智能控制产品设计（智能控制设计控制器）

工业4.0的工厂自动化系统通常主要包括三个级别的设备来驱动实时通信和控制：

在现场层面，I/O 模块、执行器和驱动器负责工厂内的物理操作；

在控制层面，可编程逻辑控制器（PLC）或计算机数控（CNC）负责从现场层面收集信息并向现场发出指令；

在操作员层面，人机界面（HMI）设备与操作员进行交互通信，操作员可以发出指令。

每个级别都需要优化的硬件和软件解决方案来解决他们面临的严峻设计挑战。其中，涉及控制级别的挑战尤其难以解决。

随着单个控制器支持的节点数量不断增加，控制级设备的设计人员面临着一定的挑战。支持的节点数量更多意味着整个工厂解决方案中需要更少的控制器来创建更具成本效益的自动化解决方案，或者可以在工厂中实施这些额外的节点以实现更高的自动化。然而，随着支持的节点数量增加，处理器性能也必须逐年提高，同时仍保持足够低的功耗以避免封装尺寸增加。此外，大多数PLC的设计没有添加风扇，因此功率损耗是一个关键的设计方面。

由于PLC 和CNC 同时控制工厂内的大量节点或功能，因此其操作的实时性至关重要。实现精确计时需要解决方案的两部分：实时操作系统和用于工业通信的灵活的时间感知外设。这些设备中使用实时操作系统(RTOS) 来做出决策并控制延迟，以满足关键的计时需求。商用RTOS 已在工业控制中广泛使用多年，人们对RT Linux 解决方案越来越感兴趣，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功能。同时，它还具有Linux大型开源社区的所有优点。

对于实时解决方案的通信外设部分，主要要求是支持工业领域的总线协议，即使需要增加节点数量，也能实现低延迟和短协议周期时间。当单个设计必须支持多个现场总线标准时，这将成为一个更加复杂的挑战。为了使最终产品与工厂中可能已使用的EtherCAT、PROFINET、以太网/IP 等多种标准兼容，多协议支持是必要的。通过硬件(ASIC) 满足多协议支持很复杂，因为每个协议可能需要自己的专用ASIC，因此需要为每个支持的现场总线进行不同的板设计。如果采用可编程的方法，问题可能会变得更简单。在这些方法中，仅需要更改软件或固件即可实现对现场总线协议的更改。

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，因为它们需要与工厂内的现场总线网络、用于连接I/O的背板、执行器进行多级接口。驱动器或其他控制器以及使用OPC UA等协议进行数据收集以实现工厂诊断功能的服务器。这一切都需要使用大量的外围接口，尤其是以太网接口。此外，还需要灵活且可编程的通信解决方案。

适用于Sitara AM572x 处理器的TMDXIDK5728 工业开发套件(IDK) 现可用于评估控制级工厂自动化解决方案。 AM572x双核ARM Cortex-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，实现长达10万小时的超长使用寿命，并具有实时软件支持和大量外设。例如，用于可编程工业通信的双PRU-ICSS（处理器实时单元工业通信子系统）。 TMDXIDK5728 提供4 个以太网端口，其中2 个可以来自千兆交换机，另外2 个可以来自PRU-ICSS（默认配置），或者所有4 个端口都可以来自PRU-ICSS。 TMDXIDK5728 支持评估TI 最新发布的基于AM57x 的工业现场总线协议解决方案，该解决方案由Processor-SDK-RTOS 中的PRU-ICSS-INDUSTRIAL-SW 提供。此外，还提供TMDXIDK5728来运行Processor-SDK-Linux-RT软件包，该软件包在TI的主线Linux内核上提供了优化的RT Preempt补丁包，以实现实时工业自动化应用的开发。

审稿编辑：郭婷