設計新一代智能互聯(lián)安全工業(yè)器件不再困難

為了跟上工業(yè)4.0快速發(fā)展的步伐，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統開(kāi)發(fā)人員需要依托智能、安全、互聯(lián)的器件來(lái)實(shí)現工廠(chǎng)及樓宇自動(dòng)化。特別值得一提的是，電機是當今工廠(chǎng)和自動(dòng)化流程的基石，而電機控制設備已成為自動(dòng)化市場(chǎng)的一個(gè)重要細分領(lǐng)域。

多軸工業(yè)驅動(dòng)器、基于以太網(wǎng)的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò )（TSN）通信和工業(yè)自動(dòng)化控制系統（IACS）安全是自動(dòng)化應用的關(guān)鍵技術(shù)。這些工業(yè)應用具有復雜的電機驅動(dòng)、通信和安全要求，如果沒(méi)有優(yōu)化的處理平臺，應用開(kāi)發(fā)可能會(huì )困難重重。智能工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）系統必須與用戶(hù)和其他設備進(jìn)行通信、共享數據和交互，并安全地處理所有這些任務(wù)。

為了滿(mǎn)足這些工業(yè)4.0應用的需求，恩智浦宣布推出i.MX RT工業(yè)驅動(dòng)開(kāi)發(fā)平臺，使系統設計人員能夠在單一、全面的平臺上開(kāi)發(fā)和測試工業(yè)用例，加快產(chǎn)品上市速度，同時(shí)采用安全的設計方法。恩智浦的i.MX RT工業(yè)驅動(dòng)器開(kāi)發(fā)平臺提供了全面的模塊化解決方案，匯集了多種關(guān)鍵技術(shù)，將重新定義下一代安全IIoT器件并推動(dòng)向真正智能工廠(chǎng)的轉型。

電機——智能工廠(chǎng)和樓宇自動(dòng)化應用的基石。在您的下一個(gè)項目中使用靈活的模塊化平臺。

該平臺旨在簡(jiǎn)化IIoT開(kāi)發(fā)，支持多軸電機控制、確定性TSN通信、人機接口（HMI）、機器對機器（M2M）接口以及工業(yè)4.0所需的網(wǎng)絡(luò )彈性工業(yè)安全。目標應用包括機械臂、移動(dòng)工業(yè)機器人、3D打印機、電機驅動(dòng)、多軸機械以及交流和伺服驅動(dòng)。雖然該平臺針對工業(yè)應用進(jìn)行了優(yōu)化，但也可用于樓宇自動(dòng)化（例如暖通空調和電梯/自動(dòng)扶梯電機控制），以及消費應用（例如白色家電，即帶有電機的大型家電，包括冰箱、洗衣機和烘干機）。

i.MX RT工業(yè)驅動(dòng)開(kāi)發(fā)平臺簡(jiǎn)介

恩智浦將最新的工業(yè)4.0技術(shù)整合到一個(gè)全面的硬件和軟件平臺中，助力開(kāi)發(fā)智能、安全的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用。靈活的模塊化i.MX RT工業(yè)驅動(dòng)開(kāi)發(fā)平臺支持多電機控制和確定性TSN通信，同時(shí)為符合標準的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )安全奠定了堅實(shí)的基礎。該平臺硬件依托i.MX RT1170跨界MCU系列和EdgeLock^? SE05x安全元件構建。

利用工業(yè)級i.MX RT1170跨界MCU的800 MHz性能，展示了i.MX RT1170 MCU同時(shí)控制4個(gè)永磁同步電機（PMSM）的能力。除了處理先進(jìn)的電機控制算法外，i.MX RT1170器件還具有備用帶寬，可支持顯示器、確定性以太網(wǎng)TSN、數據記錄、故障檢測，采用的安全方法將通過(guò)認證符合ISA/IEC 62443-4 SL3標準。該平臺與板載EdgeLock SE05x安全元件一起，提供了隨時(shí)可用的多電路板解決方案，加快了對當今工業(yè)應用的評估和驗證。

靈活的多電路板方法

工業(yè)驅動(dòng)開(kāi)發(fā)平臺由三塊主板組成：一塊集成了單個(gè)i.MX RT1170跨界MCU器件的子卡，一塊用作子卡擴展外設板的數字板，以及可處理200W輸出功率來(lái)控制有傳感器和無(wú)傳感器電機的一塊功率級電路板。根據不同的應用規格，開(kāi)發(fā)人員可以在系統中添加1到4塊功率級電路板，這可為獨特的設計要求提供更大的靈活性。

i.MX RT工業(yè)驅動(dòng)開(kāi)發(fā)平臺

讓我們詳細了解使用該開(kāi)發(fā)平臺可探索的一些關(guān)鍵特性和功能：

多軸電機控制

工廠(chǎng)車(chē)間多軸系統采用的典型方法是使用通過(guò)實(shí)時(shí)通信協(xié)議連接的多個(gè)單電機驅動(dòng)器。最新的平臺為多軸應用提供了更高效的方法。使用單個(gè)MCU器件控制4臺電機，有助于減少工廠(chǎng)自動(dòng)化應用所需的驅動(dòng)器、電纜和網(wǎng)絡(luò )組件數量。該平臺演示并指導如何利用MCU外設和柵極驅動(dòng)器進(jìn)行單電機、雙電機、三電機或四電機控制。

工業(yè)確定性通信

如今，工業(yè)設備以獨立模式部署（即未連接到網(wǎng)絡(luò )）的情況非常罕見(jiàn)。確定性通信對支持向工業(yè)4.0演進(jìn)至關(guān)重要，而以太網(wǎng)TSN正在成為這種通信的支柱。對于終端節點(diǎn)設備，特別是那些控制電機等執行器的設備，支持TSN并與操作技術(shù)（OT）網(wǎng)絡(luò )無(wú)縫集成是一項關(guān)鍵要求。

故障檢測

現場(chǎng)的每臺工業(yè)設備都應該能夠檢測到各種系統故障并對此做出反應。從電流尖峰、異常電壓、高溫或來(lái)自其他傳感器的外部信號，這些設備必須能夠進(jìn)入故障安全模式，直到排除了故障。該功能包含在工業(yè)驅動(dòng)器開(kāi)發(fā)平臺中，在其全面的軟件架構中可充分利用即時(shí)中斷服務(wù)。

數據記錄

生產(chǎn)數據、用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)、告警、誤差和故障對于監測、分析和審計工廠(chǎng)或樓宇的正常運行非常重要?，F場(chǎng)工程師需要確定如何使工業(yè)系統處于最佳狀態(tài)，對他們來(lái)說(shuō)，記錄全面的日志是一項關(guān)鍵能力。該工業(yè)驅動(dòng)開(kāi)發(fā)平臺可以為開(kāi)發(fā)人員提供參考點(diǎn)，讓他們在IIoT設備中設計和集成自己的數據記錄子系統。

遠程監測

物聯(lián)網(wǎng)革命為我們帶來(lái)了超級互聯(lián)的住房、樓宇和工廠(chǎng)。從全“數字孿生”到SCADA系統，傳輸的大多數數據都有監測目的。只有確保對現場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)設備進(jìn)行可靠地遠程監測，才能實(shí)現這些示例。i.MX RT工業(yè)驅動(dòng)開(kāi)發(fā)平臺指導開(kāi)發(fā)人員如何在終端設備和監測系統（如筆記本電腦、服務(wù)器或其他現場(chǎng)設備）之間建立安全通道。

安全的用戶(hù)交互

工業(yè)設備只能與可信任的用戶(hù)或其他設備進(jìn)行交互。此工業(yè)驅動(dòng)開(kāi)發(fā)平臺利用恩智浦設計安全方法，實(shí)施管理關(guān)鍵基礎設施的工廠(chǎng)所需的安全策略。只有在正確的身份驗證和驗證之后，此平臺才支持可信的用戶(hù)和機器對機器交互。該平臺演示了設計人員如何利用憑證指配功能來(lái)啟用此功能。

具有網(wǎng)絡(luò )彈性的工業(yè)安全

雖然為網(wǎng)絡(luò )物理攻擊做好準備是一項必要的策略，但同時(shí)還需要了解如果攻擊成功，受影響的IIoT設備可以恢復到以前可信狀態(tài)。這就是網(wǎng)絡(luò )彈性原則。此工業(yè)驅動(dòng)開(kāi)發(fā)平臺集成了嵌入式EdgeLock SE05x安全元件，使設備能夠檢測其是否已受到攻擊（例如，惡意代碼注入），然后自動(dòng)啟動(dòng)至可信映像，確保刪除不可信代碼，從而實(shí)現網(wǎng)絡(luò )彈性。

ISA/IEC 62443-4參考

i.MX RT工業(yè)驅動(dòng)器開(kāi)發(fā)平臺提供有意義的指導和輔助信息，幫助開(kāi)發(fā)人員借助恩智浦產(chǎn)品輕松完成工業(yè)安全認證流程。盡管該平臺為ISA/IEC 62443-4-1/2合規性提供了有價(jià)值的參考，但目前它不會(huì )向其最終產(chǎn)品授予自動(dòng)認證。恩智浦計劃在2022年底之前實(shí)現該平臺的IEC 62443-4-1/2認證。

i.MX RT工業(yè)驅動(dòng)開(kāi)發(fā)平臺系統圖

核心平臺技術(shù)

i.MX RT工業(yè)驅動(dòng)開(kāi)發(fā)平臺為開(kāi)發(fā)人員提供了創(chuàng )建智能、安全和互聯(lián)工業(yè)設備所需的基本技術(shù)。開(kāi)發(fā)板支持以下恩智浦技術(shù)：

?   i.MX RT1170跨界MCU系列：此MCU系列是EdgeVerse?邊緣計算平臺的一部分，它采用融合了Arm^? Cortex^?-M7和Cortex-M4內核的雙核架構，具有實(shí)時(shí)功能和卓越的MCU可用性，且性?xún)r(jià)比較高。

?   帶有軟件可配置模擬輸入的NAFE新一代模擬前端（AFE）平臺，適用于高精度數據采集和狀態(tài)監測系統

?   PF5020：多通道PMIC專(zhuān)為具有集成功能安全選項的高性能工業(yè)和汽車(chē)應用而設計。

?   GD3000：場(chǎng)效應晶體管（FET）預驅動(dòng)器，專(zhuān)為3相12-48V電機控制而設計。

?   TJA115x：具有硬件防火墻、入侵檢測和入侵防御支持的CAN收發(fā)器為CAN網(wǎng)絡(luò )上的分層安全提供了基于硬件的非加密基礎。

?   TJA146x：具有待機模式的CAN信號提升功能收發(fā)器，以5 Mbps速度實(shí)現CAN FD通信。

?   PN7462 NFC讀卡器：NFC Cortex-M0是一款多功能一體化MCU，帶有可選接觸式接口，可用于訪(fǎng)問(wèn)控制。

?   EdgeLock SE05x：經(jīng)認證的EdgeLock安全元件系列，具備適合多行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)用例的擴展加密功能。

簡(jiǎn)化工業(yè)設計流程

今年下半年，恩智浦將推出工業(yè)驅動(dòng)開(kāi)發(fā)板，并通過(guò)恩智浦分銷(xiāo)渠道銷(xiāo)售。此應用軟件包包括示例代碼和設計文件，以及全面的技術(shù)文檔。

如需了解i.MX RT工業(yè)驅動(dòng)開(kāi)發(fā)平臺的更多詳細信息，請訪(fǎng)問(wèn)nxp.com/iMXRTIndustrialDrive

作者：

Felipe Fernandez

恩智浦半導體業(yè)務(wù)拓展專(zhuān)家

Felipe Fernández是恩智浦德國漢堡工業(yè)系統創(chuàng )新小組的業(yè)務(wù)拓展專(zhuān)家。他在網(wǎng)絡(luò )安全和工廠(chǎng)自動(dòng)化領(lǐng)域擁有10年的經(jīng)驗，曾在拉丁美洲和歐洲等多個(gè)地區工作。他擁有機電一體化工程碩士和學(xué)士學(xué)位，以及德國北方技術(shù)管理學(xué)院的工商管理碩士學(xué)位。在LinkedIn上關(guān)注他，網(wǎng)址為www.linkedin.com/in/jfelipefg。