Innovieren Sie mit Intel® FPGAs in der industriellen Automatisierung vom Edge bis zur Cloud
Mit Intel FPGAs wird die Industrie in die Lage versetzt, sichere, zuverlässige und optimierte Designs zu entwickeln.
Branchenherausforderungen mit Intel® FPGAs lösen
Intel liefert Lösungen, die Innovationen vom Edge bis zur Cloud in der industriellen Automatisierung ermöglichen. Mit Intel® FPGAs wird die Industrie in die Lage versetzt, sichere, zuverlässige und optimierte Designs zu entwickeln. Intel bietet eine breite Palette an FPGAs- und ARM-Kern-integrierten SoC-Geräten, Tools, IPs, Referenzlösungen usw. für verschiedene Anwendungsfälle, einschließlich künstlicher Intelligenz, Edge-Computing und Robotik.
Intelligente Energie
Die Verwendung von FPGAs in intelligenten Energieanwendungen bringt Vorteile wie verbesserte Leistung, Flexibilität, Echtzeitverarbeitung, Energieeffizienz, Integrationsmöglichkeiten, Skalierbarkeit und verbesserte Sicherheit. Diese Vorteile tragen zur Entwicklung effizienter, zuverlässiger und intelligenter Energiesysteme bei, die eine nachhaltige und optimierte Energieerzeugung, -verteilung und -nutzung unterstützen können.
Mit der Elektrifizierung von Transportfahrzeugen verlagert sich die Aufmerksamkeit vom Kraftstoffverbrauch auf den elektrischen Energieverbrauch sowie auf die Effizienz und die Kosten von Stromrichtern. Die DCFC-Technologie (DC Fast Charging) wird in Ladestationen für Elektrofahrzeuge der Stufe 3 verwendet, bei denen der Ladevorgang vollständig innerhalb der Station erfolgt, und sie verwendet Gleichstrom, sodass Benutzer ein Elektrofahrzeug in nur 30 Minuten vollständig aufladen können.
FPGAs sind einzigartig, da sie eine benutzerdefinierte digitale Steuerung bei sehr hohen Frequenzen ermöglichen. Sie sind vorteilhaft, um die Größe und Kosten passiver Komponenten zu reduzieren und den Leistungsverlust bei der AC/DC-Leistungsumwandlung zu minimieren.
FPGAs unterstützen auch das Batteriemanagement. Im Gegensatz zum Laden mit Wechselstrom besteht beim Gleichstrom-Schnellladen die Gefahr, dass die Batterien von Elektrofahrzeugen überlastet werden, was im Laufe der Zeit zu ihrem Verfall oder Reichweitenverlust beitragen kann. FPGAs unterstützen Batterien und BMS, indem sie die Rechenleistung bereitstellen, die erforderlich ist, um die Last gleichmäßig auf die Zellen zu verteilen, wodurch die Gefahr des Verfalls beseitigt wird und die Batterie eine längere Lebensdauer erhält.
E-Book zum Aufladen von Elektrofahrzeugen (EV) lesen ›
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Sehen Sie sich das Designbeispiel für den bidirektionalen AC/DC-Wandler mit dreiphasigem Boost an ›
Die Herstellung zuverlässiger, effizienterer und kostengünstigerer Solar- oder Photovoltaikanlagen (PV) ist wichtig, um die Wettbewerbsfähigkeit der Solarenergie zu erhöhen. Dies stellt die Architektur des Solarwechselrichters vor Herausforderungen, um die folgenden Anforderungen zu erfüllen:
- Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer zur Versorgung dezentraler erneuerbarer Energiequellen mit zentraler Stromerzeugung für den wachsenden Strombedarf.
- Erhöhte Effizienz und niedrigere Stückkosten durch Verwendung fortschrittlicher Steuerungsalgorithmen und Leistungstopologien wie 3-stufiger isolierter Gate-Bipolartransistoren (IGBT) und SiC-FETs mit großer Bandlücke.
- Einhaltung der lokalen Netzvorschriften, einschließlich Überwachung und Steuerung der Stromqualität.
In der Vergangenheit bestanden herkömmliche PV-Wechselrichterarchitekturen aus einem DSP für Maximum Power Point Tracking (MPPT) und DC-DC-Steuerung, einem FPGA für die DC-AC-Steuerung und möglicherweise einer separaten MCU für die Systemkommunikation. Diese drei separaten Systemkomponenten können zu einem Intel® FPGA zusammengefasst werden, indem der DSP-Regelkreis, die DC-DC- und DC-AC-Wandlung und -Kommunikation in einem einzigen Gerät integriert werden.
Designbeispiel für den DC/DC-Wandler Intel® MAX® 10 anzeigen ›
Die Verteilung von elektrischer Energie und die Verwaltung von Stromnetzen befinden sich im Wandel und sind aus mehreren Gründen in den Fokus neuer Technologieansätze gerückt:
Veraltete Geräte.
Verteilte Energieressourcen (DER) tragen zur Netzinstabilität bei, beispielsweise aufgrund der wachsenden Zahl von Sonnenkollektoren, die Strom ins Netz zurückspeisen und Elektrofahrzeuge in ihren Garagen aufladen.
Einhaltung der lokalen Netzvorschriften, einschließlich Überwachung und Steuerung der Stromqualität.
Versorgungsunternehmen, die Zuverlässigkeit suchen; Reduzierung von Investitions-/Betriebskosten und Einsparungen bei den Immobilienkosten.
Standardisierung der Ausrüstung durch Versorgungsunternehmen, um eine Händlerbindung zu vermeiden.
Intel FPGAs sind ideal für ein sich neu transformierendes Stromnetz. Sie erfüllen die Anforderungen an die reale Schaltung in einem redundanten Netzwerk. Unsere Intel FPGAs erfüllen die Leistungsanforderungen für den Gbit/s-Ethernet-Datenverkehr mit HSR/PRP-Redundanz und sich weiterentwickelnden HSR/PRP-Standards.
Sehen Sie sich das Designbeispiel FRS (Flexibilis Redundant Switch) an ›
Erste Schritte
Bidirektionaler AC/DC-Wandler mit dreiphasigem Boost
Dieses Designbeispiel demonstriert die Implementierung eines bidirektionalen Dreiphasen-Boost-AC/DC-Wandlers für das Laden von Elektrofahrzeugen. MAX® 10 und Cyclone® V SoC FPGA Development Kits sind die Zielgeräte für dieses Referenzdesign.
MAX® 10 DC-DC-Wandler
Das Designbeispiel zeigt eine digitale Steuerung, die einen hybriden DC/DC-Wandler mit variabler Spannungsregelung (VVC) steuern kann. Das Design verwendet DSP Builder for Intel FPGAs (Advanced Blockset), um die VHDL-Steuerung zu simulieren und zu synthetisieren. Das Design zielt auf das Intel MAX 10 FPGA Entwicklungsboard ab.
FRS (Flexibilis Redundant Switch)
FRS ist ein IP-Core mit HSR/PRP-Funktionalität, der Layer-2-Switches mit 3–8 Ports in dreifacher Geschwindigkeit (1 Mbit/s / 10 Mbit/s / 1 Gbit/s) unterstützt. Sie können auf das Bewertungskit, das Benutzerhandbuch und die Referenzdesigns von TTTech zugreifen.
Whitepapers
Robotik
FPGAs Vorteile für Roboteranwendungen bringen, wie geringe Latenz, funktionale Sicherheit, deterministische Datenverarbeitung, Konnektivität und mehr. Sie unterstützen statische und mobile Roboter wie AMRs, AGVs und 6-Achsen-Roboterarme. Wir bieten verschiedene Roboterlösungen an.
Roboter werden in der Industrie immer häufiger eingesetzt. Superschnelle Industrieroboter übernehmen schwierige und gefährliche Aufgaben wie Baugruppen, Schweißnähte und Pick-and-Place. Kollaborative Roboter oder Cobots arbeiten Hand in Hand mit Menschen und erfordern eine funktional sichere Umgebung. Autonome mobile Roboter (AMRs), von denen viele bildgestützt sind, funktionieren einzeln und in Cloud-gesteuerten Schwärmen.
Intel FPGAs den Bedarf an Industrierobotern decken durch:
- Deterministisches Computing: Bietet Vorteile in Bezug auf Präzision und mehrachsige Motorsteuerung für die Robotik, senkt die Kosten für die Stückliste erheblich und reduziert die Latenz, um die Genauigkeit zu verbessern.
- Konnektivität: Time-Sensitive Networking (TSN) koordiniert die mehreren Achsen eines einzelnen Roboters und zwischen mehreren Robotern.
- Funktionale Sicherheit: Das Intel Functional Safety Data Package (FSDP) und das vom TÜV Rheinland zertifizierte CAT3 PLD Safety Concept bieten FuSa-Funktionalität und beschleunigen die Markteinführung, indem die Zertifizierungszyklen für Kunden verkürzt werden.
Zusammen mit Intel® FPGA Video and Vision Processing IP Suite, dem OpenVino™ Toolkitund Intel® FPGA AI Suitekönnen Sie Vision-Funktionen bereitstellen, die über die Farb- und Formprüfung hinausgehen, wie z. B. die Erkennung von Sicherheitsrisiken und die Erkennung/Klassifizierung von Objekten.
Yaskawa: Intel® FPGA in Robotersteuerungen
Yaskawa implementiert Intel® FPGAs in seine Hochleistungs-Robotersteuerungen für Servosteuerung und funktionale Sicherheit.
Veo Robotics: FreeMove 3D-Sicherheitssystem
Veo Robotics nutzt Intel® FPGAs, um sein Veo FreeMove* 3D-Sicherheitssystem für eine flexible Mensch-Roboter-Kollaboration zu ermöglichen.
Erste Schritte
Agilex® 7 FPGA Drive-on-Chip Designbeispiel
Das Intel Drive-on-a-Chip-Motorsteuerungs-Referenzdesign ist ein integriertes Antriebssystem in einem Agilex® 7-Gerät. Das Design demonstriert die synchrone Steuerung von bis zu zwei dreiphasigen Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSMs) oder bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDC). Sie können das Design an andere Motortypen anpassen.
Cyclone® V und MAX® 10 FPGAs Drive-on-Chip Designbeispiel
Das Intel Drive-on-a-Chip-Motorsteuerungs-Referenzdesign ist ein integriertes Laufwerkssystem auf einem einzigen Cyclone-V-SoC oder MAX 10. Das Design implementiert ein- und mehrachsige Feldorientierte Regelung (FOC) für die gleichzeitige Steuerung von bis zu vier Synchronmotoren mit Dauermagnet.
Maschinelles Sehen und KI
FPGA ermöglicht die direkte Aufnahme von Daten, die pipelinegesteuerte Bildverarbeitung und die KI-Implementierung mit deterministischer und niedriger Latenz.
Die Bildverarbeitungstechnologie entwickelt sich schnell weiter, um eine höhere Bildauflösung, eine höhere Bildrate, die Einführung neuer Schnittstellen und die Einführung von KI zu ermöglichen.
Kameras und andere Geräte, die in der Bildverarbeitung verwendet werden, führen eine Vielzahl unterschiedlicher Aufgaben aus, z. B. Bildsignalverarbeitung (ISP), Videotransport, Formatkonvertierung und Analysen. Aufgrund der häufigen technischen Verbesserungen an Kamerasensoren, der Weiterentwicklung des künstlichen Lernens und der Deep-Learning-basierten Videoanalyse FPGAs Intel® eine Schlüsselrolle bei Machine-Vision-Kameras, Framegrabbern und Vision-Controllern der nächsten Generation spielen:
- Flexibilität für die Anbindung an viele Arten von Bildsensoren und MS-Systemgeräten.
- Schnelle Verarbeitung zur Integration einer vollständigen Bildsensor-Pipeline (ISP), die Techniken wie Fehlerpixelkorrektur, Gammakorrektur, Dynamikbereichskorrektur und Rauschminderung umfasst.
- Unterstützung für KI-Deep-Learning-Frameworks, -Modelle und -Topologien zur Implementierung von FPGA-basierten CNN-Inferenzbeschleunigern (Convolutional Neural Network).
Weitere Informationen über Intel® FPGA AI Suite ›
Weitere Informationen über die Intel® FPGA Video and Vision Processing IP Suite ›
Hamamatsu Photonics: Leistungsstarke Industriekameras
Hamamatsu wählte Arria® 10 und Cyclone® 10 FPGAs für die leistungsstarken wissenschaftlichen ORCA-Quest*-Kameras und die neuen Lebensmittel-Röntgeninspektionssysteme aufgrund ihrer Echtzeit-Bildverarbeitungsfunktionen und der Schnittstellen mit hoher Bandbreite aus.
Kritischer Link LLC: MityCAM
Critical Link LLC integriert Intel® FPGA AI Suite in sein MityCAM-Kamera-Evaluierungskit für den Canon 5MP-Bildsensor mit USB3-Vision-Schnittstelle. Außerdem verwendet er Arria® SoC FPGA um Objekterkennung, Bildverarbeitungs-Workloads und Sensor-/Display-Schnittstelle in einem Chip auszuführen.
Designbeispiel für erste Schritte mit der Bildsignalverarbeitung (ISP)
Entwickeln Sie fortschrittliche Kameroprodukte mit einer Sammlung von Intel® FPGA IP-Cores. Mit angepasster Echtzeit-Bild- und Videoverarbeitung mit geringer Latenz und einfacher Bedienung sowie umfangreichen APIs und Standardschnittstellen unterstützen diese IP-Cores einen Plug-and-Play-Prozess, der die Markteinführung Ihres ISP-Produkts beschleunigt.
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Intelligente Produktion
FPGAs ermöglichen die nahtlose Integration verschiedener Komponenten und Systeme, wie z. B. Sensoren, Aktoren und Algorithmen für maschinelles Lernen, und erleichtern so intelligente Entscheidungsfindung, vorausschauende Wartung und adaptive Steuerung in intelligenten Fertigungsumgebungen.
Motoren und Antriebe treiben unzählige industrielle Prozesse in Produktion, Montage, Verpackung, Robotik, Computer Numerical Control (CNC), Werkzeugmaschinen, Pumpen und Industrieventilatoren an. Diese motorbetriebenen Systeme machen mehr als zwei Drittel des industriellen Energieverbrauchs aus, so dass ihr effizienter Betrieb für den Gewinn der Fabrik von entscheidender Bedeutung ist.
Die Entwicklung von Motorsteuerungs- und Bewegungssteuerungssystemen mit Intel® FPGAs- und SoC-FPGAs kann zu einer erheblichen Reduzierung der Gesamtbetriebskosten führen durch:
- Systemintegration: Niedrigere Stückzahlen, geringerer Stromverbrauch und geringere Zuverlässigkeit durch Integration von industriellen Netzwerken, funktionaler Sicherheit, Drehgebern und Leistungsstufenschnittstellen sowie Steuerungsalgorithmen für die digitale Signalverarbeitung (DSP) in einem einzigen Gerät.
- Skalierbare Leistung: Verwenden Sie eine einzige skalierbare Plattform für die gesamte Produktlinie. Erzielen Sie eine höhere Leistung mit schnelleren und fortschrittlicheren deterministischen Regelschleifen.
- Funktionale Sicherheit: Reduzieren Sie den Zeit- und Arbeitsaufwand für die Einhaltung von Geräten und Werkzeugen, die den Sicherheitsnormen der Maschinenrichtlinie IEC61508 entsprechen.
Speicherprogrammierbare Steuerung (Programmable Logic Controller, SPS) ist ein industrieller Computer, der zur Steuerung der Automatisierung industrieller Prozesse verwendet wird. PLC ist ein computerbasiertes Solid-State-Gerät, das entwickelt wurde, um rauen Fabrikbedingungen standzuhalten und verschiedene industrielle Prozesse in Echtzeit zu überwachen und zu steuern.
SPS werden in fast allen industriellen Prozessen ausgiebig eingesetzt, aber aktuelle Systeme sind in der Regel als geschlossenes System für eine bestimmte Domäne optimiert. Da Industrie 4.0 die weitere Automatisierung über mehrere Domänen über das Netzwerk hinweg vorantreibt, werden SPS als Softwarefunktion in größere Computerplattformen (wie Edge-Computer) integriert, um die Konsolidierung der Arbeitslast zu ermöglichen.
FPGAs werden häufig für E/A-Erweiterungen, industrielles Ethernet und Feldbuskommunikationsgeräte verwendet, um deterministisches, latenzarmes paralleles Rechnen von SPS zu ermöglichen. Außerdem wird FPGA für die funktionale Sicherheit verwendet, da einige SPS für sicherheitskritische Anwendungen verwendet werden. Intel und seine Partner bieten eine Vielzahl von IP-Cores sowie sicherheitszertifizierte SKUs und funktionelle Sicherheitsdatenpakete an.
TSN-Lösung von Intel und TTTech
IEEE 802.1 TSN ermöglicht das Kombinieren und Anpassen von industriellen Hardware- und Softwarelösungen verschiedener Hersteller und bietet deterministische Echtzeit-Konnektivität.
Intel und die TTTech Industrial Automation AG bieten eine sofort einsatzbereite Lösung ohne Vorab-Lizenzgebühren, ohne Lizenzgebühren pro Einheit und ohne langwierige Verhandlungen.
TTTech TSN IP-Lösung für Intel® FPGA unterstützt:
10/100/1000-Mbit/s-Switched-Endpunkt mit 3/5 Anschlüssen
IEEE 802.1 AS, IEEE 802.1 CB, Qbv, Qbu, Qcc
Linux* kernel 4.14 LTS
- Durchschneiden und Speichern und Weiterleiten
Industrial-Ethernet-Lösungen mit Intel und Softing
Industrial mit Intel® FPGA-based bietet die Konnektivität für eine nahtlose Integration von industriellem Legacy-Ethernet.
Um das Hinzufügen von industriellem Ethernet zu Ihrem Design zu erleichtern, bieten Intel und die Softing Industrial Automation GmbH eine sofort einsatzbereite Lösung ohne Vorablizenzgebühren, ohne Lizenzgebühren pro Einheit und ohne langwierige Verhandlungen.
Diese Lösung enthält Profibus, Profinet, EtherCAT, EtherNet/IP und das Modbus-Protokoll. Die Lizenzierung wird über eine externe Sicherheits-CPLD nachverfolgt, die die Protokoll-IP entsperrt, die beim Booten in die FPGA geladen wird.
Exor Embedded SoM (System-on-Modul)
Exor bietet Intel® FPGA-basierte, für die Produktion einsetzbare SoMs und RRKs für TSN- und Brownfield-Protokolle, die sich bereits für Fertigungsanwendungen mit robuster Qualität und langem Lebenszyklus-Support bewährt haben.
ISO 13849-1 Kat. 3 PLd
Unser Technisches Sicherheitskonzept beschreibt, wie man eine Kat. 3 PL d äquivalente Risikominderung nach ISO 13849-1 und IEC 61508 SIL 2, geprüft und freigegeben durch den TÜV Rheinland. Es demonstriert eine mögliche Implementierung eines Systems auf Basis eines Intel® SoC FPGA am Beispiel eines Cyclone® V SoC FPGA und einer externen Sicherheitslogik (ESL) für industrielle Prozessautomatisierung und Maschinensicherheitsanwendung.
Funktionelles Sicherheitsdatenpaket (FSDP)
Mithilfe der Zertifizierung von Werkzeugen und Geräten und der Anleitung in unserem zertifizierten Safety Integrity Level 3 (SIL3) Functional Safety Data Package können Entwickler die IEC 61508-Entwicklungszeit verkürzen und Zertifizierungsrisiken für viele sicherheitskritische industrielle Anwendungen reduzieren.
Darüber hinaus behält der Safety Separation Design Flow den FPGA Vorteil schneller Upgrades/Fehlerbehebungen bei und reduziert gleichzeitig die Notwendigkeit einer vollständigen Neuzertifizierung des Designs.
SafeFlex Sicherheits-Referenzboard von NewTec
Um den Designaufwand der Kunden für Sicherheitsdesigns, die eine Zertifizierung nach IEC 61508 bis SIL3 und IEC 13849 PLe Cat 4 erfordern, weiter zu reduzieren, haben Intel und NewTec gemeinsam das SafeFlex Referenzboard für funktionale Sicherheit entwickelt.
Unterstützung von Halbleiterfertigungsanlagen mit FPGAs
In diesem Whitepaper wird die Integration von Intel FPGAs in Maskenschreiber und Oberflächeninspektionswerkzeuge vorgeschlagen, um die Maschinenleistung zu verbessern und so Foundries weltweit bei der Deckung der Chipnachfrage zu unterstützen.
Flex: Intel® FPGAs in der intelligenten Fabrik
In diesem Whitepaper wird der innovative Ansatz erläutert, den Flex bei der Umsetzung der Industry 4.0-Transformation für seine SMT-Produktlinie (Surface-Mount Technology) auf Basis von Intel® FPGAs verfolgt hat.
V-Sync: Intelligente Automatenmotorsteuerung von V-Sync
V-Sync implementiert die Motorsteuerung von 12 I2C-Ports in seinen intelligenten Verkaufsautomaten mithilfe eines Intel® FPGA, der Echtzeit-Reaktionsfähigkeit und Steuerungsfunktionen bietet.
Lösungen
Whitepapers
- Multi-Protokoll Position Encoder Schnittstelle IP ›
- Zustandsbasierte Instandhaltung für die Fertigung ›
Industrielle Konnektivität
Funktionssicherheit
Reduzierung der Schritte zur Erreichung der Sicherheitszertifizierung ›
Eine validierte Methodik für die Entwicklung sicherer industrieller Systeme auf einem Chip ›
Entwicklung von funktionalen Sicherheitssystemen mit TÜV-geprüfter FPGAs ›
8 Gründe, FPGAs in IEC 61508 funktionalen Sicherheitsanwendungen zu verwenden ›
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