設計新一代智能互聯安全工業器件不再困難

為了跟上工業4.0快速發展的步伐，工業物聯網系統開發人員需要依托智能、安全、互聯的器件來實現工廠及樓宇自動化。特別值得一提的是，電機是當今工廠和自動化流程的基石，而電機控制設備已成為自動化市場的一個重要細分領域。

多軸工業驅動器、基于以太網的時間敏感網絡（TSN）通信和工業自動化控制系統（IACS）安全是自動化應用的關鍵技術。這些工業應用具有復雜的電機驅動、通信和安全要求，如果沒有優化的處理平臺，應用開發可能會困難重重。智能工業物聯網（IIoT）系統必須與用戶和其他設備進行通信、共享數據和交互，并安全地處理所有這些任務。

為了滿足這些工業4.0應用的需求，恩智浦宣布推出i.MX RT工業驅動開發平臺，使系統設計人員能夠在單一、全面的平臺上開發和測試工業用例，加快產品上市速度，同時采用安全的設計方法。恩智浦的i.MX RT工業驅動器開發平臺提供了全面的模塊化解決方案，匯集了多種關鍵技術，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型。

電機——智能工廠和樓宇自動化應用的基石。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，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4.0所需的網絡彈性工業安全。目標應用包括機械臂、移動工業機器人、3D打印機、電機驅動、多軸機械以及交流和伺服驅動。雖然該平臺針對工業應用進行了優化，但也可用于樓宇自動化（例如暖通空調和電梯/自動扶梯電機控制），以及消費應用（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工業驅動開發平臺簡介

恩智浦將最新的工業4.0技術整合到一個全面的硬件和軟件平臺中，助力開發智能、安全的工業物聯網應用。靈活的模塊化i.MX RT工業驅動開發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網絡安全奠定了堅實的基礎。該平臺硬件依托i.MX RT1170跨界MCU系列和EdgeLock^? SE05x安全元件構建。

利用工業級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TSN、數據記錄、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，加快了對當今工業應用的評估和驗證。

靈活的多電路板方法

工業驅動開發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板的數字板，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。根據不同的應用規格，開發人員可以在系統中添加1到4塊功率級電路板，這可為獨特的設計要求提供更大的靈活性。

i.MX RT工業驅動開發平臺

讓我們詳細了解使用該開發平臺可探索的一些關鍵特性和功能：

多軸電機控制

工廠車間多軸系統采用的典型方法是使用通過實時通信協議連接的多個單電機驅動器。最新的平臺為多軸應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用所需的驅動器、電纜和網絡組件數量。該平臺演示并指導如何利用MCU外設和柵極驅動器進行單電機、雙電機、三電機或四電機控制。

工業確定性通信

如今，工業設備以獨立模式部署（即未連接到網絡）的情況非常罕見。確定性通信對支持向工業4.0演進至關重要，而以太網TSN正在成為這種通信的支柱。對于終端節點設備，特別是那些控制電機等執行器的設備，支持TSN并與操作技術（OT）網絡無縫集成是一項關鍵要求。

故障檢測

現場的每臺工業設備都應該能夠檢測到各種系統故障并對此做出反應。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。該功能包含在工業驅動器開發平臺中，在其全面的軟件架構中可充分利用即時中斷服務。

數據記錄

生產數據、用戶訪問、告警、誤差和故障對于監測、分析和審計工廠或樓宇的正常運行非常重要。現場工程師需要確定如何使工業系統處于最佳狀態，對他們來說，記錄全面的日志是一項關鍵能力。該工業驅動開發平臺可以為開發人員提供參考點，讓他們在IIoT設備中設計和集成自己的數據記錄子系統。

遠程監測

物聯網革命為我們帶來了超級互聯的住房、樓宇和工廠。從全“數字孿生”到SCADA系統，傳輸的大多數數據都有監測目的。只有確保對現場物聯網設備進行可靠地遠程監測，才能實現這些示例。i.MX RT工業驅動開發平臺指導開發人員如何在終端設備和監測系統（如筆記本電腦、服務器或其他現場設備）之間建立安全通道。

安全的用戶交互

工業設備只能與可信任的用戶或其他設備進行交互。此工業驅動開發平臺利用恩智浦設計安全方法，實施管理關鍵基礎設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。該平臺演示了設計人員如何利用憑證指配功能來啟用此功能。

具有網絡彈性的工業安全

雖然為網絡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設備可以恢復到以前可信狀態。這就是網絡彈性原則。此工業驅動開發平臺集成了嵌入式EdgeLock SE05x安全元件，使設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，從而實現網絡彈性。

ISA/IEC 62443-4參考

i.MX RT工業驅動器開發平臺提供有意義的指導和輔助信息，幫助開發人員借助恩智浦產品輕松完成工業安全認證流程。盡管該平臺為ISA/IEC 62443-4-1/2合規性提供了有價值的參考，但目前它不會向其最終產品授予自動認證。恩智浦計劃在2022年底之前實現該平臺的IEC 62443-4-1/2認證。

i.MX RT工業驅動開發平臺系統圖

核心平臺技術

i.MX RT工業驅動開發平臺為開發人員提供了創建智能、安全和互聯工業設備所需的基本技術。開發板支持以下恩智浦技術：

?   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內核的雙核架構，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，適用于高精度數據采集和狀態監測系統

?   PF5020：多通道PMIC專為具有集成功能安全選項的高性能工業和汽車應用而設計。

?   GD3000：場效應晶體管（FET）預驅動器，專為3相12-48V電機控制而設計。

?   TJA115x：具有硬件防火墻、入侵檢測和入侵防御支持的CAN收發器為CAN網絡上的分層安全提供了基于硬件的非加密基礎。

?   TJA146x：具有待機模式的CAN信號提升功能收發器，以5 Mbps速度實現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：經認證的EdgeLock安全元件系列，具備適合多行業物聯網用例的擴展加密功能。

簡化工業設計流程

今年下半年，恩智浦將推出工業驅動開發板，并通過恩智浦分銷渠道銷售。此應用軟件包包括示例代碼和設計文件，以及全面的技術文檔。

如需了解i.MX RT工業驅動開發平臺的更多詳細信息，請訪問nxp.com/iMXRTIndustrialDrive

作者：

Felipe Fernandez

恩智浦半導體業務拓展專家

Felipe Fernández是恩智浦德國漢堡工業系統創新小組的業務拓展專家。他在網絡安全和工廠自動化領域擁有10年的經驗，曾在拉丁美洲和歐洲等多個地區工作。他擁有機電一體化工程碩士和學士學位，以及德國北方技術管理學院的工商管理碩士學位。在LinkedIn上關注他，網址為www.linkedin.com/in/jfelipefg。