晶华微：国产工控芯片助力工业4.0

3月30日，在AspenCore举办的2023国际集成电路展览会暨研讨会（IIC Shanghai）重要论坛活动——2023中国IC领袖峰会上，晶华微上海分公司总经理李建博士发表了题为“国产工控芯片助力工业4.0”的精彩演讲。Yjgesmc

中国争做工业4.0的深度参与者和领跑者

工业4.0的概念最早出现在2013年德国。概念上看，工业1.0是蒸汽机时代，工业2.0是电气化时代，工业3.0是信息化时代，工业4.0则是利用信息化技术促进产业变革的时代，也就是智能化时代。Yjgesmc

2015年5月，国务院正式印发《中国制造2025》，部署全面推进实施制造强国战略，吹响了国内制造工厂转型升级的号角。Yjgesmc

李建博士认为，工业4.0之前，中国在全球制造业领域一直是跟随者；工业4.0的到来为智能制造提供可能，而中国作为制造大国，拥有深厚的基础和经验，可以争做工业4.0的深度参与者和领跑者。Yjgesmc

紧接着，李建博士分析了目前我国的工业制造现况。Yjgesmc

首先是工业控制的分类，一般分为三类：过程控制（Process Control），离散控制（Discrete Control），混合控制。其中，使用过程控制的代表行业是石化、化工，属于物理化学过程，工厂需要连续生产；使用离散控制的代表行业是汽车制造，属于物理过程。目前，大多数工厂是混合控制。Yjgesmc

其次是工业控制系统，具体指的是使用电子系统对于工业流程或者生产进行控制的一种系统。它也可以分为三类：PLC(Programmable logic controller)，主要面向离散控制；DCS(Distributed control system)，主要面向过程控制；SCADA(Supervisory control and data acquisition)。Yjgesmc

• PLC的功能是独立过程控制，监控范围短，速度相对较快，通讯不需要很大的宽带，成本低；但缺点是误差机会大，所以用于专用的应用程序。
• DCS的功能是对整个工厂进行控制，需要多种硬件、监控软件、网络设备共同工作，需要较大的宽带，误差机会更小，但架构复杂、不灵活，后期的工艺也不可变更，主要用于复杂应用。
• SCADA主要提供不同设备、不同区域、不同厂房通讯、数据采集、监视控制，所有的单元都通过网络集成，所以速度比PLC快但比DCS慢，且需要较大的宽带通讯，主要用于大型工业（需要远程监控）。

“相信大家还听过其他的名词，像是FCS，它其实也是依托于PLC和DCS，但是为了更好地进行数据传输和互连而衍生出来的现场总线的技术。还有CNC数控机床，是由数控机系统再加上PLC组成的。”李建博士科普道。Yjgesmc

最后是工业芯片，2019年全球工业芯片的市场规模大概在500亿美金左右，美国几乎占到半壁江山，日本和欧洲加起来又占了3成，中国仅占7%，换句话说，中国工业芯片的市场空间还是非常巨大的。Yjgesmc

国产现场级芯片和控制级芯片助力工业4.0

晶华微于2005年成立，专注于高性能混合信号集成电路设计、应用开发及销售。在2022年7月29日上交所科创板挂牌上市。目前在杭州、上海、西安、深圳设有研发和销售中心，拥有多项核心技术与专利。Yjgesmc

李建博士介绍道：“百分百正向设计，晶华微为用户提供一站式集成电路及应用方案设计。产品应用场景主要分三大类：工业控制及仪表，医疗健康，智能感知。”Yjgesmc

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在工业领域，李建博士介绍了晶华微的现场级芯片和PLC(DCS)系统和芯片。Yjgesmc

首先，在传感器信号输出方面，晶华微拥有HART调制解调器芯片、4～20mA DAC芯片、信号调理及变送芯片等多款竞品。Yjgesmc

方案优势是：①芯片集成度高，方案简洁，非常适合阻式或电压型传感器信号测量；②集成模拟输出，可实现4-20mA/0-2.5V/0-5V/0-10V输出；③集成MCU，可实现定制开发，节省外部控制单元；④可实现程控校准，提高生产效率；⑤集成温度传感器，可用于温补。Yjgesmc

其次，在PLC系统里的主控，目前国产主控大多采用ARM，例如川仪的PAS300。罗克韦尔和霍尼韦尔大多采用IBM的power PC RISC芯片。施耐德、昆腾Quantum 140系列采用Intel移动版的Pentium MMX.；西门子S7-300,S7-400系列采用TI的DSP。Yjgesmc

对于PLC未来趋势的展望，李建博士指出，“工业控制+互联网+智能化”是PLC升级技术的主要方向，而PLC的算法需要针对智能制造的要求做进一步的优化和升级，结合人工智能和大数据的基础上提供更符合实际应用的方案。此外，中国PLC企业需要凭借本土化优势、高性价比、售后服务反应迅速以及不断积累的技术经验，在持续强化小型PLC市场竞争优势的同时要逐步开始向大中型PLC市场渗透。Yjgesmc

对于“为什么工控芯片替代率比较低”的思考，李建博士最后给出他的解答。他认为，工业控制芯片不像消费类电子，消费类电子主要注重性价比，工业控制芯片则强调高可靠性、高稳定性。不能因为一片小小芯片导致工厂轻则停工停产、重则发生安全事故，所以整机厂商采购工业类芯片时怀着很大压力，采购行为也会相对谨慎。“但我有信心，国产芯片越来越多被整机厂商适用，”李建博士表示，“像晶华微这样的国产芯片厂商未来将大有可为。”Yjgesmc