在工業(yè)機器人賦能下 英特爾? FPGA做了哪些努力

在上次的推送中，我們給大家分享了安川電機在機器人控制器中如何使用英特爾 FPGA 的應用案例（上），感興趣的讀者可點擊查看詳情。今天我們帶來的是下篇，解答此前留下的兩個關(guān)鍵問題。

對編碼器進行交叉監(jiān)控

在使用機器人或其他工業(yè)機械時，嚴格的安全措施是必不可少的，這有助于確保在發(fā)生操作錯誤或故障時不會對附近的人或財產(chǎn)造成傷害，并能夠?qū)⑷魏未祟愂录暮蠊抵磷畹?。雖然這些安全功能的提供方式各異（例如使用安全通告或安全圍圈提供物理屏障），但“功能安全”這個術(shù)語指的是通過電路、電子線路或軟件來降低風險。

為了符合功能安全標準，通常需要通過添加額外的安全功能來提升控制系統(tǒng)。在 YRC1000 上，這些與安全相關(guān)的系統(tǒng)被實施在單獨的電路板（“安全電路板”）上。

英特爾 FPGA 在安全電路板上的任務是根據(jù)來自各個軸的編碼器的數(shù)據(jù)，持續(xù)監(jiān)控機械臂的位置和速度。舉例說明安全功能：當機械臂因為某種原因移動到預定義區(qū)域之外，或超過預定義速度時，有一個機制會立即停止軸電機。

YRC1000 還集成了各種其他的可靠性和安全性增強功能，包括讓不同的英特爾 FPGA 交叉監(jiān)控彼此的編碼器數(shù)據(jù)。

如何縮短認證所需時間并減輕工作量？

遵守功能安全標準是許多國家和地區(qū)的強制性要求。例如，歐盟的 2006/42/EC 機械指令要求遵守 IEC 61508。這意味著設(shè)備供應商有義務更新其內(nèi)部質(zhì)量管理系統(tǒng)以納入相關(guān)標準，并整合到開發(fā)和驗證流程中。此外，使用第三方機構(gòu)來認證公司設(shè)備符合功能安全標準也是一種常見的方法。

英特爾認識到該標準的重要性，于 2010 年（同年，IEC 61508 第二版發(fā)布）推出了業(yè)界首個通過 IEC 61508 認證的功能安全數(shù)據(jù)包，以縮短采用英特爾 FPGA 的系統(tǒng)通過功能安全合規(guī)認證所需的時間。

功能安全數(shù)據(jù)包適用于 IEC 61508 安全完整性 3 級 （SIL3） 及以下的設(shè)計，其認證由德國第三方認證機構(gòu) TüV 萊茵負責。數(shù)據(jù)包包含以下幾項內(nèi)容。請參見下面的表 1 以了解功能安全數(shù)據(jù)包內(nèi)容的詳細信息：

指南——使用英特爾 FPGA 開發(fā)方法和工具設(shè)計滿足 IEC 61508 認證要求的系統(tǒng)；

FMEDA 工具——用于計算采用英特爾 FPGA 的系統(tǒng)的故障率和安全故障比例 （SFF）；

安全手冊——說明如何以符合 IEC 61508 的方式使用英特爾 Quartus Prime 設(shè)計軟件和英特爾 FPGA 系統(tǒng)；

用于 Nios II 處理器等硬件的認證 IP，以及用于監(jiān)控 FPGA、內(nèi)存和時鐘信號完整性的符合 IEC-61508 標準的診斷 IP（包括源代碼）；

英特爾 FPGA 的最新可靠性報告；

由 TüV 萊茵出具的合規(guī)證書。

功能安全數(shù)據(jù)包與本文中介紹的機器人控制器一起，幫助縮短了實施功能安全和獲得安全關(guān)鍵型工業(yè)機械（如工業(yè)伺服驅(qū)動器、逆變器、安全設(shè)備和自動化控制器）認證所需的時間和成本。英特爾估計產(chǎn)品開發(fā)時間可以大大縮短，依具體情況而定。在安川電機，英特爾功能安全數(shù)據(jù)包被成功用于 YRC1000 安全相關(guān)系統(tǒng)，縮短了通過 IEC 61508 SIL2、EN ISO 10218-1:2011 和 EN ISO 13849-1:2015 安全標準認證所需的時間。

英特爾 FPGA滿足工業(yè)機器人不斷變化的需求

在無止境追求生產(chǎn)力和效率、IT 進步，以及多國勞動力縮減的背景下，以更智能的運營為特色的智能工廠概念正在引起人們的注意。

這些智能實踐的廣泛采用可能還會伴隨著協(xié)作機器人、自主機器人和自主 AGV 等技術(shù)，特別是本文描述的工業(yè)機器人的進一步普及。整合第五代 （5G） 電信和專用 5G 系統(tǒng)的遠程控制應用已經(jīng)開始試驗。在提高性能和精度的同時，還需要進一步增強安全性和可靠性。

對于滿足安全要求以及應對這些全新智能實踐和其他快速的市場變化來說，英特爾 FPGA 及其為修改邏輯提供的靈活性必將是一筆寶貴的財富。作為工業(yè)機器人領(lǐng)域的全球領(lǐng)先企業(yè)之一，安川電機已經(jīng)將英特爾 FPGA 投入使用，以提高機器人控制器的性能和精度，并促進功能安全性的實施。通過采用英特爾功能安全數(shù)據(jù)包，他們還減輕了獲得功能安全認證所需的工作量。

隨著機器人和其他工業(yè)機械環(huán)境的不斷發(fā)展，英特爾 FPGA 和功能安全數(shù)據(jù)包已準備就緒。

編輯：jq