在上次的推送中，我們給大家分享了安川電機(jī)在機(jī)器人控制器中如何使用英特爾 FPGA 的應(yīng)用案例（上），感興趣的讀者可點(diǎn)擊查看詳情。今天我們帶來(lái)的是下篇，解答此前留下的兩個(gè)關(guān)鍵問題。

對(duì)編碼器進(jìn)行交叉監(jiān)控

在使用機(jī)器人或其他工業(yè)機(jī)械時(shí)，嚴(yán)格的安全措施是必不可少的，這有助于確保在發(fā)生操作錯(cuò)誤或故障時(shí)不會(huì)對(duì)附近的人或財(cái)產(chǎn)造成傷害，并能夠?qū)⑷魏未祟愂录暮蠊抵磷畹?。雖然這些安全功能的提供方式各異（例如使用安全通告或安全圍圈提供物理屏障），但“功能安全”這個(gè)術(shù)語(yǔ)指的是通過電路、電子線路或軟件來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)。

為了符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)，通常需要通過添加額外的安全功能來(lái)提升控制系統(tǒng)。在 YRC1000 上，這些與安全相關(guān)的系統(tǒng)被實(shí)施在單獨(dú)的電路板（“安全電路板”）上。

英特爾 FPGA 在安全電路板上的任務(wù)是根據(jù)來(lái)自各個(gè)軸的編碼器的數(shù)據(jù)，持續(xù)監(jiān)控機(jī)械臂的位置和速度。舉例說明安全功能：當(dāng)機(jī)械臂因?yàn)槟撤N原因移動(dòng)到預(yù)定義區(qū)域之外，或超過預(yù)定義速度時(shí)，有一個(gè)機(jī)制會(huì)立即停止軸電機(jī)。

YRC1000 還集成了各種其他的可靠性和安全性增強(qiáng)功能，包括讓不同的英特爾 FPGA 交叉監(jiān)控彼此的編碼器數(shù)據(jù)。

如何縮短認(rèn)證所需時(shí)間并減輕工作量？

遵守功能安全標(biāo)準(zhǔn)是許多國(guó)家和地區(qū)的強(qiáng)制性要求。例如，歐盟的 2006/42/EC 機(jī)械指令要求遵守 IEC 61508。這意味著設(shè)備供應(yīng)商有義務(wù)更新其內(nèi)部質(zhì)量管理系統(tǒng)以納入相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并整合到開發(fā)和驗(yàn)證流程中。此外，使用第三方機(jī)構(gòu)來(lái)認(rèn)證公司設(shè)備符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)也是一種常見的方法。

英特爾認(rèn)識(shí)到該標(biāo)準(zhǔn)的重要性，于 2010 年（同年，IEC 61508 第二版發(fā)布）推出了業(yè)界首個(gè)通過 IEC 61508 認(rèn)證的功能安全數(shù)據(jù)包，以縮短采用英特爾 FPGA 的系統(tǒng)通過功能安全合規(guī)認(rèn)證所需的時(shí)間。

功能安全數(shù)據(jù)包適用于 IEC 61508 安全完整性 3 級(jí) （SIL3） 及以下的設(shè)計(jì)，其認(rèn)證由德國(guó)第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu) TüV 萊茵負(fù)責(zé)。數(shù)據(jù)包包含以下幾項(xiàng)內(nèi)容。請(qǐng)參見下面的表 1 以了解功能安全數(shù)據(jù)包內(nèi)容的詳細(xì)信息：

指南——使用英特爾 FPGA 開發(fā)方法和工具設(shè)計(jì)滿足 IEC 61508 認(rèn)證要求的系統(tǒng)；

FMEDA 工具——用于計(jì)算采用英特爾 FPGA 的系統(tǒng)的故障率和安全故障比例 （SFF）；

安全手冊(cè)——說明如何以符合 IEC 61508 的方式使用英特爾 Quartus Prime 設(shè)計(jì)軟件和英特爾 FPGA 系統(tǒng)；

用于 Nios II 處理器等硬件的認(rèn)證 IP，以及用于監(jiān)控 FPGA、內(nèi)存和時(shí)鐘信號(hào)完整性的符合 IEC-61508 標(biāo)準(zhǔn)的診斷 IP（包括源代碼）；

英特爾 FPGA 的最新可靠性報(bào)告；

由 TüV 萊茵出具的合規(guī)證書。

功能安全數(shù)據(jù)包與本文中介紹的機(jī)器人控制器一起，幫助縮短了實(shí)施功能安全和獲得安全關(guān)鍵型工業(yè)機(jī)械（如工業(yè)伺服驅(qū)動(dòng)器、逆變器、安全設(shè)備和自動(dòng)化控制器）認(rèn)證所需的時(shí)間和成本。英特爾估計(jì)產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間可以大大縮短，依具體情況而定。在安川電機(jī)，英特爾功能安全數(shù)據(jù)包被成功用于 YRC1000 安全相關(guān)系統(tǒng)，縮短了通過 IEC 61508 SIL2、EN ISO 10218-1:2011 和 EN ISO 13849-1:2015 安全標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證所需的時(shí)間。

英特爾 FPGA滿足工業(yè)機(jī)器人不斷變化的需求

在無(wú)止境追求生產(chǎn)力和效率、IT 進(jìn)步，以及多國(guó)勞動(dòng)力縮減的背景下，以更智能的運(yùn)營(yíng)為特色的智能工廠概念正在引起人們的注意。

這些智能實(shí)踐的廣泛采用可能還會(huì)伴隨著協(xié)作機(jī)器人、自主機(jī)器人和自主 AGV 等技術(shù)，特別是本文描述的工業(yè)機(jī)器人的進(jìn)一步普及。整合第五代 （5G） 電信和專用 5G 系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制應(yīng)用已經(jīng)開始試驗(yàn)。在提高性能和精度的同時(shí)，還需要進(jìn)一步增強(qiáng)安全性和可靠性。

對(duì)于滿足安全要求以及應(yīng)對(duì)這些全新智能實(shí)踐和其他快速的市場(chǎng)變化來(lái)說，英特爾 FPGA 及其為修改邏輯提供的靈活性必將是一筆寶貴的財(cái)富。作為工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的全球領(lǐng)先企業(yè)之一，安川電機(jī)已經(jīng)將英特爾 FPGA 投入使用，以提高機(jī)器人控制器的性能和精度，并促進(jìn)功能安全性的實(shí)施。通過采用英特爾功能安全數(shù)據(jù)包，他們還減輕了獲得功能安全認(rèn)證所需的工作量。

隨著機(jī)器人和其他工業(yè)機(jī)械環(huán)境的不斷發(fā)展，英特爾 FPGA 和功能安全數(shù)據(jù)包已準(zhǔn)備就緒。

編輯：jq