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业内唯一通过安全认证的电机控制FPGA解决方案

hedyxing| Altera,FPGA,电机,以太网,功能安全| 2012-12-18
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【导读】工业自动化制造商目前面临三大挑战:提高生产效率、降低成本、安全问题。如何解决这三大难题也是行业最关注的事情。Altera基于FPGA的参考设计针对这三大挑战推出一套最佳的解决方案,其中包括多轴控制电机、支持多种协议的工业以太网设计以及功能安全包,真正做到减少成本、提高效率、降低风险。

市场不断在变化,工业自动化制造商面临着提高效率、降低成本和保证安全三大挑战,其中安全问题尤为重要,制约着其它两大挑战。试想,安全如果不能保证,更不用谈效率和成本问题。

对此,Altera推出基于FPGA的解决方案Cyclone V,其内含硬核为Cortex-A9的MCU,算法灵活,可支持多种工业以太网协议,而且已经经过安全认证。从功能安全、电机控制以及工业以太网方面很好的解决了上述三大挑战,最值一提的就是基于FPGA的功能安全解决方案。

功能安全

最近这几年发生了很多意外事件,对工业生产造成巨大的影响,所以大家都在谈功能安全。今年6、7月份,政府也强制要求功能安全在扶梯上的应用,主要是因为过去在搭扶梯的时候发生过一些意外事故。

功能安全这个概念最先由欧洲提出,主要强调功能,例如按一个紧急开关,如果开关失效,安全就很有可能得不到保证,因此失效率和安全等级有很大的相关性。所以工程师在设计产品的时候一定要关注产品功能上的安全。

Altera的安全方案已经获得TUV认证,达到安全等级3,是业内第一个也是唯一一个经过认证的FPGA安全解决方案。在国内,Altera的软件和器件也已经符合IEC61508的标准,因此采用Altera的器件开发的产品在做认证时就可以大幅缩短认证时间。

上海的三菱电梯公司已经采用了Altera的功能安全包,用在自动扶梯和自动人行道项目上,不久的将来,功能安全将用在我们身边的各个地方。

多轴控制电机

Altera FPGA电机控制平台参考设计电路
Altera FPGA电机控制平台参考设计电路

对于如何降低成本,Altera的多轴控制电机很让人欣喜。

目前大多数的伺服驱动都是带一个轴或两个轴的电机。例如,机械手臂一般有四到六个关节,那么它就需要四到六个电机来控制。如果用传统的伺服就得用四到六个电机才能组成一个机械手臂;但是Altera基于FPGA的参考设计提供多轴驱动,意味着其本身就带六个电机,那么就只需用一个产品就可以组成一个机械手臂,大大降低了成本。

工业以太网

对于混乱的工业以太网市场, FPGA方案可编程、更灵活,可支持多种协议。

目前,工业以太网的市场相当混乱,多家厂商都推出自己的标准,希望别人都认可自己的标准,所以大家都希望有一种器件可以支持多种不同的协议,因为没人知道最后到底是哪一种协议能主宰这个市场。

针对这种混乱的市场,Altera的方案完全可以应对。Altera FPGA是可编程的,单颗FPGA就可支持多种协议,如:Profinet、Ethernet Powerlink、ModBus、Profibus、CC-Link等。

对于客户,Altera也有一套灵活的不同于一般的商业模式。Altera通过第三方预期开发出来的IP得到授权,其客户不需要先付许可费,而是采用分期付款的模式,每出货一片,每一片配置一个加密芯片,不但保护这个IP的知识产权,而且这片就是Altera交付给第三方的许可费,所以客户不需要在一开始就交付一大笔的许可费,免去了还没批量就付一大笔钱的风险。

 

前面提到的三大挑战,Altera亚太区工业业务部高级经理汪允贵认为:

Altera亚太区工业业务部高级经理汪允贵
Altera亚太区工业业务部高级经理汪允贵

第一,提高效率

工厂要提高他们的性能,也就是提高他们的生产效率。这些性能包括里面电机控制的控制环,控制环可以节能,使电机不容易发烫,还支持主栈和从栈之间的协议,即实时性的工业以太网协议,另外还需要一些软件和硬件的加速应用。

第二,降低成本

工厂面临很大的降低成本的压力,而降低成本主要集中在一些很关键的组件上,像PLC、伺服驱动等。它里面集成的元件越少越好,最好一个单芯片就可以支持所有的功能,以达到降低成本的需求。

第三,安全问题

安全问题包括人员的伤亡、机械的损坏,这些也被称为功能安全。早期我们关注的都是机械安全,现在强调的是功能安全。因为功能的失效也会导致人员的伤亡或是机械的损坏,所以保证功能这部分不失效也可以达到安全保证。其实功能安全不仅是保证人和机械的安全,而且还可以提高生产力。

以往很多厂商都是用MCU、DSP来实现电机控制,还有一些国外的厂商开发专用芯片,或者是自己开ASIC,这些方案是没有办法解决上述三个挑战的。因为不仅要具备很复杂的算法,还要支持以太网,一旦开了专用芯片,就会缺乏灵活度,所以ASIC、ASSP都不具备灵活度,对于功能安全也不能保证。

Altera的FPGA方案很好的解决了工业自动化长久以来未能突破的挑战,为行业的不断发展作出了很大的贡献。


 

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