智能工厂自动化系统中控制级设计面临的挑战

工业4.0的工厂自动化系统通常主要包括三个级别的驱动实时通信和控制的设备：1。 ＆amp; nbsp;在现场一级，I / O模块，制动器和驱动器负责工厂的物理操作。
2。 ＆amp; nbsp; ＆amp; nbsp;在控制级别，可编程逻辑控制器（PLC）或计算机数控（CNC）负责从现场级别收集信息并向现场发布指令； 3.＆nbsp; ＆amp; nbsp;在操作员级别，人机界面（HMI）设备与操作员进行交互通信，并且操作员可以同时发布指令。
每个级别都需要优化的硬件和软件解决方案，以解决他们面临的严峻设计挑战。其中，与控制层次结构相关的挑战特别难以解决。
随着控制器支持的节点数量逐渐增加，除了与所有工业自动化设计相关的挑战（例如能耗，较长的电源寿命和可靠性要求）外，控制级设备的设计人员还面临某些特定的挑战。挑战。
更多的支持节点意味着，在整个工厂解决方案中所需的控制器数量应减少，以创建更具成本效益的自动化解决方案，或者这些附加节点可以在工厂中应用，以实现更高的自动化程度。但是，随着受支持节点数量的增加，处理器的性能也必须逐年提高，并且在这种情况下仍保持足够低的功耗，以避免增加封装的尺寸。
此外，大多数PLC在设计时不需要添加风扇，因此功耗是关键的设计方面。由于PLC和CNC在工厂中同时控制大量节点或功能，因此其操作的实时性非常重要。
对于解决方案而言，实现精确定时需要两部分：一个是实时操作系统，另一个是用于工业通信的灵活的时间感知外设。这些设备中使用了实时操作系统（RTOS）来制定决策和控制延迟，以满足关键的时序要求。
商用RTOS已在工业控制领域中广泛使用了数年。同时，它对RT Linux＆reg;感兴趣。
解决方案也在增加。这些解决方案增加了工业自动化应用所需的时间感知和决策能力。
同时，它还具有大型Linux开源社区的所有优势。对于实时解决方案的通信外围部分，主要要求是通过一种即使在需要增加节点数的情况下也可以实现低延迟和较短协议周期时间的方法来支持工业现场总线协议。
当必须在一个设计中支持多个现场总线标准时，这将成为一个更复杂的问题。为了使终端产品与EtherCAT，PROFINET，Ethernet / IP和工厂可能使用的许多其他标准兼容，需要多协议支持。
通过硬件（ASIC）满足多协议支持更加复杂。原因是每个协议可能需要其自己的专用ASIC，因此每个受支持的现场总线都需要不同的电路板设计。
如果采用可编程方法，则问题可能会变得更简单。在这些方法中，只能通过软件或固件更改来更改现场总线协议。
为了使这种实时通信解决方案更加方便，快捷，控制器需要大量的外围接口，因为它们需要连接到工厂的现场总线网络，I / O的背板，执行器，驱动器或其他。在多个级别上。
控制器与使用OPC UA和其他协议进行数据收集以实现工厂诊断功能的服务器进行通信。所有这些都需要大量的外围接口，尤其是以太网接口。
另外，需要一种灵活的可编程通信解决方案。图片：可编程逻辑控制器和I / O卡for用于Sitara＆amp; trade;的TMDXIDK5728工业开发套件（IDK）； AM572x处理器现已向外界公开，以评估控制级工厂自动化解决方案。
AM572x双核ARM＆reg; Cortex＆amp; reg-A15处理器非常适合工业应用，因为它可以支持工业温度范围，达到长达100,000小时的超长使用寿命，并具有实时软件支持和大量外围设备。例如，用于可编程工业通信的双PRU-ICSS（处理器实时单元和工业通信子系统）。
TMDXIDK5728提供4个以太网。