Innovez de la périphérie au cloud dans l’automatisation industrielle avec Intel® FPGAs
Avec Intel FPGAs, les industries sont en mesure de développer des conceptions sûres, fiables et optimisées.
Relever les défis du secteur avec Intel® FPGAs
Intel propose des solutions permettant l’innovation de la périphérie au Cloud dans l’automatisation industrielle. Avec Intel® FPGAs, les industries sont en mesure de développer des conceptions sûres, fiables et optimisées. Intel propose une large gamme de SoC intégrés FPGAs et ARM, d’outils, d’IP, de solutions de référence, etc., répondant à divers cas d’utilisation d’applications, notamment l’intelligence artificielle, l’informatique de périphérie et la robotique.
Énergie intelligente
L’utilisation de la FPGAs dans les applications énergétiques intelligentes apporte des avantages tels que des performances améliorées, une flexibilité, un traitement en temps réel, l’efficacité énergétique, des capacités d’intégration, une évolutivité et une sécurité renforcée. Ces avantages contribuent au développement de systèmes énergétiques efficaces, fiables et intelligents capables de soutenir une production, une distribution et une consommation d’énergie durables et optimisées.
À mesure que les véhicules de transport sont électrifiés, l’attention passe de la consommation de carburant à la consommation d’énergie électrique et à l’efficacité et au coût des convertisseurs de puissance. La technologie DC Fast Charging (DCFC) est utilisée dans les stations de recharge de véhicules électriques de niveau 3 où la charge se fait complètement dans la station, et elle utilise l’alimentation CC, permettant aux utilisateurs de charger un véhicule électrique en aussi peu que 30 minutes complètement.
FPGAs sont uniques en ce qu’ils permettent un contrôle numérique personnalisé à très haute fréquence. Ils sont bénéfiques pour réduire la taille et le coût des composants passifs et minimiser la perte de puissance lors de la conversion d’alimentation CA/CC.
FPGAs également prendre en charge la gestion de la batterie. Contrairement à la charge avec alimentation secteur, la charge rapide CC risque de surcharger les batteries des véhicules électriques, ce qui pourrait contribuer à leur dégradation ou à leur perte d’autonomie au fil du temps. FPGAs prennent en charge les batteries et le BMS en fournissant le calcul nécessaire pour répartir uniformément les charges entre les cellules, éliminant ainsi le risque de pourriture et offrant une plus grande longévité à la batterie.
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Voir l’exemple de conception du convertisseur CA/CC bidirectionnel Boost triphasé ›
La production de systèmes solaires ou photovoltaïques (PV) fiables, plus efficaces et moins coûteux est importante pour rendre l’énergie solaire plus compétitive. Cela pose des défis dans la conception de l’architecture de l’onduleur solaire pour répondre aux exigences suivantes :
- Fiabilité et longue durée de vie pour fournir des sources d’énergie renouvelables distribuées avec une production d’énergie centrale pour les besoins croissants en énergie.
- Efficacité accrue et coûts unitaires réduits grâce à des algorithmes de contrôle avancés et à des topologies de puissance telles que le transistor bipolaire à grille isolée à 3 niveaux (IGBT) et les SiC-FET à large bande interdite.
- Conformité au code de réseau local, qui comprend la surveillance et le contrôle de la qualité de l’énergie.
Dans le passé, les architectures d’onduleurs PV traditionnelles se composaient d’un DSP pour le suivi du point de puissance maximale (MPPT) et le contrôle DC-DC, d’un FPGA pour le contrôle DC-AC et peut-être d’un MCU séparé pour gérer les communications système. Ces trois composants système distincts peuvent être regroupés en un Intel® FPGA en intégrant la boucle de contrôle DSP, la conversion et les communications DC-DC et DC-AC, le tout sur un seul appareil.
Voir l’exemple de conception du convertisseur CC-CC Intel® MAX® 10 ›
La distribution d’énergie électrique et la gestion des réseaux électriques sont en cours de transformation et sont devenues le centre des nouvelles approches technologiques pour plusieurs raisons :
Équipement vieillissant.
Les ressources énergétiques distribuées (DER) contribuent à l’instabilité du réseau, par exemple, en raison du nombre croissant de panneaux solaires réinjectant de l’électricité dans le réseau et rechargeant les véhicules électriques dans leurs garages.
Conformité au code de réseau local, qui comprend la surveillance et le contrôle de la qualité de l’énergie.
Les services publics à la recherche de fiabilité ; Réduction des dépenses d’investissement/d’exploitation et économies de coûts immobiliers.
Normalisation de l’équipement par les services publics pour éviter la dépendance vis-à-vis du fournisseur.
Les FPGAs Intel sont idéaux pour un réseau électrique en pleine transformation. Ils répondent aux exigences réelles de commutation dans un réseau redondant. Nos FPGAs Intel répondent aux exigences de performance du trafic Ethernet Gbit/s avec une redondance HSR/PRP et l’évolution des normes HSR/PRP.
Voir l’exemple de conception FRS (Flexibilis Redundant Switch) ›
Mise en route
Convertisseur CA/CC bidirectionnel Boost triphasé
Cet exemple de conception démontre la mise en œuvre d’un convertisseur CA/CC bidirectionnel triphasé pour la recharge des véhicules électriques. Les kits de développement SoC MAX® 10 et Cyclone® V FPGA sont les machines cibles de cette conception de référence.
Télécharger l’exemple de conception pour Intel MAX 10 FPGA ›
Convertisseur CC-CC MAX® 10
L’exemple de conception montre un contrôleur numérique capable de contrôler un convertisseur CC-CC hybride avec contrôle de tension variable (VVC). La conception utilise DSP Builder for Intel FPGAs (Advanced Blockset) pour simuler et synthétiser le contrôle VHDL. La conception cible la carte de développement FPGA Intel MAX 10.
Télécharger l’exemple de conception pour Intel MAX 10 FPGAs ›
FRS (commutateur redondant Flexibilis)
FRS est un noyau IP offrant une fonctionnalité HSR / PRP, qui prend en charge un commutateur de couche 2 à 3 à 8 ports à triple vitesse (1 Mbit/s / 10 Mbit/s / 1 Gbit/s). Vous pouvez accéder au kit d’évaluation, au manuel d’utilisation et aux conceptions de référence de TTTech.
Livres blancs
Robotique
FPGAs apportent des avantages aux applications robotiques telles qu’une faible latence, la sécurité fonctionnelle, le calcul déterministe, la connectivité, etc. Ils prennent en charge les robots statiques et mobiles tels que les AMR, les AGV et le bras de robot à 6 axes. Nous fournissons plusieurs solutions robotiques.
Les robots sont de plus en plus répandus dans le lieu de travail industriel. Les robots industriels à très grande vitesse gèrent les tâches difficiles et dangereuses telles que les assemblages, les soudures et le pick-and-place. Les robots collaboratifs, ou cobots, travaillent main dans la main avec les humains, ce qui nécessite un environnement fonctionnellement sûr. Les robots mobiles autonomes (AMR), dont beaucoup sont guidés par la vision, fonctionnent individuellement et en essaims de contrôle du cloud.
Intel FPGAs répondre aux besoins en robots industriels grâce à :
- Informatique déterministe : Apporte des avantages de précision et de contrôle moteur multi-axes à la robotique, en réduisant considérablement le coût des nomenclatures et en réduisant la latence pour améliorer la précision.
- Connectivité: La mise en réseau sensible au temps (TSN) coordonne les multiples axes d’un seul robot et entre plusieurs robots.
- Sécurité fonctionnelle : Intel Functional Safety Data Package (FSDP) et le concept de sécurité CAT3 PLD certifié TÜV Rheinland fournissent la fonctionnalité FuSa et accélèrent la mise sur le marché en comprimant les cycles de certification pour les clients.
Avec Intel® FPGA suite IP de traitement vidéo et de vision, le kit d’outils OpenVino™ et Intel® FPGA AI Suite, vous pouvez déployer des fonctionnalités de vision allant au-delà de l’inspection des couleurs et des formes, telles que la détection des risques pour la sécurité et la reconnaissance/classification d’objets.
Yaskawa : Intel® FPGA dans les contrôleurs de robots
Yaskawa implémente Intel® FPGAs dans ses contrôleurs de robot hautes performances pour la servocommande et la sécurité fonctionnelle.
Veo Robotics : système de sauvegarde 3D FreeMove
Veo Robotics utilise Intel® FPGAs pour activer son système de sauvegarde Veo FreeMove* 3D afin d’une collaboration homme-robot flexible.
Mise en route
Exemple de conception d’un FPGA Drive-on-Chip Agilex® 7
La conception de référence de contrôle de moteur Intel® Drive-on-a-Chip est un système d’entraînement intégré sur un appareil Agilex® 7. La conception démontre le contrôle synchrone d’un maximum de deux moteurs synchrones à aimants permanents triphasés (PMSM) ou de moteurs CC sans balais (BLDC). Vous pouvez adapter la conception à d’autres types de moteurs.
Exemple de conception de Cyclone® V et MAX® 10 FPGAs Drive-on-Chip
La conception de référence de contrôle de moteur Intel® Drive-on-a-Chip est un système d’entraînement intégré sur un seul SoC Cyclone V ou MAX 10. La conception met en œuvre un contrôle orienté champ (FOC, Field-Oriented Control) à un et plusieurs axes, permettant de commander simultanément jusqu’à quatre moteurs synchrones à aimants permanents.
Télécharger l’exemple de conception du SoC Cyclone V ›
Télécharger l’exemple de conception pour le Intel MAX 10 FPGA ›
Vision par ordinateur et IA
FPGA permet l’ingestion directe des données, le traitement d’images en pipeline et la mise en œuvre de l’IA avec une latence déterministe et faible.
La technologie de vision industrielle évolue rapidement pour offrir une résolution d’image plus élevée, une fréquence d’images plus élevée, l’adoption de nouvelles interfaces et l’adoption de l’IA.
Les caméras et autres équipements utilisés dans la vision industrielle effectuent différentes tâches, telles que le traitement du signal d’image (ISP), le transport vidéo, la conversion de format et l’analyse. En raison des améliorations technologiques fréquentes apportées aux capteurs de caméra, des progrès de l’apprentissage artificiel et de l’analyse vidéo basée sur le deep learning, Intel® FPGAs jouer un rôle clé dans la prochaine génération de caméras de vision industrielle, de captures d’images et de contrôleurs de vision :
- Flexibilité pour interagir avec de nombreux types de capteurs d’image et d’appareils système MT.
- Traitement rapide pour intégrer un pipeline complet de capteurs d’image (ISP) qui inclut des techniques telles que la correction des pixels défectueux, la correction gamma, la correction de la plage dynamique et la réduction du bruit.
- Prise en charge des cadres, modèles et topologies de deep learning de l’IA pour mettre en œuvre des accélérateurs d’inférence de réseau neuronal convolutif (CNN) basés sur FPGA.
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Hamamatsu Photonics : caméras industrielles hautes performances
Hamamatsu a sélectionné Arria® 10 et Cyclone® 10 FPGAs pour les caméras scientifiques ORCA-Quest* hautes performances et les nouveaux systèmes d’inspection des aliments à rayons X en raison de leurs capacités de traitement d’images en temps réel et de leurs interfaces à large bande passante.
Lien critique LLC : MityCAM
Critical Link LLC intègre Intel® FPGA AI Suite dans son kit d’évaluation de caméra MityCAM pour le capteur d’image Canon 5MP avec interface de vision USB3. Il utilise également Arria® SoC FPGA pour effectuer la détection d’objets, les charges de travail de traitement d’image et l’interface capteur/affichage, le tout dans une seule puce.
Exemple de conception pour prise en main du traitement du signal d’image (ISP)
Créez vos produits de caméra avancés grâce à une collection de cœurs Intel® FPGA IP. Grâce à un traitement personnalisé des images et des vidéos en temps réel et à faible latence, et une facilité d'utilisation grâce à des interfaces de programmation riches (API) et des interfaces standard, ces cœurs de propriété intellectuelle permettent un processus prêt à l'emploi qui accélère la mise sur le marché de vos produits ISP.
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Fabrication intelligente
FPGAs permettent l’intégration transparente de divers composants et systèmes, tels que les capteurs, les actionneurs et les algorithmes de machine learning, facilitant ainsi la prise de décision intelligente, la maintenance prédictive et le contrôle adaptatif dans les environnements de fabrication intelligents.
Les moteurs et les entraînements alimentent d’innombrables processus industriels dans les domaines de la production, de l’assemblage, de l’emballage, de la robotique, de la commande numérique par ordinateur (CNC), des machines-outils, des pompes et des ventilateurs industriels. Ces systèmes motorisés représentent plus des deux tiers de la consommation d’énergie industrielle, ce qui rend leurs opérations efficaces essentielles aux bénéfices de l’usine.
La conception de systèmes de commande de moteur et de contrôle de mouvement avec des FPGAs Intel® FPGAs et SoC peut entraîner une réduction significative du coût total de possession grâce à :
- Intégration système : Réduction de la nomenclature, de la consommation d’énergie et des problèmes de fiabilité grâce à l’intégration du réseau industriel, de la sécurité fonctionnelle, des interfaces d’encodeur et d’étage de puissance et des algorithmes de contrôle de traitement numérique du signal (DSP) dans un seul appareil.
- Performances évolutives : Utilisez une seule plateforme évolutive sur l’ensemble des gammes de produits. Obtenez des performances supérieures avec des boucles de contrôle déterministes plus rapides et plus avancées.
- Sécurité fonctionnelle : Réduisez le temps et les efforts de conformité avec des appareils et des outils conformes à la directive Machines IEC61508 aux normes de sécurité.
Le contrôleur logique programmable (PLC) est un ordinateur industriel utilisé pour contrôler l’automatisation des processus industriels. PLC est un dispositif informatique à semi-conducteurs conçu pour résister aux conditions difficiles de l’usine et effectuer la surveillance et le contrôle en temps réel de différents processus industriels.
Les automates sont largement utilisés dans presque tous les processus industriels, mais les systèmes actuels sont généralement optimisés pour un domaine spécifique en tant que système fermé. Alors que l’industrie 4.0 favorise l’automatisation dans de multiples domaines sur le réseau, les automates sont intégrés dans des plates-formes informatiques plus grandes (comme les ordinateurs de périphérie) en tant que fonction logicielle pour permettre la consolidation des charges de travail.
FPGAs sont couramment utilisés pour l’extension d’E/S, l’Ethernet industriel et les périphériques de communication par bus de terrain pour permettre le calcul parallèle déterministe et à faible latence de l’API. En outre, FPGA est utilisé pour la sécurité fonctionnelle car certains automates sont utilisés pour des applications critiques pour la sécurité. Intel et ses partenaires proposent une variété de noyaux IP ainsi que des références certifiées pour la sécurité et un ensemble de données de sécurité fonctionnelle.
Solution TSN d’Intel et de TTTech
La norme IEEE 802.1 TSN permet le mélange et l’appariement de solutions matérielles et logicielles industrielles de différents fournisseurs, offrant ainsi une connectivité déterministe en temps réel.
Intel et TTTech Industrial Automation AG fournissent une solution prête à l’emploi, sans frais de licence initiaux, sans rapport de redevance unitaire et sans négociations prolongées.
La solution IP TSN de TTTech pour Intel® FPGA prend en charge :
Point de terminaison commuté 3/5 ports 10/100/1000 Mbit/s
IEEE 802.1 AS, IEEE 802.1 CB, Qbv, Qbu, Qcc
Noyau Linux* 4.14 LTS
- Découper et stocker et transférer
Solutions Ethernet industrielles avec Intel et Softing
Intel® FPGA industriel fournit la connectivité pour une intégration transparente de l’Ethernet industriel existant.
Pour faciliter l’ajout de l’Ethernet industriel à votre conception, Intel et Softing Industrial Automation GmbH fournissent une solution prête à l’emploi sans frais de licence initiaux, sans rapport de redevance unitaire et sans négociations prolongées.
Cette solution contient les protocoles Profibus, Profinet, EtherCAT, EtherNet/IP et Modbus. Le suivi des licences est effectué à l’aide d’un CPLD de sécurité externe qui déverrouille l’IP de protocole chargée dans le FPGA au démarrage.
SoM embarqué Exor (système sur module)
Exor fournit des SoM et RRK déployables en Intel® FPGA pour les protocoles TSN et brownfield qui sont déjà utilisés pour des cas d’utilisation de fabrication avec une qualité robuste et une longue durée de vie.
ISO 13849-1 Cat. 3 PLd
Notre concept de sécurité technique décrit comment obtenir un chat. 3 PL d réduction du risque équivalente selon ISO 13849-1 et IEC 61508 SIL 2, revue et approuvée par TÜV Rheinland. Il démontre une implémentation possible d’un système basé sur une Intel® SoC FPGA, en utilisant l’exemple d’un FPGA SoC Cyclone® V et d’un dispositif de logique de sécurité externe (ESL) pour l’automatisation des processus industriels et l’application de sécurité des machines.
Ensemble de données de sécurité fonctionnelle (FSDP)
En utilisant la certification des outils et des appareils et les directives de notre package de données de sécurité fonctionnelle certifié Safety Integrity Level 3 (SIL3), les développeurs peuvent raccourcir le temps de développement de la norme IEC 61508 et réduire les risques de certification dans de nombreuses applications industrielles critiques pour la sécurité.
De plus, le flux de conception de séparation de sécurité conserve l’avantage FPGA de mises à niveau et de corrections de bogues rapides tout en réduisant la nécessité d’une recertification complète de la conception.
Carte de référence de sécurité SafeFlex de NewTec
Pour réduire davantage l’effort de conception des clients dans les conceptions de sécurité nécessitant la certification IEC 61508 jusqu’à SIL3 et IEC 13849 PLe Cat 4, Intel et NewTec se sont associés pour développer la carte de référence de sécurité fonctionnelle SafeFlex.
Renforcement de l’équipement de fabrication de semi-conducteurs grâce à des FPGAs
Ce livre blanc propose d’intégrer Intel FPGAs dans les rédacteurs de masques et les outils d’inspection de surface afin d’améliorer les performances des machines et d’aider ainsi les fonderies du monde entier à répondre à la demande de puces.
Flex : Intel® FPGAs dans Smart Factory
Ce livre blanc explique une approche innovante adoptée par Flex pour réaliser la transformation Industrie 4.0 de sa gamme de technologies de montage en surface (SMT) basée sur Intel® FPGAs.
V-Sync : Contrôle intelligent des moteurs pour distributeurs automatiques par V-Sync
V-Sync implémente le contrôle moteur de 12 ports I2C dans leurs distributeurs automatiques intelligents en utilisant une Intel® FPGA qui offre une réactivité en temps réel et des fonctionnalités de contrôle.
Fiches solutions
Livres blancs
- IP de l’interface de codeur de position multiprotocole ›
- Maintenance conditionnelle pour la fabrication ›
Connectivité industrielle
Sécurité fonctionnelle
Réduire les étapes pour obtenir une certification de sécurité ›
Une méthodologie validée pour la conception de systèmes industriels sûrs sur une puce ›
Développer des systèmes de sécurité fonctionnelle avec des FPGAs qualifiés TUV ›
8 raisons d’utiliser FPGAs dans les applications de sécurité fonctionnelle de la norme IEC 61508 ›
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