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在工业机器人赋能下英特尔® FPGA做了哪些努力

2021-09-22 16:13:00

在上次的推送中，我们给大家分享了安川电机在机器人控制器中如何使用英特尔 FPGA 的应用案例（上），感兴趣的读者可点击查看详情。今天我们带来的是下篇，解答此前留下的两个关键问题。

对编码器进行交叉监控

在使用机器人或其他工业机械时，严格的安全措施是必不可少的，这有助于确保在发生操作错误或故障时不会对附近的人或财产造成伤害，并能够将任何此类事件的后果降至最低。虽然这些安全功能的提供方式各异（例如使用安全通告或安全围圈提供物理屏障），但“功能安全”这个术语指的是通过电路、电子线路或软件来降低风险。

为了符合功能安全标准，通常需要通过添加额外的安全功能来提升控制系统。在 YRC1000 上，这些与安全相关的系统被实施在单独的电路板（“安全电路板”）上。

英特尔 FPGA 在安全电路板上的任务是根据来自各个轴的编码器的数据，持续监控机械臂的位置和速度。举例说明安全功能：当机械臂因为某种原因移动到预定义区域之外，或超过预定义速度时，有一个机制会立即停止轴电机。

YRC1000 还集成了各种其他的可靠性和安全性增强功能，包括让不同的英特尔 FPGA 交叉监控彼此的编码器数据。

如何缩短认证所需时间并减轻工作量？

遵守功能安全标准是许多国家和地区的强制性要求。例如，欧盟的 2006/42/EC 机械指令要求遵守 IEC 61508。这意味着设备供应商有义务更新其内部质量管理系统以纳入相关标准，并整合到开发和验证流程中。此外，使用第三方机构来认证公司设备符合功能安全标准也是一种常见的方法。

英特尔认识到该标准的重要性，于 2010 年（同年，IEC 61508 第二版发布）推出了业界首个通过 IEC 61508 认证的功能安全数据包，以缩短采用英特尔 FPGA 的系统通过功能安全合规认证所需的时间。

功能安全数据包适用于 IEC 61508 安全完整性 3 级（SIL3）及以下的设计，其认证由德国第三方认证机构 TÜV 莱茵负责。数据包包含以下几项内容。请参见下面的表 1 以了解功能安全数据包内容的详细信息：

指南——使用英特尔 FPGA 开发方法和工具设计满足 IEC 61508 认证要求的系统；

FMEDA 工具——用于计算采用英特尔 FPGA 的系统的故障率和安全故障比例（SFF）；

安全手册——说明如何以符合 IEC 61508 的方式使用英特尔 Quartus Prime 设计软件和英特尔 FPGA 系统；

用于 Nios II 处理器等硬件的认证 IP，以及用于监控 FPGA、内存和时钟信号完整性的符合 IEC-61508 标准的诊断 IP（包括源代码）；

英特尔 FPGA 的最新可靠性报告；

由 TÜV 莱茵出具的合规证书。

功能安全数据包与本文中介绍的机器人控制器一起，帮助缩短了实施功能安全和获得安全关键型工业机械（如工业伺服驱动器、逆变器、安全设备和自动化控制器）认证所需的时间和成本。英特尔估计产品开发时间可以大大缩短，依具体情况而定。在安川电机，英特尔功能安全数据包被成功用于 YRC1000 安全相关系统，缩短了通过 IEC 61508 SIL2、EN ISO 10218-1:2011 和 EN ISO 13849-1:2015 安全标准认证所需的时间。

英特尔 FPGA满足工业机器人不断变化的需求

在无止境追求生产力和效率、IT 进步，以及多国劳动力缩减的背景下，以更智能的运营为特色的智能工厂概念正在引起人们的注意。

这些智能实践的广泛采用可能还会伴随着协作机器人、自主机器人和自主 AGV 等技术，特别是本文描述的工业机器人的进一步普及。整合第五代（5G）电信和专用 5G 系统的远程控制应用已经开始试验。在提高性能和精度的同时，还需要进一步增强安全性和可靠性。

对于满足安全要求以及应对这些全新智能实践和其他快速的市场变化来说，英特尔 FPGA 及其为修改逻辑提供的灵活性必将是一笔宝贵的财富。作为工业机器人领域的全球领先企业之一，安川电机已经将英特尔 FPGA 投入使用，以提高机器人控制器的性能和精度，并促进功能安全性的实施。通过采用英特尔功能安全数据包，他们还减轻了获得功能安全认证所需的工作量。

随着机器人和其他工业机械环境的不断发展，英特尔 FPGA 和功能安全数据包已准备就绪。

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