設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)工廠及樓宇自動(dòng)化。特別值得一提的是，電機(jī)是當(dāng)今工廠和自動(dòng)化流程的基石，而電機(jī)控制設(shè)備已成為自動(dòng)化市場的一個(gè)重要細(xì)分領(lǐng)域。

多軸工業(yè)驅(qū)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(tǒng)（IACS）安全是自動(dòng)化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。這些工業(yè)應(yīng)用具有復(fù)雜的電機(jī)驅(qū)動(dòng)、通信和安全要求，如果沒有優(yōu)化的處理平臺(tái)，應(yīng)用開發(fā)可能會(huì)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(jìn)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(dòng)開發(fā)平臺(tái)，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠在單一、全面的平臺(tái)上開發(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(shè)計(jì)方法。恩智浦的i.MX RT工業(yè)驅(qū)動(dòng)器開發(fā)平臺(tái)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)向真正智能工廠的轉(zhuǎn)型。

電機(jī)——智能工廠和樓宇自動(dòng)化應(yīng)用的基石。在您的下一個(gè)項(xiàng)目中使用靈活的模塊化平臺(tái)。

該平臺(tái)旨在簡化IIoT開發(fā)，支持多軸電機(jī)控制、確定性TSN通信、人機(jī)接口（HMI）、機(jī)器對(duì)機(jī)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(biāo)應(yīng)用包括機(jī)械臂、移動(dòng)工業(yè)機(jī)器人、3D打印機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、多軸機(jī)械以及交流和伺服驅(qū)動(dòng)。雖然該平臺(tái)針對(duì)工業(yè)應(yīng)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(diào)和電梯/自動(dòng)扶梯電機(jī)控制），以及消費(fèi)應(yīng)用（例如白色家電，即帶有電機(jī)的大型家電，包括冰箱、洗衣機(jī)和烘干機(jī)）。

i.MX RT工業(yè)驅(qū)動(dòng)開發(fā)平臺(tái)簡介

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(tái)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(dòng)開發(fā)平臺(tái)支持多電機(jī)控制和確定性TSN通信，同時(shí)為符合標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該平臺(tái)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(jí)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(jī)（PMSM）的能力。除了處理先進(jìn)的電機(jī)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(rèn)證符合ISA/IEC 62443-4 SL3標(biāo)準(zhǔn)。該平臺(tái)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(duì)當(dāng)今工業(yè)應(yīng)用的評(píng)估和驗(yàn)證。

靈活的多電路板方法

工業(yè)驅(qū)動(dòng)開發(fā)平臺(tái)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(kuò)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(jī)的一塊功率級(jí)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(jí)電路板，這可為獨(dú)特的設(shè)計(jì)要求提供更大的靈活性。

i.MX RT工業(yè)驅(qū)動(dòng)開發(fā)平臺(tái)

讓我們?cè)敿?xì)了解使用該開發(fā)平臺(tái)可探索的一些關(guān)鍵特性和功能：

多軸電機(jī)控制

工廠車間多軸系統(tǒng)采用的典型方法是使用通過實(shí)時(shí)通信協(xié)議連接的多個(gè)單電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。最新的平臺(tái)為多軸應(yīng)用提供了更高效的方法。使用單個(gè)MCU器件控制4臺(tái)電機(jī)，有助于減少工廠自動(dòng)化應(yīng)用所需的驅(qū)動(dòng)器、電纜和網(wǎng)絡(luò)組件數(shù)量。該平臺(tái)演示并指導(dǎo)如何利用MCU外設(shè)和柵極驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行單電機(jī)、雙電機(jī)、三電機(jī)或四電機(jī)控制。

工業(yè)確定性通信

如今，工業(yè)設(shè)備以獨(dú)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(duì)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(duì)于終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備，特別是那些控制電機(jī)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(xiàng)關(guān)鍵要求。

故障檢測

現(xiàn)場的每臺(tái)工業(yè)設(shè)備都應(yīng)該能夠檢測到各種系統(tǒng)故障并對(duì)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(hào)，這些設(shè)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(qū)動(dòng)器開發(fā)平臺(tái)中，在其全面的軟件架構(gòu)中可充分利用即時(shí)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(duì)于監(jiān)測、分析和審計(jì)工廠或樓宇的正常運(yùn)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(duì)他們來說，記錄全面的日志是一項(xiàng)關(guān)鍵能力。該工業(yè)驅(qū)動(dòng)開發(fā)平臺(tái)可以為開發(fā)人員提供參考點(diǎn)，讓他們?cè)?/span>IIoT設(shè)備中設(shè)計(jì)和集成自己的數(shù)據(jù)記錄子系統(tǒng)。

遠(yuǎn)程監(jiān)測

物聯(lián)網(wǎng)革命為我們帶來了超級(jí)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(duì)現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行可靠地遠(yuǎn)程監(jiān)測，才能實(shí)現(xiàn)這些示例。i.MX RT工業(yè)驅(qū)動(dòng)開發(fā)平臺(tái)指導(dǎo)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(jìn)行交互。此工業(yè)驅(qū)動(dòng)開發(fā)平臺(tái)利用恩智浦設(shè)計(jì)安全方法，實(shí)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(yàn)證和驗(yàn)證之后，此平臺(tái)才支持可信的用戶和機(jī)器對(duì)機(jī)器交互。該平臺(tái)演示了設(shè)計(jì)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(zhǔn)備是一項(xiàng)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(shè)備可以恢復(fù)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(dòng)開發(fā)平臺(tái)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(dòng)啟動(dòng)至可信映像，確保刪除不可信代碼，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)彈性。

ISA/IEC 62443-4參考

i.MX RT工業(yè)驅(qū)動(dòng)器開發(fā)平臺(tái)提供有意義的指導(dǎo)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(rèn)證流程。盡管該平臺(tái)為ISA/IEC 62443-4-1/2合規(guī)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(rèn)證。恩智浦計(jì)劃在2022年底之前實(shí)現(xiàn)該平臺(tái)的IEC 62443-4-1/2認(rèn)證。

i.MX RT工業(yè)驅(qū)動(dòng)開發(fā)平臺(tái)系統(tǒng)圖

核心平臺(tái)技術(shù)

i.MX RT工業(yè)驅(qū)動(dòng)開發(fā)平臺(tái)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(jì)算平臺(tái)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(shí)時(shí)功能和卓越的MCU可用性，且性價(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(tái)，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(xiàng)的高性能工業(yè)和汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

?   GD3000：場效應(yīng)晶體管（FET）預(yù)驅(qū)動(dòng)器，專為3相12-48V電機(jī)控制而設(shè)計(jì)。

?   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(jī)模式的CAN信號(hào)提升功能收發(fā)器，以5 Mbps速度實(shí)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(rèn)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(kuò)展加密功能。

簡化工業(yè)設(shè)計(jì)流程

今年下半年，恩智浦將推出工業(yè)驅(qū)動(dòng)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(jì)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(dòng)開發(fā)平臺(tái)的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)?jiān)L問nxp.com/iMXRTIndustrialDrive

作者：

Felipe Fernandez

恩智浦半導(dǎo)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(dòng)化領(lǐng)域擁有10年的經(jīng)驗(yàn)，曾在拉丁美洲和歐洲等多個(gè)地區(qū)工作。他擁有機(jī)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。