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XilinxFPGA和SoC颠覆传统控制

发布时间:2020-07-21 19:15:14 阅读: 来源:车床厂家

FPGA的特点是擅长做信号的并行处理和硬件加速。Xilinx亚太区Zynq业务发展经理罗霖认为,在电机方面,由于现在中高端的机器人、数控机床等会用到六轴及以上的电机,这方面基本是FPGA一统天下。而三轴、四轴方案有时会看到x86、DSP和FPGA方案并存。

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图1 机器人的智能控制示意图

中国现在四轴方案多一些,但是未来会向中高端去做。因为现在中国的电子元器件加工,食品饮料生产线、汽车生产线还主要靠采购国外设备,未来会逐渐国产化。

“针对工厂自动化设备、高端数控机床、机器人等方面,Xilinx主推基于Zynq处理器的解决方案,” Xilinx亚太区Zynq业务发展经理罗霖说,“好处是可以把电机控制和工业以太网结合起来,即用户可以通过工业以太网(例如EtherCAT, Profinet, Powerlink等)把电机作为伺服从机,工业电脑是主机来控制(图1)。”对此,Xilinx有相应的参考设计,比如有Zynq开发板,上面可带4个步进电机/BLDC(无刷电机),并提供相应的算法,例如FOC(矢量控制)算法,另外,电流环、速度环、位置环等都可以在FPGA上进行硬件实现。这样的优势是性能会大大提高,像电流环控制只需要1.6μs,速度环3.2μs,位置环6.4μs,即用户可以在6.4μs内就能完成4个马达的实时控制。

机器视觉助力精确

为了执行器的路线走得准确,还需要机器视觉来判断物体的位置和大小。传统的做法是前端会用一个摄像头,采集的图像会通过视频采集卡传到工业电脑上,比如可以用x86的处理器做后面的图像处理和分析,即把智能放到后端去了。现在,新的趋势是把智能移向前端,即把越来越多的图像采集、处理、实时分析做到摄像头端,为此,Xilinx专门推出了基于Zynq的开发套件——Smart Vision Dev Kit。

PLC革命

PLC可以理解成主站。过去PLC可能在工业电脑上,工业电脑运行PLC的功能。现在出现了嵌入式PLC,例如有一些ARM处理器做的PLC。而且一些较高端的PLC希望集成更多的功能,诸如HMI(人机界面)和一些运动控制功能,这时,FPGA和Zynq也是非常好的选择。因为今天的PLC上会集成工业实时以太网,可以利用FPGA的硬件加速或者Zynq去运行一些协议栈。相比x86通用处理器,由于x86没有针对具体的应用进行专门的设计(例如多轴的运动控制),用FPGA做并行的处理、硬件加速更合适。另外,x86上可能会带有一些标准的以太网口,但是这些并不一定是实时的工业以太网(因为实时的工业以太网的协议跟一般的以太网不同,需要做一些专门的定制和修改。)。因此借助FPGA和Zynq的灵活性和性能,可以实现业界主流的所有工业以太网的标准,还可以把网络和处理这两部分整合在一个单芯片的解决方案里。

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