設(shè)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(tǒng)開發(fā)人員需要依托智能、安全、互聯(lián)的器件來實現(xiàn)工廠及樓宇自動化。特別值得一提的是，電機是當今工廠和自動化流程的基石，而電機控制設(shè)備已成為自動化市場的一個重要細分領(lǐng)域。

多軸工業(yè)驅(qū)動器、基于以太網(wǎng)的時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）通信和工業(yè)自動化控制系統(tǒng)（IACS）安全是自動化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。這些工業(yè)應(yīng)用具有復雜的電機驅(qū)動、通信和安全要求，如果沒有優(yōu)化的處理平臺，應(yīng)用開發(fā)可能會困難重重。智能工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）系統(tǒng)必須與用戶和其他設(shè)備進行通信、共享數(shù)據(jù)和交互，并安全地處理所有這些任務(wù)。

為了滿足這些工業(yè)4.0應(yīng)用的需求，恩智浦宣布推出i.MX RT工業(yè)驅(qū)動開發(fā)平臺，使系統(tǒng)設(shè)計人員能夠在單一、全面的平臺上開發(fā)和測試工業(yè)用例，加快產(chǎn)品上市速度，同時采用安全的設(shè)計方法。恩智浦的i.MX RT工業(yè)驅(qū)動器開發(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器件并推動向真正智能工廠的轉(zhuǎn)型。

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

該平臺旨在簡化IIoT開發(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(yīng)用包括機械臂、移動工業(yè)機器人、3D打印機、電機驅(qū)動、多軸機械以及交流和伺服驅(qū)動。雖然該平臺針對工業(yè)應(yīng)用進行了優(yōu)化，但也可用于樓宇自動化（例如暖通空調(diào)和電梯/自動扶梯電機控制），以及消費應(yīng)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(qū)動開發(fā)平臺簡介

恩智浦將最新的工業(yè)4.0技術(shù)整合到一個全面的硬件和軟件平臺中，助力開發(fā)智能、安全的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。靈活的模塊化i.MX RT工業(yè)驅(qū)動開發(fā)平臺支持多電機控制和確定性TSN通信，同時為符合標準的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全奠定了堅實的基礎(chǔ)。該平臺硬件依托i.MX RT1170跨界MCU系列和EdgeLock^? SE05x安全元件構(gòu)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同時控制4個永磁同步電機（PMSM）的能力。除了處理先進的電機控制算法外，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(shù)據(jù)記錄、故障檢測，采用的安全方法將通過認證符合ISA/IEC 62443-4 SL3標準。該平臺與板載EdgeLock SE05x安全元件一起，提供了隨時可用的多電路板解決方案，加快了對當今工業(yè)應(yīng)用的評估和驗證。

靈活的多電路板方法

工業(yè)驅(qū)動開發(fā)平臺由三塊主板組成：一塊集成了單個i.MX RT1170跨界MCU器件的子卡，一塊用作子卡擴展外設(shè)板的數(shù)字板，以及可處理200W輸出功率來控制有傳感器和無傳感器電機的一塊功率級電路板。根據(jù)不同的應(yīng)用規(guī)格，開發(fā)人員可以在系統(tǒng)中添加1到4塊功率級電路板，這可為獨特的設(shè)計要求提供更大的靈活性。

i.MX RT工業(yè)驅(qū)動開發(fā)平臺

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

多軸電機控制

工廠車間多軸系統(tǒng)采用的典型方法是使用通過實時通信協(xié)議連接的多個單電機驅(qū)動器。最新的平臺為多軸應(yīng)用提供了更高效的方法。使用單個MCU器件控制4臺電機，有助于減少工廠自動化應(yīng)用所需的驅(qū)動器、電纜和網(wǎng)絡(luò)組件數(shù)量。該平臺演示并指導如何利用MCU外設(shè)和柵極驅(qū)動器進行單電機、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(shè)備以獨立模式部署（即未連接到網(wǎng)絡(luò)）的情況非常罕見。確定性通信對支持向工業(yè)4.0演進至關(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(jié)點設(shè)備，特別是那些控制電機等執(zhí)行器的設(shè)備，支持TSN并與操作技術(shù)（OT）網(wǎng)絡(luò)無縫集成是一項關(guān)鍵要求。

故障檢測

現(xiàn)場的每臺工業(yè)設(shè)備都應(yīng)該能夠檢測到各種系統(tǒng)故障并對此做出反應(yīng)。從電流尖峰、異常電壓、高溫或來自其他傳感器的外部信號，這些設(shè)備必須能夠進入故障安全模式，直到排除了故障。該功能包含在工業(yè)驅(qū)動器開發(fā)平臺中，在其全面的軟件架構(gòu)中可充分利用即時中斷服務(wù)。

數(shù)據(jù)記錄

生產(chǎn)數(shù)據(jù)、用戶訪問、告警、誤差和故障對于監(jiān)測、分析和審計工廠或樓宇的正常運行非常重要?，F(xiàn)場工程師需要確定如何使工業(yè)系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)，對他們來說，記錄全面的日志是一項關(guān)鍵能力。該工業(yè)驅(qū)動開發(fā)平臺可以為開發(fā)人員提供參考點，讓他們在IIoT設(shè)備中設(shè)計和集成自己的數(shù)據(jù)記錄子系統(tǒng)。

遠程監(jiān)測

物聯(lián)網(wǎng)革命為我們帶來了超級互聯(lián)的住房、樓宇和工廠。從全“數(shù)字孿生”到SCADA系統(tǒng)，傳輸?shù)拇蠖鄶?shù)數(shù)據(jù)都有監(jiān)測目的。只有確保對現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進行可靠地遠程監(jiān)測，才能實現(xiàn)這些示例。i.MX RT工業(yè)驅(qū)動開發(fā)平臺指導開發(fā)人員如何在終端設(shè)備和監(jiān)測系統(tǒng)（如筆記本電腦、服務(wù)器或其他現(xiàn)場設(shè)備）之間建立安全通道。

安全的用戶交互

工業(yè)設(shè)備只能與可信任的用戶或其他設(shè)備進行交互。此工業(yè)驅(qū)動開發(fā)平臺利用恩智浦設(shè)計安全方法，實施管理關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的工廠所需的安全策略。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和機器對機器交互。該平臺演示了設(shè)計人員如何利用憑證指配功能來啟用此功能。

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，但同時還需要了解如果攻擊成功，受影響的IIoT設(shè)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(qū)動開發(fā)平臺集成了嵌入式EdgeLock SE05x安全元件，使設(shè)備能夠檢測其是否已受到攻擊（例如，惡意代碼注入），然后自動啟動至可信映像，確保刪除不可信代碼，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)彈性。

ISA/IEC 62443-4參考

i.MX RT工業(yè)驅(qū)動器開發(fā)平臺提供有意義的指導和輔助信息，幫助開發(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(guī)性提供了有價值的參考，但目前它不會向其最終產(chǎn)品授予自動認證。恩智浦計劃在2022年底之前實現(xiàn)該平臺的IEC 62443-4-1/2認證。

i.MX RT工業(yè)驅(qū)動開發(fā)平臺系統(tǒng)圖

核心平臺技術(shù)

i.MX RT工業(yè)驅(qū)動開發(fā)平臺為開發(fā)人員提供了創(chuàng)建智能、安全和互聯(lián)工業(yè)設(shè)備所需的基本技術(shù)。開發(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(nèi)核的雙核架構(gòu)，具有實時功能和卓越的MCU可用性，且性價比較高。

?   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(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

?   PF5020：多通道PMIC專為具有集成功能安全選項的高性能工業(yè)和汽車應(yīng)用而設(shè)計。

?   GD3000：場效應(yīng)晶體管（FET）預驅(qū)動器，專為3相12-48V電機控制而設(shè)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(chǔ)。

?   TJA146x：具有待機模式的CAN信號提升功能收發(fā)器，以5 Mbps速度實現(xiàn)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，可用于訪問控制。

?   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。

簡化工業(yè)設(shè)計流程

今年下半年，恩智浦將推出工業(yè)驅(qū)動開發(fā)板，并通過恩智浦分銷渠道銷售。此應(yīng)用軟件包包括示例代碼和設(shè)計文件，以及全面的技術(shù)文檔。

如需了解i.MX RT工業(yè)驅(qū)動開發(fā)平臺的更多詳細信息，請訪問nxp.com/iMXRTIndustrialDrive

作者：

Felipe Fernandez

恩智浦半導體業(yè)務(wù)拓展專家

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