利用 Intel® FPGAs 在工業自動化領域從邊緣到雲端進行創新
有了 Intel FPGAs，產業便能開發出安全、可靠且優化的設計。
利用 Intel® FPGAs 解決產業挑戰
Intel 提供的解決方案可實現工業自動化從邊緣到雲端的創新。有了 Intel® FPGAs，產業便能開發出安全、可靠且優化的設計。Intel 提供廣泛的 FPGAs 與 ARM 核心整合式 SoC 裝置、工具、IP、參考解決方案等，可滿足人工智慧、邊緣運算和機器人技術等各種應用使用案例的需求。
智慧型能源
在智慧能源應用中使用 FPGAs 帶來諸多好處，例如提高效能、靈活性、實時處理、能源效率、整合能力、可擴展性和增強安全性。這些優勢有助於開發高效、可靠和智慧的能源系統，以支援可持續和優化的能源生產、分配和消費。
隨著運輸車輛的電氣化，注意力從燃料消耗轉向電能消耗以及電源轉換器的效率和成本。直流快速充電 （DCFC） 技術用於 3 級電動汽車充電站，其中充電完全在車站內進行，它使用直流電源，允許使用者在短短 30 分鐘內為電動汽車充電。
FPGAs在非常高的頻率下實現自定義數位控制方面是獨一無二的。它們有利於減小無源元件的尺寸和成本，並最大限度地減少AC/DC電源轉換中的功率損失。
FPGAs也支持電池管理。與使用交流電源充電不同，直流快速充電有使電動汽車電池過載的風險，這可能導致其隨著時間的推移而衰減或失去續航里程。FPGAs透過提供必要的計算來支持電池和BMS，以在電池之間均勻分配負載，消除衰減的威脅並為電池提供更長的使用壽命。
生產可靠、更高效、成本更低的太陽能或光伏 （PV） 系統對於提高太陽能的競爭力非常重要。這給設計太陽能逆變器架構以滿足以下需求帶來了挑戰：
- 可靠性和長使用壽命，為分散式可再生能源提供中央發電，以滿足不斷增長的電力需求。
- 使用先進的控制演算法和功率拓撲，如 3 電平絕緣柵雙極晶體管 （IGBT） 和寬頻隙 SiC-FET，提高效率並降低單位成本。
- 符合當地電網規範，包括電能質量監測和控制。
過去，傳統的光伏逆變器架構由用於最大功率點跟蹤（MPPT）和DC-DC控制的DSP，用於DC-AC控制的FPGA以及可能用於處理系統通信的單獨MCU組成。通過在單一裝置上整合 DSP 控制回路、DC-DC 以及 DC-AC 轉換和通訊，可以將這三個獨立的系統元件匯總成一個Intel® FPGA。
配電和管理電網正在經歷轉型，並已成為新技術方法的重點，原因如下：
老化設備。
分散式能源 （DER） 會導致電網不穩定，例如，由於越來越多的太陽能電池板將電力回饋電網並在車庫中為電動汽車充電。
符合當地電網規範，包括電能質量監測和控制。
尋求可靠性的公用事業;資本支出/營運支出降低，房地產成本節約。
公用事業的設備標準化，以避免被廠商鎖定。
Intel FPGAs 是新轉型電網的理想選擇。它們滿足冗餘網路中的實際交換要求。我們的 Intel FPGAs 透過 HSR/PRP 冗餘和不斷發展的 HSR/PRP 標準滿足 Gbps 乙太網路流量性能要求。
開始使用
三相升壓雙向 AC/DC 轉換器
本設計範例展示了用於電動汽車充電的三相升壓雙向 AC/DC 轉換器的實現方式。MAX® 10 和 Cyclone® V SoC FPGA 開發工具包是此參考設計的目標器件。
MAX® 10 DC-DC 轉換器
該設計示例演示了一個數位控制器，該控制器可以控制具有可變電壓控制 （VVC） 的混合 DC-DC 轉換器。該設計使用 DSP Builder for Intel FPGAs（進階區塊集合）來模擬和綜合 VHDL 控制。該設計的目標是 Intel MAX 10 FPGA 開發板。
FRS（Flexibilis 冗餘交換機）
FRS 是提供 HSR / PRP 功能的 IP 核心，支援三倍速度 （1Mbps / 10Mbps / 1Gbps） 的 3–8 連接埠第 2 層交換機。您可取得TTTech的評估套件、用戶手冊和參考設計。
機器人技術
FPGAs為機器人應用程式帶來諸多優勢，例如低延遲、功能安全、確定性計算、連線能力等。它們支持靜態和移動機器人，例如AMR、AGV和6軸機器人手臂。我們提供多種機器人解決方案。
機器人在工業工作場所中變得越來越普遍。超高速工業機器人可處理組裝、焊接以及拾取和放置等困難和危險的工作。協作機器人或協作機器人與人類攜手合作，需要一個功能安全的環境。自主移動機器人（AMR）是許多視覺引導的機器人，可單獨運作，也可在雲端控制群體中運作。
Intel FPGAs通過以下方式滿足工業機器人的需求：
- 確定性計算： 為機器人帶來精度和多軸電機控制優勢，顯著降低物料清單成本並減少延遲以提高精度。
- 連線： 時效性網路 （TSN） 協調單個機器人的多個軸以及多個機器人之間。
- 功能安全： Intel 功能安全數據包 （FSDP） 和 TÜV 萊茵認證的 CAT3 PLD 安全概念提供功能安全功能，並通過為客戶壓縮認證週期來加快上市時間。
結合Intel® FPGA Video and Vision Processing IP Suite、 OpenVino™ 工具組和 Intel® FPGA AI Suite，您可以部署顏色和形狀檢測以外的視覺功能，例如安全隱患檢測和對象識別/分類。
Veo 機器人：FreeMove 3D 保護系統
Veo Robotics 使用 Intel® FPGAs 啟用其 Veo FreeMove* 3D 保護系統，實現靈活的人機協作。
開始使用
Agilex® 7 FPGA晶片驅動設計範例
Intel 晶片驅動馬達控制參考設計是 Agilex® 7 裝置上的整合式驅動系統。該設計展示了最多兩個三相永磁同步電機 （PMSM） 或無刷直流 （BLDC） 電機的同步控制。您可以根據其他電機類型調整設計。
Cyclone® V 和 MAX® 10 FPGAs 晶片驅動設計範例
Intel 晶片驅動電機控制參考設計是一個採用單一 Cyclone V SoC 或 MAX 10 的整合式驅動系統。該設計實現了單軸和多軸磁場定向控制 （FOC），可同時支援多達四個永磁同步電機。
機器視覺與人工智慧
FPGA 支援直接攝取數據、流水線圖像處理和 AI 實現，具有確定性和低延遲性。
機器視覺技術正在迅速演進，以實現更高的圖像解析度、更高的幀速率、採用新介面和採用 AI。
機器視覺中使用的攝影機和其他設備執行各種不同的任務，例如影像訊號處理 （ISP）、視訊傳輸、格式轉換和分析。由於攝影機感測器的技術日新月異、人工智慧學習和深度學習型視訊分析®日新月異，Intel FPGAs新一代機器視覺攝影機、影像擷取卡和視覺控制器中扮演著關鍵的角色：
- 靈活地連接到多種類型的圖像感測器和MV系統設備。
- 快速處理，整合完整的影像感測器管道（ISP），其中包含缺陷圖元校正、伽瑪校正、動態範圍校正和降噪等技術。
- 支援 AI 深度學習框架、模型和拓撲，以實現基於 FPGA 的卷積神經網路 （CNN） 推斷加速器。
Hamamatsu Photonics：高校工業攝影機
Hamamatsu 選擇 Arria® 10 和 Cyclone® 10 FPGAs用於高性能 ORCA-Quest* 科學相機和新型 X 光食品檢測系統，因為它們具有即時圖像處理能力和高頻寬介面。
Critical Link LLC：MityCAM
Critical Link LLC 將 Intel® FPGA AI Suite 整合到其 MityCAM 相機評估套件中，用於具有 USB3 Vision 介面的佳能 5MP 圖像感測器。它還使用Arria® SoC FPGA在一個晶片中執行物件檢測、圖像處理工作負載和感測器/顯示介面。
圖像信號處理（ISP）設計範例入門
利用 Intel® FPGA IP 核心，打造先進的攝影機產品。這些 IP 核心具備自訂的即時、低延遲影像與影片處理功能，以及簡單易用的豐富程式介面（API）和標準介面，可實現即插即用流程，加速您 ISP 產品的上市時間。
智慧製造
FPGAs實現感測器、致動器和機器學習演算法等各種元件和系統的無縫集成，促進智慧製造環境中的智慧決策、預測性維護和自適應控制。
電機和驅動器為生產、裝配、包裝、機器人、計算機數控 （CNC）、機床、泵和工業風扇中的無數工業流程提供動力。這些電機驅動的系統占工業能源消耗的三分之二以上，因此其高效運營對工廠利潤至關重要。
使用 Intel® FPGAs 與 SoC FPGAs 設計馬達控制和運動控制系統，可透過以下原因顯著降低總體擁有成本：
- 系統整合： 在單一裝置中整合工業網路、功能安全、編碼器、功率級介面和數位訊號處理（DSP）控制演算法，減少物料清單（BOM）、功耗和可靠性挑戰。
- 可擴充效能： 在整個產品線上使用單一可擴充平臺。透過更快、更先進的確定性控制回路實現更高的效能。
- 功能安全： 使用符合機械指令IEC61508安全標準的設備和工具，減少合規時間和精力。
可程式設計邏輯控制器（PLC）是用於控制工業過程自動化的工業計算機。PLC是一種基於計算機的固態設備，旨在承受惡劣的工廠條件，並對不同的工業過程進行實時監測和控制。
PLC廣泛應用於幾乎所有工業流程，但目前的系統通常以封閉系統的形式針對特定領域進行優化。隨著工業 4.0 透過網路推動跨多個域的進一步自動化，PLC 正作為軟體功能集成到更大的計算平臺（如邊緣計算機）中，以實現工作負載整合。
FPGAs通常用於 I/O 擴充、工業乙太網路和現場總線通訊裝置，以實現 PLC 的確定性、低延遲並行計算。此外，FPGA用於功能安全，因為某些PLC用於安全關鍵應用。Intel 及其合作夥伴提供各種IP核心，以及安全認證的SKU和功能安全數據套件。
Intel 與 TTTech 的 TSN 解決方案
IEEE 802.1 TSN 可混合搭配來自不同供應商的工業硬體和軟體解決方案，提供即時確定性的連線能力。
Intel 與 TTTech Industrial Automation AG 提供開箱即用的解決方案，無需預付授權費、無單位版稅報告，也無需費時費。
TTTech TSN IP solution for Intel® FPGA支援：
3/5 埠 10/100/1000 Mbit/s 交換端點
IEEE 802.1 AS、IEEE 802.1 CB、Qbv、Qbu、Qcc
Linux* 核心 4.14 LTS
- 直通以及存儲和轉發
採用 Intel 與 Softing 的工業乙太網解決方案
Intel® FPGA型工業為無縫整合傳統工業乙太網提供了連接能力。
為了更容易在設計中添加工業乙太網路，Intel 和 Softing Industrial Automation GmbH 提供了一個開箱即用的解決方案，無需預付授權費、無單位版稅報告，也無需曠日持久的談判。
該解決方案包含 Profibus、Profinet、EtherCAT、EtherNet/IP 和 Modbus 協定。使用外部安全 CPLD 跟蹤許可，該 CPLD 可在引導時解鎖載入到FPGA中的協定 IP。
Exor 嵌入式系統模組 （系統模組）
Exor 提供Intel® FPGA式生產可部署系統模組 （SoM） 和 RRK，用於 TSN 和棕地協定，這些協定已在製造使用案例中得到驗證，具有強大的品質和長生命週期支援。
ISO 13849-1 目錄3 PLd
我們的技術安全概念描述了如何實現 Cat。根據 ISO 13849-1 和 IEC 61508 SIL 2，由德國萊茵 TÜV 審查和批准，降低 3 PL d 等效風險。它以工業過程自動化和機械安全應用的 Cyclone® V SoC FPGA 和外部安全邏輯 （ESL） 裝置為例，演示了基於Intel® SoC FPGA的系統可能實現。
功能安全資料套件 （FSDP）
使用工具和設備的認證以及我們認證的安全完整性等級 3 （SIL3） 功能安全數據包中的指南，開發人員可以縮短 IEC 61508 開發時間，並降低許多安全關鍵型工業應用的認證風險。
此外，安全隔離設計流程保留了快速升級/錯誤修復FPGA優勢，同時減少了對完整設計重新認證的需求。
NewTec 的 SafeFlex 安全參考板
為了進一步減少客戶在需要 IEC 61508 認證直至 SIL3 和 IEC 13849 PLe Cat 4 的安全設計方面的設計工作量，Intel 和 NewTec 已合作開發 SafeFlex 功能安全參考板。
白皮書
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