Fabrieksautomatiseringssystemen voor Industrie 4.0 bestaan doorgaans uit drie niveaus van apparatuur om real-communicatie en controle mogelijk te maken:
Op veldniveau beheren I/O-modules, actuatoren en aandrijvingen de fysieke activiteiten binnen de fabriek;
Op besturingsniveau zijn programmeerbare logische controllers (PLC's) of computer numerieke besturingssystemen (CNC) verantwoordelijk voor het verzamelen van informatie op veldniveau en het geven van opdrachten aan het veld.
Op operatorniveau communiceren human{0}}machine interface (HMI)-apparaten met operators, die tegelijkertijd opdrachten kunnen geven.
Elk niveau vereist geoptimaliseerde hardware- en softwareoplossingen om de unieke ontwerpuitdagingen aan te pakken. Hiervan zijn de uitdagingen op controleniveau bijzonder moeilijk op te lossen.
Naarmate het aantal door één enkele controller ondersteunde knooppunten blijft toenemen, worden ontwerpers van apparaten op besturings{0}}niveau geconfronteerd met specifieke uitdagingen die verder gaan dan de gebruikelijke ontwerpproblemen bij industriële automatisering, zoals energieverbruik, langere levensduur van de voeding en betrouwbaarheidseisen. Door meer knooppunten te ondersteunen, zijn er minder controllers nodig voor de gehele fabrieksoplossing, waardoor een kosteneffectievere automatiseringsoplossing ontstaat. Als alternatief kunnen deze extra knooppunten in de hele fabriek worden ingezet om een hoger automatiseringsniveau te bereiken. Naarmate het aantal ondersteunde knooppunten echter groeit, moeten de processorprestaties dienovereenkomstig worden geschaald, terwijl het energieverbruik voldoende laag blijft om een toename van de pakketgrootte te voorkomen. Bovendien zijn de meeste PLC's ontworpen zonder ventilatoren, waardoor vermogensdissipatie een kritische ontwerpoverweging is.
Omdat PLC's en CNC's gelijktijdig talloze knooppunten of functies binnen een fabriek besturen, is de realtime aard van hun activiteiten van cruciaal belang. Wil een oplossing een nauwkeurige timing bereiken, dan zijn twee componenten essentieel: een realtime besturingssysteem (RTOS) en flexibele, tijd-bewuste randapparatuur voor industriële communicatie. De RTOS wordt in deze apparaten gebruikt om de besluitvorming-te beheren en de latentie te controleren, waardoor naleving van kritische timingvereisten wordt gegarandeerd. Commerciële RTOS worden al jaren op grote schaal toegepast in de industriële besturing, terwijl de belangstelling voor RT Linux®-oplossingen blijft groeien. Deze oplossingen bieden de tijd-gevoeligheid en besluitvorming- die nodig zijn voor industriële automatiseringstoepassingen, terwijl ze de volledige voordelen van de grote open- Linux-gemeenschap benutten.
Voor het perifere communicatiegedeelte van real{0}}oplossingen is de primaire vereiste het ondersteunen van industriële veldbusprotocollen via een methode die een lage latentie en korte protocolcyclustijden bereikt, zelfs als het aantal knooppunten toeneemt. Dit wordt een complexere uitdaging wanneer meerdere veldbusstandaarden binnen één ontwerp moeten worden ondersteund. Ondersteuning voor meerdere-protocollen is essentieel om ervoor te zorgen dat eindproducten compatibel zijn met meerdere standaarden-zoals EtherCAT, PROFINET en Ethernet/IP-die mogelijk al in een fabriek worden geïmplementeerd. Het realiseren van multi-protocolondersteuning via hardware (ASIC) is complex, omdat elk protocol zijn eigen speciale ASIC nodig kan hebben, waardoor aparte kaartontwerpen voor elke ondersteunde veldbus nodig zijn. Een programmeerbare aanpak vereenvoudigt deze uitdaging. Bij deze benaderingen kunnen wijzigingen in het veldbusprotocol worden geïmplementeerd via alleen software- of firmware-updates.
Om deze real{0}}communicatieoplossing efficiënt mogelijk te maken, hebben controllers uitgebreide randapparatuurinterfaces nodig. Dit komt omdat ze over meerdere lagen moeten communiceren: met veldbusnetwerken in de fabriek, backplanes die I/O verbinden, actuatoren, drives of andere controllers, en servers die fabrieksdiagnostiek uitvoeren via data-acquisitieprotocollen zoals OPC UA. Dit alles vereist een groot aantal randinterfaces, vooral Ethernet-interfaces. Bovendien is een flexibele en programmeerbare communicatieoplossing vereist.
De TMDXIDK5728 Industrial Development Kit (IDK) voor de Sitara™ AM572x-processor is nu beschikbaar voor het evalueren van fabrieksautomatiseringsoplossingen op besturingsniveau-niveau. De AM572x dual-core ARM® Cortex®-A15-processor is bij uitstek geschikt voor industriële toepassingen vanwege de ondersteuning voor industriële temperatuurbereiken, een verlengde levensduur van maximaal 100.000 uur, real-software-ondersteuning en uitgebreide randapparatuur-waaronder dubbele PRU-ICSS (Processor Real-Time Unit-Industrial Communication Subsystem) voor programmeerbare industriële communicatie. De TMDXIDK5728 biedt vier Ethernet-poorten, waarvan er twee mogelijk afkomstig zijn van een gigabit-switch en de andere twee mogelijk afkomstig zijn van de PRU-ICSS (standaardconfiguratie), of alle vier de poorten afkomstig zijn van de PRU-ICSS. De TMDXIDK5728 maakt evaluatie mogelijk van TI's nieuwste oplossingen voor industriële veldbusprotocollen op basis van de AM57x, geleverd via de PRU-ICSS-INDUSTRIAL-SW binnen de Processor-SDK-RTOS. Bovendien kan de TMDXIDK5728 het Processor-SDK-Linux-RT-softwarepakket uitvoeren, dat een geoptimaliseerde RT Preempt-patch biedt voor de hoofdlijn Linux-kernel van TI om de ontwikkeling van realtime industriële automatiseringstoepassingen mogelijk te maken.