Los sistemas de automatización de fábricas para la Industria 4.0 suelen constar de tres niveles de equipos para permitir la comunicación y el control en tiempo real-:
A nivel de campo, los módulos de E/S, actuadores y variadores gestionan las operaciones físicas dentro de la fábrica;
En el nivel de control, los controladores lógicos programables (PLC) o los sistemas de control numérico por computadora (CNC) son responsables de recopilar información desde el nivel de campo y emitir comandos al campo.
A nivel de operador, los dispositivos de interfaz hombre-máquina (HMI) se comunican con los operadores, quienes pueden emitir comandos simultáneamente.
Cada nivel requiere soluciones de hardware y software optimizadas para abordar sus desafíos de diseño únicos. Entre ellos, los desafíos a nivel de control son particularmente difíciles de resolver.
A medida que el número de nodos admitidos por un único controlador sigue aumentando, los diseñadores de dispositivos de nivel de control-se enfrentan a desafíos específicos más allá de las preocupaciones comunes del diseño de automatización industrial, como el consumo de energía, la vida útil extendida de la fuente de alimentación y los requisitos de confiabilidad. La compatibilidad con más nodos significa que se necesitan menos controladores en toda la solución de la planta, lo que crea una solución de automatización más rentable-. Alternativamente, estos nodos adicionales se pueden implementar en toda la planta para lograr mayores niveles de automatización. Sin embargo, a medida que crece el número de nodos compatibles, el rendimiento del procesador debe escalar en consecuencia manteniendo al mismo tiempo un consumo de energía suficientemente bajo para evitar aumentar el tamaño del paquete. Además, la mayoría de los PLC están diseñados sin ventiladores, lo que hace que la disipación de energía sea una consideración de diseño crítica.
Dado que los PLC y CNC controlan simultáneamente numerosos nodos o funciones dentro de una fábrica, la naturaleza-en tiempo real de sus operaciones es fundamental. Para que una solución logre una sincronización precisa, son esenciales dos componentes: un-sistema operativo en tiempo real (RTOS) y periféricos flexibles y{3}}conscientes del tiempo para la comunicación industrial. El RTOS se emplea en estos dispositivos para gestionar la toma de decisiones-y controlar la latencia, lo que garantiza el cumplimiento de los requisitos de sincronización críticos. Los RTOS comerciales se han adoptado ampliamente en el control industrial durante años, mientras que el interés en las soluciones RT Linux® continúa creciendo. Estas soluciones brindan la-sensibilidad y capacidades de toma de decisiones-necesarias para las aplicaciones de automatización industrial y, al mismo tiempo, aprovechan todas las ventajas de la gran comunidad de código abierto-de Linux.
Para la parte periférica de comunicación de las soluciones en tiempo real-, el requisito principal es admitir protocolos de bus de campo industriales a través de un método que logre una latencia baja y tiempos de ciclo de protocolo cortos, incluso cuando se aumenta el número de nodos. Esto se convierte en un desafío más complejo cuando se deben admitir múltiples estándares de bus de campo dentro de un solo diseño. La compatibilidad con múltiples-protocolos es esencial para garantizar que los productos finales sean compatibles con múltiples estándares-como EtherCAT, PROFINET y Ethernet/IP-que pueden ya estar implementados en una fábrica. Lograr soporte multi-protocolo a través de hardware (ASIC) es complejo, ya que cada protocolo puede requerir su propio ASIC dedicado, lo que requiere diseños de placa distintos para cada bus de campo compatible. Un enfoque programable simplifica este desafío. En estos enfoques, los cambios en el protocolo del bus de campo se pueden implementar únicamente mediante actualizaciones de software o firmware.
Para facilitar esta solución de comunicación en tiempo real-de manera eficiente, los controladores requieren interfaces periféricas extensas. Esto se debe a que deben comunicarse a través de múltiples capas: con redes de bus de campo dentro de la fábrica, placas posteriores que conectan E/S, actuadores, unidades u otros controladores, y servidores que realizan diagnósticos de fábrica mediante protocolos de adquisición de datos como OPC UA. Todo esto requiere un gran número de interfaces periféricas, en particular interfaces Ethernet. Además, se requiere una solución de comunicación flexible y programable.
El kit de desarrollo industrial (IDK) TMDXIDK5728 para el procesador Sitara™ AM572x ahora está disponible para evaluar soluciones de automatización de fábrica a nivel de control-. El procesador AM572x de doble-núcleo ARM® Cortex®-A15 es ideal para aplicaciones industriales debido a su compatibilidad con rangos de temperatura industriales, una vida útil extendida de hasta 100 000 horas, soporte de software-en tiempo real y una amplia gama de periféricos-incluidos PRU-ICSS (unidad de tiempo real-del procesador-industrial dual) Subsistema de Comunicación) para comunicaciones industriales programables. El TMDXIDK5728 proporciona cuatro puertos Ethernet, dos de ellos potencialmente provenientes de un conmutador gigabit y los otros dos potencialmente provenientes de PRU-ICSS (configuración predeterminada), o los cuatro puertos provenientes de PRU-ICSS. El TMDXIDK5728 permite la evaluación de las últimas soluciones de TI para protocolos de bus de campo industriales basados en AM57x, entregadas a través del SW PRU-ICSS-INDUSTRIAL-dentro del procesador-SDK-RTOS. Además, el TMDXIDK5728 puede ejecutar el paquete de software Processor-SDK-Linux-RT, que proporciona un parche RT Preempt optimizado para el kernel Linux principal de TI para permitir el desarrollo de aplicaciones de automatización industrial en tiempo real-.