодно.
Экономичный расход энергии — главный стимулятор
рынка. Речь идет не только о системах автоматизации,
но и так называемых «зеленых» технологиях, которые
уже перешли в другие сегменты. Производители, кото-
рые использовали спад для разработки инверторов для
солнечных элементов и ветроэлектростанций, например,
вышли из кризиса раньше других и получили большую
прибыль.
Другая идея, волнующая рынок промышленной авто-
матизации, — это создание инвертора «на одном чипе»,
чтобы снизить стоимость и повысить выгодность преобра-
зования. В стандартных инверторах приходится в среднем
по 2,5 МК на управление двигателем и другими элемента-
ми и модулями системы.
Для создания однокристального решения необходимо
решить две задачи: обеспечить достаточные ресурсы для
подключения устройств и вместить весь программный код
в память одного МК, чтобы при этом сохранялась надеж-
В статье рассказывается о возможностях быстродействующего микроконтроллера (МК) SH7216 из семейства
SuperH от Renesas, который идеально подходит для задач автоматизации производства, особенно в области
управления двигателем и создания однокристальных приводов.
роберт Калман, инженер-маркетолог, Renesas Electronics Europe
алеКСей ГлубоКов, руководитель направления продаж в РФ, Renesas Electronics
SH2A — новое слово
в промышленной автоматизации
ность системы и возможность работы в масштабе реально-
го времени. Первая проблема уже преодолена. Для реше-
ния второй задачи требуется новый тип МК — с высоким
быстродействием, чтобы обеспечивать работу в масштабе
реального времени, и широким набором возможностей
подключения периферийных устройств, который обычно
требуется в стандартных приложениях.
инновации в полупроводниКовой элеКтрониКе
Инновации затронули не только отрасль промыш-
ленной автоматизации, но и производство двигателей
и полупроводниковых приборов. Одна из наиболее
заметных новинок — семейство SuperH от Renesas.
Микроконтроллер SH7216 является лучшим в семействе.
Его рабочая частота превышает предыдущее дости-
жение Renesas на 20% и составляет 200 МГц. Доступ к
флэш-памяти осуществляется за один цикл. На сегодня
это самый быстрый в мире флэш-МК. SH7216 содержит
дополнительные IP-блоки, что делает его идеальным для
задач автоматизации производства, особенно в области
управления двигателем и создания однокристальных
приводов.
ядро SH2A С FPU
Ключевая особенность ядра SH2A — его супер-
скалярная архитектура. В нем имеется два исполни-
тельных устройства, которые могут одновременно
выполнять две независимые команды. Таким образом,
ЦП на частоте 200 МГц достигает быстродействия более
400 DMIPS.
Микроконтроллер SH7216 содержит блок вычислений
с плавающей запятой (FPU), что обеспечивает производи-
тельность 400 MFLOPS с двойной точностью. Это особенно
важно для приложений, работающих в режиме реального
времени, когда выполняются громоздкие математические
вычисления. Заметим, что в отличие от других архитектур
с FPU в SH2A, этот блок не является внешним, поэтому для
пересылки в него команд не требуется участия ЦП. Блок
с плавающей запятой в SH2A является частью конвейера
и работает по тому же принципу, не допуская перегрузок
при обработке задач. На рисунке 1 показан конвейер ядра
SH7216.
Высокое быстродействие ядра и наличие блока
вычислителя с плавающей запятой позволяют исполь-
зовать для функций сигнальной обработки стандартный
МК вместо более сложного сигнального процессора
(DSP). Кроме того, ядро SH2A имеет 16-разрядные
инструкции и 32-разрядные данные, что позволяет плот-
нее упаковать код.
обработКа прерываний
Еще одна особенность ядра SH2A — быстрый отклик на
прерывание. Быстродействие в промышленных приложе-
background image
36
www.elcomdesign.ru
ниях зависит не только от того, насколько быстро выпол-
няется тот или иной алгоритм, но и от того, насколько
быстро реагирует МК на команды или изменение входных
данных.
В типичной стандартной архитектуре ЦПУ первая зада-
ча, которая может запускаться до процедуры обработки
прерывания — это сохранение «контекста» текущей зада-
чи. Значения всех внутренних регистров сохраняются в
стеке и после окончания обработки прерывания извлека-
ются из него для продолжения работы. В МК SH2A не тре-
буются процедуры пересылки данных в стек и извлечение
их из него. Вместо стека используется набор из 15 «банков
регистров». В результате SH2A может отвечать на запрос
прерывания всего за 30 нс.
Флэш-память MONOS
Третий фактор, влияющий на производительность,
после времени отклика на прерывание и тактовой скоро-
сти ЦП — это время доступа к флэш-памяти. Недостаточно
иметь быстрый ЦПУ, если он постоянно ждет данные из
памяти. Однако на рынке встречаются такие модели, в
которых доступ к памяти осуществляется в 5 раз медлен-
нее скорости работы ЦП. В этом случае в работе будут
простои, или ЦП будет работать с ОЗУ. Такой проблемы в
семействе SuperH нет.
Микроконтроллеры семейства SH7216 обладают самой
быстрой в отрасли встроенной флэш-памятью MONOS —
Metal Oxide Nitride Oxide Silicon (металл-оксид-нитрид-
оксид-кремний). Высокая скорость работы обусловлена
присутствием слоя нитрида в середине структуры. Время
доступа при чтении составляет 10 нс. Это значит, что
можно выполнять код, записанный во флэш, так же быстро,
как из ОЗУ.
периФерия
Система автоматизации производства состоит из
множества связанных модулей, поэтому МК должен не
только обеспечивать высокую скорость работы ядра, но
и иметь широкий набор периферии: Ethernet MAC 10/100,
CAN, USB, UART, SPI и IIC. В этом случае он представляет
собой очень хорошее решение для приложений общего
назначения.
управление двиГателем
Одной из наиболее крупных задач в автоматизации
производства является управление двигателем. МК SH7216
отлично справляется с этой задачей благодаря таймерам
MTU2 и MTU2S. MTU2 представляет собой шестиканальный
16-разрядный таймер. Комбинация каналов конфигуриру-
ется в режиме «дополняющий ШИМ», в котором генери-
руются три сигнала с ШИМ для управления инвертором и
вставляется интервал «мертвого» времени. Всего можно
получить три пары на двух каналах MTU2. У таймера
имеется режим «счета фазы», который используется для
декодирования квадратурного сигнала датчика вращения
двигателя.
Аналоговые сигналы неидеальны, поэтому часто
появляется задержка между командой на переключение
ШИМ-сигнала и фактическим выходом силового каска-
да. В результате оба транзистора в инверторе могут
открыться одновременно. В таймере MTU2 предусмо-
трена дополнительная функция определения разницы
между желаемым и фактическим мертвым временем.
Она реализована с помощью введения обратной связи
с выхода H-моста в силовом каскаде. На следующем
импульсе ШИМ эта погрешность может быть компен-
сирована. На рисунке 2 в упрощенном виде показана
схема подключения МК для управления двигателем и
компенсации мертвого времени.
Таймер MTU2S представляет собой подмножество
периферийных устройств, выполняющих только функ-
цию управления двигателем. Таким образом, SH7216
может управлять двумя промышленными инверторами.
Микроконтроллер имеет внутренний 12-разрядный
АЦП для управления двигателем. Время преобразования
равно 1 мкс. АЦП выполняет все стандартные функции
преобразования. Запуск может осуществляться по коман-
де ЦП, внешнего сигнала и аппаратно от MTU2 или MTU2S.
Это свойство особенно полезно при измерении фазных
токов и напряжений.
Рис. 1. Структура конвейера SH7216
background image
37
электронные компоненты №11 2010
заКлючение
Микроконтроллер SH7216 и семейство SuperH пред-
ставила компания Renesas. SH7216 идеально подходит
для включения в промышленную сеть и выполняет
все функции, требуемые для управления двигателем.
Микроконтроллер является подходящей основой для
управления инверторами. Кроме того, это самый быстрый
МК в отрасли.
Рис. 2. Схема подключения МК
ИзмерИтельные средства И сИстемы
| AgileNt tecHNOlOgieS предСтавила веКторный анализатор цепей выСшеГо КлаССа С диапазоном чаСтот
до 67 ГГц |
Первое среди промышленных анализаторов четырехпортовое решение для СВЧ-измерений с диапазоном одного
свипирования 110 ГГц
Компания Agilent Technologies представила векторный анализатор цепей серии PNA-X с диапазоном 67 ГГц. Новый при-
бор N5247A PNA-X имеет выходную мощность +10 дБм, динамический диапазон 110 дБ; для приемника на частоте 67 ГГц
значение точки компрессии на 0,1 дБ составляет +11 дБм. Эти характеристики лучше, чем у других анализаторов на 8 дБ
по выходной мощности и на 7 дБ — по динамическому диапазону.
Как и все модели Agilent PNA-X, N5247A оснащен внутренними сдвоенными источниками, встроенным сумматором и
коммутаторами сигналов, что позволяет легко осуществить уникальный принцип «одно подключение — комплекс изме-
рений» для измерения S-параметров, распределения шума и интермодуляционных искажений. Это дает возможность
проводить также импульсные измерения, измерения точки компрессии, коэффициента гармоник и спектра усилителей,
смесителей и преобразователей частоты.
Ключевой особенностью N5247A PNA-X является возможность расширения диапазона одного свипирования с 10 МГц
до 110 ГГц для двух или четырех портов. N5247A может тестировать смесители/преобразователи частоты и дифференци-
альные устройства, проводя непрерывные измерения во всем диапазоне рабочих частот.
Программное обеспечение нелинейного векторного анализатора цепей позволяет измерять Х-параметры — новую
категорию нелинейных параметров цепей для детерминированных радиочастотных разработок, которые могут быть
использованы для оценки поведения линейных и нелинейных компонентов.
Данные, полученные в результате измерений X-параметров, также могут быть импортированы в различные программ-
ные продукты компании Agilent, такие как ADS, Genesys или SystemVue, для точного моделирования или проектирования.
www.home.agilent.com
| одноКриСтальный Контроллер для элеКтропривода |
Компания STMicroelectronics представила технические харак-
теристики контроллера L6470 для шаговых двигателей.
Это первая модель в семействе монолитных ИС dSPIN, уже доступная для заказа в корпусах HTSSOP28 с повышенной
температурной стойкостью. Пиковый выходной ток составляет 7 А, диапазон рабочих напряжений 8…45 В. ИС имеет
встроенный стандартный интерфейс SPI, характеризуется низким током утечки и малым сопротивлением R
DS(ON)
= 0,28 Ом.
www.elcomdesign.ru
новостИ cИловой электронИкИ
| промышленные новинКи от ON SeMicONdUctOr |
Первая новинка, AMIS-30523, содержит в одном корпусе QFP-52
две ИС: шаговый электропривод и передатчик CAN. Устройство предназначено для управления несколькими однотипными
двигателями в автомобильной, промышленной, медицинской или морской технике.
Интерфейсные микроконтроллеры NCP1090, NCP1091 и NCP1092 с питанием через Ethernet (PoE-PD — Power over
Ethernet Powered Device) обеспечивают детектирование, классификацию и управление «на лету» в таких приложениях как
беспроводные точки доступа, передача голоса (VoIP) и видео по IP-протоколу.
www.elcomdesign.ru
Оцените материал:

Автор: Роберт Калман, инженер-маркетолог, Renesas Electronics Europe; Алексей Глубоков, руководитель направления продаж в РФ, Renesas Electronics



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 
 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2016 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты