New-Tech Magazine | March 2016 edition

Visit analog.com native data format. High precision, multichannel, 16-bit ADCs (14-bit ENOB) and fast sinc filters with programmable decimation rates for reconstructing Σ - Δ sampled currents, in conjunction with fast switching PWM units, increase the precision of the current servo loop. The sophisticated integration of the units reduces 46% of the electrical energy produced and a motor’s energy consumption accounts for around 90% of total costs over its entire service life. Electric motors are the main power units behind almost all automation devices in our production plants and it is hard to imagine a future without them. It is clear that the energy efficiency of manufacturing automation systems is complex, multidimensional problem.The following ar some key design challenges involved with optimizing energy efficiency: X Firstly, increasing the system’s output and/or the number of units processed at the plant per hour. This requires new and more accurate algorithms, that deliver results in a faster computing time, reduce tool positioning time, and enable higher tool head speeds. X Secondly, developing new components such as more integrated, powerful, and energy saving processors, in addition to new gate drivers, which can be deployed in current systems but are designed especially for new high voltage IGBTs using GaN or SiC technology. X Thirdly, making the best possible use of energy in practice through energy saving measures in the entire inverter or servo drive, as well as reducing losses in standby mode, utilizing the power unit’s brake energy, and finally extensively networking the process modules within the production plant. Analog Devices has new components that provide solutions for the previous challenges and make achieving optimal energy efficiency a reality: X Powerful, yet efficient, processors (240 MHz clock rate) from the ADSP-CM40x family based on the ARM ® Cortex ® -M4F architecture, with large internal memories (2 MB flash, 384 kB SRAM) and flexible interfaces. The arithmetic unit with floating-point support is able to quickly and accurately process the model-based algorithms in the AC Line Voltage Factory/Machine Network Motor Control Communications- System Application

« The new components make it possible to save energy locally. However, the individual inverter still contains one major loss factor: standby times with- out energy saving measures needlessly consume large amounts of energy. Greater and smarter integration of the manufacturing system would allow proper scheduling of operation times with high levels of activity. The corresponding energy saving mechanisms could therefore be activated at times when the power unit is not in use. Constant progress is being made in terms of networking the individual systems using industrial Ethernet, and this is replacing fieldbus systems with lower data rates. As such, it is conversion, and signal conditioning. Better prepared signals are fed to application specific processors, which drive faster servo loops with higher voltages. Higher voltages in the intermediate circuit require more voltage proof insulation devices and gate drivers for IGBTs. X The AD740x family of the insulated 16-bit Σ - Δ ADCs has been upgraded with more accurate components (14.2 ENOB) and an increased signal noise interval.They are specified across the entire frequency range and meet the increased insulation requirements of the sampled voltage up to 1250 V. High surge and ESD stability ensure that the component has a long service life. The clock can be generated internally ( AD7402 ) or applied externally ( AD7403 ). The Σ - Δ modulated signal obtained can be directly fed to the sinc filter in the ADSP-CM40x processor and does not require an FPGA for the reconstruction filter.There is also a component with differential output signals on LVDS lanes ( AD7405 ), should the trace length be increased considerably. X In addition, there are new insulated gate drivers, which are suitable both for existing MOSFET and IGBT technology, and have been specially developed for the new GaN and SiC power semiconductors. X New product developments in the isolation space for simple digital interfaces, and more specifically for USB, CAN, RS-232, and LVDS, address the safety issue of interface insulation. These developments fulfill the stricter insulation requirements and are accordingly stable in the long term. Current Position and Speed Torque Units/Hours Automated Machine Machine/Safety Interface AC Motor Θ

MOTION CONTROL מוסף מיוחד

שיפור: אלגוריתמים חדשים, מהירים יותר, מאיצים את המעבדים החזקים ביותר אל המרב, בשעה שגישת תכנון - model - based design מבוססת-דוגמה ( ) מאפשרת הפיכה לפרמטרים, ייטוב MBD ובדיקה של המערכות עוד לפני בנייתן. ברור שיעילות האנרגיה בייצור מערכות אוטומטיות היא בעיה מורכבת, רב- ממדית. להלן אתגרי מפתח אחדים לתכנון הכרוכים בייטוב יעילות האנרגיה: ראשית, הגדלת המוצא של המערכת ו/או מספר היחידות המעובדות במתקן בשעה. דבר זה דורש אלגוריתמים חדשים ויותר מדויקים, המספקים תוצאות בזמן מחשוב מהיר יותר, מקטינים את זמן מיצוב הכלים ומאפשרים מהירויות ראשי-כלים גבוהות יותר. שנית, פיתוח רכיבים חדשים דוגמת מעבדים יותר משולבים, חזקים וחוסכי gate אנרגיה, בנוסף למניעי שערים ( ) חדשים, שניתן לפרוס במערכות drivers שוטפות אך הם מתוכננים במיוחד עבור חדשים בעלי מתח גבוההמשתמשים IGBTs . SiC או GaN בטכנולוגיה של שלישית, לעשות את השימוש הטוב ביותר באנרגיה מעשית באמצעות מדידות חוסכות אנרגיה במלוא ההינע של המהפך ) או הסרבו, כמו גם להקטין inverter ( ,) standby את ההפסדים במצב הסרק ( תוך שימוש באנרגיית הבלימה של יחידת ההספק ולבסוף רישות מורחב של מודולי העיבוד בתוך מתקן הייצור. יש רכיבים חדשים Analog Devices ל- המספקים פתרונות עבור האתגרים הקודמים והופכים את יעילות האנרגיה המיוטבת למציאות: מעבדים חזקים אך יעילים (קצב שעון ADSP מגה-הרץ) ממשפחת - 240 של המבוססת על ארכיטקטורת CM 40 x , בעלת זיכרונות ARM ® Cortex ® - M 4 F 384 kB הבזק, 2 MB פנימיים גדולים ( ) וממשקים גמישים. היחידה SRAM האריתמטית בעלת תמיכה של נקודה צפה מסוגלת לעבד במהירות ובמדויק את האלגוריתמים מבוססי-הדוגמה בפורמט - ביט מדויקים, 16 ADCs הנתונים הטבעי. ) ומסנני סנכרון 14- bit ENOB רבי-ערוצים ( מהירים בעלי קצבי דסימציה ניתנים , Δ - Ʃ לתכנות לשם שחזור זרמים מודגמים בעלי מיתוג מהיר, PWM בצירוף יחידות מגדילים את דיוק לולאת הסרבו של הזרם. השילוב המתוחכם של היחידות מקטין את זמני הכמיסות והמחשוב. שילוב

Figure 1. Block diagram of a networked power unit/servo.

דיאגרמה מלבנית של יחידת הספק/סרבו מרושתת .1 איור

System Control Blocks

JTAG, SWD, CoreSight™ Trace

PLL and Power Management

Fault Management

Event Control

System Watchdogs

Peripherals

Security

1× TWI/I 2 C

4× Quadrature Encoder

12× PWM Pairs

L1 Cache

Cortex-M4

L1 Memory

8× Timer

16 kB L1 Instruction Cache

Up to 384 kB Party Enabled Zero Wait State SRAM

2× CAN

ARM Cortex

3× UART

2× SPI

2× SPORT

GPIO (40 or 91)

Static Memory Controller Async Interface 1× EMAC With IEEE 1588 (Optional)

System Fabric

L3 Memory

Analog Front End

Harmonic Analysis Engine (HAE)

ADCC

DACC

Up to 2 MB Flash (Executable)

Sinc Filters

2× ADC

2× DAC

USB FS OTG (Optional)

Hardware Functions

Figure 2. Block diagram of ADSP-CM40x architecture.

«

ADSP CM40x דיאגרמה מלבנית של ארכיטקטורת .2 איור

) או AD 7402( ניתן להפיק את השעון פנימית ). האות המאופנן AD 7403( לספקו חיצונית המתקבל ניתן להזנה ישירה אל המסנן Ʃ - Δ ואינו דורש ADSP - CM 40 x במעבד sinc לשם סינון השחזור. קיים גם רכיב FPGA בעל אותות מוצא הפרשיים על נתיבי - ), במקרה שאורך העקבה AD 7405( LVDS יוגדל משמעותית. ) שער drivers בנוסף, קיימים דוחפי ( מבודדים, המתאימים הן עבור טכנולוגיית הקיימת, ופותחו IGBT וה- MOSFET ה- במיוחד עבור המוליכים למחצה של הספק . SiC ו- GaN פיתוחי מוצרים חדשים במרווח הבידוד של ממשקים דיגיטליים ויותר ספציפית , LVDS ו- USB , CAN , RS -232 עבור מיועדים לסוגיית האבטחה של בידוד הממשק. פיתוחים אלה עונים לדרישות

הזיכרון הגמיש ויחידה לחישוב הרמוניות ) HAE - harmonic analysis engine הרשת ( מאפשרים אלגוריתמים נוספים, במיוחד לשם שימוש בקצה הסופי האקטיבי, תוך לתוך סריג dc החזרת אנרגיה מאפיק ה- ההספק המקומי. הממשקים המתאימים מבטיחים שילוב קל לתוך הרשתות מראה 2 התעשייתיות הקיימות. איור ADSP את הדיאגרמה המלבנית של ה-- . CM 40 BE ADCs של ה- AD 740 x משפחת ה- ביט המבודדים שודרגה בעזרת -16 Δ - Ʃ )14.2 ENOB רכיבים מדויקים יותר ( ומרווח רעש אות מוגדל. הם מוגדרים על- פני כל תחום התדרים ועונים לדרישות הבידוד המוגברות של המתח המודגם עד ESD ) ו- surge וולט. יציבות נחשול ( 1250 מבטיחה שלרכיב יהיו חיי שירות ארוכים.

New-Tech Magazine l 74