2023-05-29-英特尔-2022-2023新一代智能工业控制器快速搭建指南_60页_15mb

英特尔赋能智能工业控制总结

核心内容概述

本指南全面介绍了新一代基于英特尔x86架构的智能工业控制器，涵盖了行业概述、主要需求与核心技术、选型搭建与测试流程、典型应用场景以及英特尔的一站式解决方案。旨在帮助生态伙伴快速部署与实践，推动工业自动化升级与智能制造转型。

主要观点与关键信息

行业概述

• 智能工业发展：工业自动化经历了从机械控制、电气控制到计算机控制的演变，当前正向基于x86架构的智能控制器发展。
• 三大支柱：现代工业自动化主要由PLC、CNC和工业机器人构成。
• 趋势与挑战：
  • 负载整合：多设备协同控制，提升系统效率。
  • 全面互联：支持多种工业通信协议，实现设备与系统的无缝连接。
  • 智能化：从自动化向自治化演进，结合AI与机器学习实现数据驱动决策。
  • 主要挑战：包括协议不统一、数据格式不兼容、跨平台数据互联、模型搭建复杂性、系统安全与可靠性等。

新一代智能工业控制器的主要需求和核心技术

2.1 新一代智能工业控制器

• 工业边缘节点的典型应用，具备敏捷联接、实时计算、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等能力。
• 基于《工业互联网边缘计算节点白皮书1.0》的指导思想。

2.2 硬件需求与核心技术

• 工业级环境：支持宽温、宽电压、抗电磁干扰等。
• 工业接口：需支持GPIB、EtherCAT、RS-485等。
• 易扩展性：模块化设计，便于定制化和升级。
• 硬件安全：包括节点安全、身份认证、功能安全等。
• 异构计算：支持CPU + FPGA等组合，优化性能与功耗。

2.3 系统软件需求与核心技术

• 实时连接性：支持多种工业通信协议（如OPC UA、EtherCAT等）。
• 虚拟化/容器化：提升系统灵活性与可移植性，支持多种操作系统。
• 实时系统选型：可采用实时补丁（如INtime、Xenomai）或专用实时系统（如QNX、VxWorks）。
• 软件安全：涵盖网络安全、数据安全、应用安全等。

2.4 应用软件需求与核心技术

• 实时应用软件：如逻辑控制、运动控制，支持多种编程语言（如IEC 61131-3、IEC 61499等）。
• 非实时应用软件：包括IDE、CAD/CAM、协议转换、预测性维护等。
• 开源与商用方案：各有优劣，需根据企业需求进行选择。

选型、搭建与测试

3.1 硬件选型与搭建

• 工业级芯片选型：如第11代英特尔®酷睿™i7-1185GRE，支持高实时性与工业环境适应。
• 硬件结构：建议采用模块化设计，便于定制化与扩展。
• 接口设计：需考虑不同工业场景下的接口需求，如GigE、USB3.0、EtherCAT等。
• 散热与电源设计：采用无风扇设计，确保宽温运行与电压稳定性。

3.2 硬件测试与验证

• EVT阶段：重点测试信号完整性与电源完整性。
• DVT与PVT阶段：进行兼容性、性能、可靠性及认证测试。
• 测试工具：如VRTT、Cyclictest、眼图测试等。

3.3 软件选型

• 商用方案：提供标准化流程与丰富技术支持，如CODESYS、INtime等。
• 开源方案：灵活性高，但需技术积累，如Xenomai、Linux实时补丁等。
• 搭建策略：包括单体式与微服务式，后者更适用于复杂系统。

3.4 软件系统搭建

• 虚拟化组件：如ACRN、KVM等。
• 实时操作系统：如Preempt-RT、Xenomai等。
• 中间件与工具：如OPCUA、ROS2、IgH EtherCAT等。
• 节点管理组件：如StarlingX、DMS、Intel Orchestration Service等。

3.5 软件系统测试

• 测试指标：轮询周期、延时、抖动等。
• 测试工具：如Cyclictest、INtime Jitter Display等。
• 测试目标：确保系统稳定性与实时性，优化抖动与最大延时。

典型应用与场景

4.1 智能机械控制器

• 架构：基于x86架构，采用软硬件解耦方式。
• 优势：
  • 灵活的功能开发与调试；
  • 高复用性，支持跨平台迁移；
  • 开放性高，便于“二次开发”与数据采集处理。

4.2 CNC控制器

• 架构：集成CNC与PLC控制，支持运动控制与逻辑控制。
• 优势：
  • 支持多种实时操作系统与运行时；
  • 提升系统灵活性与扩展性；
  • 便于实现“工业4.0”与智能制造的数据需求。

4.3 工业机器人（机械臂）控制器

• 架构：结合实时操作系统与运动控制库，支持多种通信协议。
• 优势：
  • 兼容性强，支持多种运行时与操作系统；
  • 支持“软PLC”与现场总线配置；
  • 便于“二次开发”与算法集成。

4.4 自主移动机器人(AMR)控制器

• 架构：集成SLAM、路径规划等算法，支持HMI与实时操作系统。
• 优势：
  • 支持多种传感器与控制协议；
  • 提升移动控制与导航能力；
  • 支持虚拟化与多任务处理。

4.5 可编程自动化控制器(PAC)

• 架构：基于x86架构，支持多种工业控制功能。
• 优势：
  • 灵活性高，支持多种应用需求；
  • 可集成多种控制模块与安全功能；
  • 便于系统集成与扩展。

英特尔一站式解决方案

5.1 英特尔工业等级芯片

• 提供不同等级的芯片（商用、嵌入式、工业级），满足不同场景需求。
• 工业级芯片支持高实时性与功能安全。

5.2 工业边缘节点参考设计

• 提供硬件参考设计，便于快速开发与部署。
• 支持多种接口与通信协议。

5.3 英特尔工业边缘控制平台

• 支持虚拟化与容器化技术，便于多任务处理与系统集成。
• 适用于多种工业场景，如运动控制、视觉引导等。

5.4 英特尔工业边缘洞见平台

• 提供数据分析与洞察，支持预测性维护与智能决策。
• 集成多种工业协议与数据处理能力。

推荐产品方案

7.1 硬件方案 OEM

• 和利时、汇川技术、沈机、新松、信捷电气：提供多种基于x86架构的工业控制器产品。

7.2 硬件方案 ODM

• 大唐计算机、康士达、诺达佳、锐宝智联、卓信创驰、信步科技：提供定制化硬件方案。

7.3 系统解决方案 SI

• 大族智控：提供完整的系统解决方案，支持多层级开发与部署。

推荐软件方案

8.1 商用软件方案

• Beckhoff 倍福、CODESYS、Real-Time Systems、TenAsys：提供成熟的工业控制软件与平台。

8.2 开源软件方案

• OPC UA、Xenomai、ROS2、ACRN：支持灵活开发与跨平台部署。

总结

新一代基于英特尔x86架构的智能工业控制器，为工业自动化提供了更灵活、更高效、更安全的解决方案。其软硬件解耦、支持多种协议与平台、具备高实时性与计算能力，能够满足智能制造、工业4.0等趋势下的多样化需求。英特尔通过其工业芯片、边缘节点参考设计、边缘控制平台和边缘洞见平台，为行业提供了一站式支持。同时，结合OEM、ODM及SI等硬件方案，以及商用与开源软件方案，形成完整的生态链，助力工业自动化升级与转型。