Os sistemas de automação de fábrica para a Indústria 4.0 normalmente compreendem três níveis de equipamentos para permitir comunicação e controle-em tempo real:
No nível de campo, módulos de E/S, atuadores e drives gerenciam as operações físicas dentro da fábrica;
No nível de controle, controladores lógicos programáveis (CLPs) ou sistemas de controle numérico computadorizado (CNC) são responsáveis por coletar informações do nível de campo e emitir comandos para o campo.
No nível do operador, os dispositivos de interface homem-máquina (IHM) se comunicam com os operadores, que podem emitir comandos simultaneamente.
Cada nível requer soluções otimizadas de hardware e software para enfrentar seus desafios exclusivos de design. Entre estes, os desafios ao nível do controlo são particularmente difíceis de resolver.
À medida que o número de nós suportados por um único controlador continua a aumentar, os projetistas de dispositivos de nível de controle-enfrentam desafios específicos que vão além das preocupações comuns de projeto de automação industrial, como consumo de energia, vida útil prolongada da fonte de alimentação e requisitos de confiabilidade. O suporte a mais nós significa que menos controladores são necessários em toda a solução da planta, criando uma solução de automação-mais econômica. Alternativamente, esses nós adicionais podem ser implantados em toda a planta para atingir níveis mais elevados de automação. No entanto, à medida que o número de nós suportados aumenta, o desempenho do processador deve ser dimensionado de acordo, mantendo ao mesmo tempo um consumo de energia suficientemente baixo para evitar o aumento do tamanho do pacote. Além disso, a maioria dos CLPs são projetados sem ventiladores, tornando a dissipação de energia uma consideração crítica no projeto.
Como CLPs e CNCs controlam simultaneamente vários nós ou funções em uma fábrica, a natureza-em tempo real de suas operações é crítica. Para que uma solução atinja um tempo preciso, dois componentes são essenciais: um sistema operacional-em tempo real (RTOS) e periféricos flexíveis-com reconhecimento de tempo para comunicação industrial. O RTOS é empregado nesses dispositivos para gerenciar a tomada de decisões-e controlar a latência, garantindo a conformidade com requisitos críticos de tempo. Os RTOS comerciais têm sido amplamente adotados no controle industrial há anos, enquanto o interesse nas soluções RT Linux® continua a crescer. Essas soluções oferecem os recursos de-sensibilidade ao tempo e tomada de decisão-necessários para aplicativos de automação industrial, ao mesmo tempo em que aproveitam todas as vantagens da grande comunidade de código aberto-do Linux.
Para a parte periférica de comunicação de soluções{0}}em tempo real, o principal requisito é oferecer suporte a protocolos fieldbus industriais por meio de um método que alcance baixa latência e tempos de ciclo de protocolo curtos, mesmo ao aumentar o número de nós. Isto se torna um desafio mais complexo quando vários padrões de fieldbus devem ser suportados em um único projeto. O suporte a vários-protocolos é essencial para garantir que os produtos finais sejam compatíveis com vários padrões-como EtherCAT, PROFINET e Ethernet/IP-que já podem ser implantados em uma fábrica. Obter suporte a vários-protocolos via hardware (ASIC) é complexo, pois cada protocolo pode exigir seu próprio ASIC dedicado, necessitando de designs de placa distintos para cada fieldbus compatível. Uma abordagem programável simplifica esse desafio. Nessas abordagens, as alterações do protocolo fieldbus podem ser implementadas apenas através de atualizações de software ou firmware.
Para facilitar essa solução de comunicação-em tempo real de forma eficiente, os controladores exigem interfaces periféricas extensas. Isso ocorre porque eles devem se comunicar através de múltiplas camadas: com redes fieldbus dentro da fábrica, backplanes conectando E/S, atuadores, drives ou outros controladores e servidores que realizam diagnósticos de fábrica por meio de protocolos de aquisição de dados como OPC UA. Tudo isto necessita de um grande número de interfaces periféricas, particularmente interfaces Ethernet. Além disso, é necessária uma solução de comunicação flexível e programável.
O kit de desenvolvimento industrial (IDK) TMDXIDK5728 para o processador Sitara™ AM572x agora está disponível para avaliação de soluções de automação de fábrica em nível de controle. O processador ARM® Cortex®-A15 de dois{5}}núcleos AM572x é ideal para aplicações industriais devido ao suporte para faixas de temperatura industrial, vida útil prolongada de até 100.000 horas, suporte-de software em tempo real e periféricos abrangentes-incluindo PRU duplo-ICSS (Processador Real-Unidade de Tempo-Industrial Subsistema de Comunicação) para comunicações industriais programáveis. O TMDXIDK5728 fornece quatro portas Ethernet, com duas potencialmente provenientes de um switch gigabit e as outras duas potencialmente provenientes do PRU-ICSS (configuração padrão) ou todas as quatro portas provenientes do PRU-ICSS. O TMDXIDK5728 permite a avaliação das soluções mais recentes da TI para protocolos de fieldbus industriais baseados no AM57x, fornecidos por meio do SW PRU-ICSS-INDUSTRIAL-dentro do processador-SDK-RTOS. Além disso, o TMDXIDK5728 pode executar o pacote de software Processor-SDK-Linux-RT, que fornece um patch RT Preempt otimizado para o kernel Linux principal da TI para permitir o desenvolvimento de aplicativos de automação industrial-em tempo real.