更智能、數字化的工業

自動化生產環境

工業自動化（Industrial Automation）的發展旨在提升生產效率、降低成本并減少人力依賴，這一過程涵蓋了多種技術的應用與進步。工業自動化的核心在于將工廠中的機械設備、控制系統及信息技術集成，實現生產過程的自動化、數字化與智能化。本文將為您介紹工業自動化的發展歷程與目前的趨勢，以及由NXP（恩智浦）所推出的相關解決方案。

工業自動化的發展與未來趨勢

工業自動化的早期階段主要依賴機械技術與簡單的控制系統。此時，自動化設備主要是一些基于繼電器和簡單電氣系統的控制機構。到了20世紀70年代，隨著可編程邏輯控制器（PLC）的發展，工業自動化進入了數字時代。PLC允許工廠管理者通過編程來靈活控制生產流程，并實現多任務序的自動化。

隨著微處理器、通信技術和傳感器技術的發展，工廠的自動化程度不斷提高。監控與數據采集系統（SCADA）和分布式控制系統（DCS）等技術開始普及，工廠內部的信息流更加暢通，生產效率和產品質量大幅提升。

現今的工業自動化逐步向工業4.0邁進，強調數字化、互聯網和物聯網（IoT）技術的應用，實現「智能工廠」的概念。在智能工廠中，設備之間實現互聯互通，并通過數據分析、人工智能等技術自動優化生產流程。

工業自動化會用到多種核心技術，包括可編程邏輯控制器、分布式控制系統（DCS）、監控與數據采集系統（SCADA）、工業機器人、傳感技術與物聯網（IoT）、大數據與人工智能（AI）、邊緣計算與工業云等技術，以實現更具有運營效率、更為安全的自動化工廠環境。

工業自動化應用未來將與人工智能進行深度融合，隨著人工智能技術的進步，工業自動化系統將能夠自主學習和優化生產流程，進一步減少人為干預。此外，結合數字孿生技術能夠在虛擬環境中模擬真實工廠，提前發現生產過程中的潛在問題并進行優化，提高決策的準確性和生產效率。另一方面，未來工業自動化系統將更加注重人機協作，讓自動化設備和工人能夠無縫協作，以提高生產靈活性。工業自動化技術的快速發展推動了制造業的變革，并且隨著技術的進一步融合與創新，未來工業自動化的應用范圍和智能化水平將會更加廣泛。

多種應用提升工業自動化的生產效率

工業自動化涵蓋多種應用，包括運動控制和機器人、電機驅動器、PLC和遠程IO、工業人機接口、工業網絡設備等。運動控制和機器人的實時控制和集成連接能力，對于機械臂和整個工廠車間的同步操作至關重要，必須支持多軸運動控制到高性能機器人應用，來滿足同步和協調移動的需求，其中需要處理器集成多種連接功能，并支持多種實時操作系統，以提供確定性和實時控制。

電機驅動器則通過精確的速度和位置控制，節約能源、延長電機壽命，關鍵在于有安全互聯處理的高效電源管理。電機驅動器可精確控制速度和位置，節約能源并延長電機的使用壽命，電機驅動器采用了安全邊緣處理、高效電源管理IC、RTC、具有電流監測功能的熱效率電源驅動器、USB和CAN收發器以及電壓電平轉換器。

在PLC和遠程IO方面，將采用面板式控制器和大型分布式控制系統，需要安全可靠的實時計算解決方案，以精確管理機器和流程，實現工廠內的同步操作。對于最小的IO應用到最強大的高性能PLC應用，必須采用具有多個通信接口和TSN的低功耗邊緣微控制器和處理器、高精度和高性能模擬和數字前端，以及信息安全和功能安全。

工業人機接口則便于系統的操作，強大的工業級解決方案具有豐富的圖形功能，可將復雜的制造流程轉變為清晰、可操作的圖例，幾乎可在任何地方使用。其中需要采用工業級微處理器，為苛刻的工業環境提供HMI解決方案。這些設備經過上電測試來模擬關鍵應用的全天候運行，在這些關鍵應用中，精度、性能和使用壽命都是重要因素。

工業網絡設備包括工業網絡網關和交換機，可將操作技術（OT）和信息技術（IT）網絡，以及完全不同的協議相結合，實現安全、可靠、確定性的實時操作。工業網絡系統必須實時完成大量數據的傳輸，為了在整個工廠車間實現協調同步的自動化，工業系統必須將IT和OT網絡及其協議結合起來，并應對日益嚴重的安全威脅。這些系統也需要先進的安全處理、有線和無線連接，以及對一系列工業協議的支持。

經過驗證的多功能、高性能應用處理器

為滿足市場對更多功能、更高性能的應用需求，NXP推出了一系列的i.MX 9應用處理器，i.MX 9系列應用處理器建立在經市場驗證的i.MX 6和i.MX 8系列產品的基礎上，匯集了性能更高的應用內核、獨立的類MCU實時域、Energy Flex架構、先進的由EdgeLock安全區域加持的安全性，和專用多傳感數據處理引擎（圖形、圖像、顯示、音頻和語音）。i.MX 9系列是EdgeVerse 邊緣計算平臺的一部分，該系列的很多產品集成了硬件神經處理單元，可加速邊緣的機器學習（ML）應用。

i.MX 9系列應用處理器包括i.MX 91、i.MX 93與i.MX 95，i.MX 91產品家族具有安全高效的特性，為成千上萬的邊緣應用提供了基于Linux的解決方案，可應用于安全Linux控制器平臺、物聯網和工業RTOS；i.MX 93則是面向汽車、消費電子和工業物聯網的機器學習加速、高能效的MPU，可應用于ML Vision、汽車邊緣、工業HMI、智能家電、工業和物聯網網關；i.MX 95是面向汽車、工業和物聯網邊緣的安全、可靠且互聯的應用處理器，支持ML Vision、安全平臺、HMI、強大的Android/Linux平臺。未來的i.MX 9系列可擴展平臺，還將推出更多采用Arm v8.2-A（32位/64位）內核的應用處理器，敬請期待。

以下將重點介紹i.MX 93應用處理器，這款處理器通過集成的EdgeLock安全區域提供高效的機器學習（ML）加速和高級安全，以支持高能效的邊緣計算。i.MX 93處理器是i.MX系列中首個集成了可擴展的Arm Cortex-A55內核的產品，有助于提高Linux邊緣應用及Arm Ethos-U65 microNPU的性能與能效，助力開發人員打造功能更強大、更具成本效益、更節能的ML應用。

i.MX 93處理器采用NXP創新的Energy Flex架構，可優化工業、物聯網和汽車設備的性能與能效。SoC針對汽車、工業和消費電子物聯網細分市場提供豐富的外設。作為EdgeVerse 智能邊緣解決方案的一部分，i.MX 93處理器提供消費電子、工業、擴展工業和汽車級認證的產品，并由NXP產品長期供貨計劃提供支持。

i.MX 93 處理器支持多核處理，具有1-2個Arm Cortex-A55，主頻為 1.7GHz，以及 Arm Cortex-M33 @ 250Mhz與Arm Ethos U-65 microNPU，支持EdgeLock安全區域，在連接能力上支持帶PHY的兩個USB 2.0 Type C接口，2個千兆以太網接口，具有AVB與IEEE 1588用于同步模式，節能以太網（EEE）用于低功耗模式，其中1個支持TSN，還有兩個CAN-FD、8個UART，8個I2C，8個SPI，兩個I3C接口，此外還支持外部存儲器、圖形、顯示屏接口、攝像頭接口、音頻等功能，支持的操作系統包括Linux、FreeRTOS、Greenhills、QNX與 Vxworks，提供多種尺寸的FCCSP封裝，可在-40 至 125℃ 的溫度范圍下運作。

新型產品開發板提升產品開發速度

為加速客戶的產品開發速度，NXP推出了i.MX 93 QSB，這是i.MX 93產品家族中新增的一款開發板。i.MX 93快速入門評估套件QSB提供了一個低成本平臺來評估9x9mm封裝中的i.MX 93應用處理器。

該單板解決方案由i.MX 93 SoC（9x9mm封裝）、LPDDR4/LPDDR4X、eMMC、PMIC組成，提供產品評估所需的廣泛連接性，并可實現功率測量，使用NXP PMIC PCA9451A，通過M.2接口連接到NXP Wi-Fi和BT – IW612（與所有模塊制造商兼容），并支持EVK的軟件板支持包（BSP），經過廣泛驗證，包括PCA9451A和IW612模塊的驅動程序。該套件通過提供更低成本的參考板設計來加快您的上市時間，從而提供了一個極好的起點。此外，NXP還有推出支持不同封裝尺寸的評估套件，包括MCIMX93-EVK（11 x 11mm）可供選擇。

i.MX 93處理器支持兩個千兆位以太網控制器（能夠同時運行），并支持節能以太網（EEE）、以太網AVB和IEEE 1588。MCIMX93-QSB板上使用了1個RTL8211FDI-VD-CG以太網收發器，符合10Base-T、100Base-TX和1000Base-T IEEE 802.3標準。

此開發板可應用于工業應用中的空調、樓宇安全與保安、斷路器、熱量表、工業人機界面，在智能城市應用中的車隊管理、庫存和供應鏈管理，在智能家居應用中的音頻／視頻（AV）接收器、家庭控制面板、家庭安全和監控、家用能源顯示、家電、機器人設備等產品。

結語

隨著技術的不斷進步，更智能、數字化的工業自動化生產環境將成為未來制造業的核心驅動力。這一轉變不僅提升了生產效率和產品質量，還顯著降低了運營成本和能源消耗。通過人工智能、大數據、物聯網和邊緣計算等技術的應用，智能化的生產環境將推動整個工業領域向著高效、可持續發展的方向邁進。本文所介紹的NXP應用處理器與開發板，則將為您開發相關應用時，提供最高效、靈活、低成本的解決方案。