Tài liệu Điều khiển nhúng pptx

Điều khiển nhúng: kết hợp thời gian thực và môi trường làm việc đa năng Hệ thống kiểm soát công nghiệp có thể được chia làm hai danh mục. Đó là thi ết kế cho các chức năng kiểm soát đa năng và lập trình đầy đủ bởi người dùng cuối; Thiết kế cho các mục đích đặc biệt như điều khiển máy nghiền hoặc hệ thống đúc khuôn phun. Đối với danh mục thứ nhất, một trong những hệ thống thường thấy là PLCs và các máy tính công nghi ệp đa năng. Danh mục thứ hai sử dụng các bộ điều khiển riêng với khả năng hỗ trợ các chức năng đặc biệt được tích hợp bên trong, như điều khiển chu trình chuyển động kín. Cả hai hệ thống có thể thực hiện nhiều hơn một chức năng trong cùng một thời gian nhờ khả năng đa nhiệm – nhưng các bộ điều khiển riêng đặt các yêu cầu đặc biệt trên sự phối hợp của hệ thống với các tác vụ trùng nhau. Nơi mà các chức năng giới hạn thời gian liên kết, như là điều khiển và phối hợp chuyển động theo nhiều trục. Hệ điều hành phải đảm bảo những tín hiệu giới hạn thời gian từ các cảm biến theo dõi chuyển động không bị mất bởi các luồng ứng dụng điều khiển quan trọng. Một hệ điều hành đa nhiệm như Microsoft Windows không thể đáp ứng thích đáng đảm bảo lưu trữ một ứng dụng, v ì nó được tối ưu hóa để cung cấp dịch vụ cho nhiều tác vụ đa năng khác, như sự tương tác với người vận hành, giao diện mạng, cơ sở dữ liệu động cơ, … Cánh tay đa năng này không tốt cho những y êu cầu thời gian của một ứng dụng điều khiển công nghiệp mà yêu cầu một hệ điều hành thời gian thực để đảm bảo sự phối hợp của những chức năng thời gian giới hạn. Nhưng đặc tính chuyên môn hóa cao hơn của một hệ điều hành thời gian thực cũng là m ột hạn chế nghiêm trọng. Một hệ điều hành đa năng như Windows có rất nhiều công cụ sản xuất bởi hãng thứ ba để làm giảm thời gian yêu cầu khi cài đặt m àn hình giao diện điều hành, truy cập cơ sở dữ liệu, và truyền thông tin với mạng lưới giao thức. Trên thực tế, hầu hết nền tảng máy tính thông dụng cho việc phát triển trong các phần mềm tự động hóa công nghiệp là m ột chiếc PC, và máy PC – tương thích bộ vi xử lý chạy trên nền Microsoft Windows đã trở thành tiêu chuẩn giao diện người – máy (HMI – Human Machine Interface) ph ổ biến được sử dụng ngày nay. Ngoài ra còn có một cơ sở phát triển phần mềm dựa trên các ứng dụng PLC. Những ứng dụng “PLC mềm” phân phối chức năng điều khiển của PLC và mô hình lập trình PLC thông thường trong môi trường Windows. Nhưng nhà phát triển hệ thống kiểm soát có thể l àm gì khi họ muốn kết hợp thời gian thực và môi trường điều hành đa năng? Chạy nhiều hệ điều hành trong cùng m ột lúc trên một nền tảng phần cứng đơn. Burny XL của Cleveland Motion Controls Đây là giài pháp được chọn bởi Cleveland Motion Controls (CMC) c ủa Cleveland. CMC tập trung vào vi ệc cung cấp sao cho dễ dàng sử dụng các giải pháp kiểm soát hình d ạng cắt động cho oxy nhiên liệu, plasma, laser và máy cắt bằng vòi phun nước, các công cụ định tuyến, khắc và định lượng. Máy tính mới nhất của hãng dựa trên điều khiển số máy tính (CNC) chính là Burny XL k ết hợp với bộ xử lý di động của Intel. Hệ thống cung cấp cắt kim loại theo nhiều trục cực kỳ chính xác và điều khiển thời gian thực lặp lại, cùng với một hệ thống HMI phong phú và hữu ích đã làm cho hệ điều h ành máy tính hoạt động với năng suất cao. Nó được thiết kế trở th ành một nền tảng có thể cấu hình được mà người thiết kế máy tính CNC có thể t ùy biến sản phẩm riêng của họ. Nó hoạt động trên môi trường thô và được phân thành hai loại: nền tảng kiểm soát hoàn toàn tích hợp, panen HMI, và một phiên bản panen từ xa. Bằng cách sử dụng một phần mềm độc đáo ảo hóa môi trường được cung cấp bởi TenAsys Corp của Beaverton. Burny XL có thể chạy đồng thời trên Microsoft Windows XP cài s ẵn và hệ điều hành thời gian thực TenAsys INtime (RTOS) trên một PC được cài sẵn. Điều này mang lại cho Burny XL khả năng đa nhiệm cho phép các công việc trong tương lai được tải, lưu trữ và lồng nhau bởi một bộ quản lý tác vụ trong khi công việc hiện tại đang được thực thi. Nhờ l àm việc đa nhiệm mà Burny XL có lợi thế hơn so với các máy điều khiển CNC khác bằng cách rút ngắn thời gian l ãng phí giữa các công việc. Việc bổ sung tạo điều kiện cho nhiều tác vụ làm việc đồng thời, INtime RTOS còn hỗ trợ đáp ứng trong thời gian thực mà đảm bảo rằng các bước chuyển động của CNC được thực hiện chính xác. Nền tảng CNC cấu hình được Khi người thiết kế máy CNC tùy biến Burny XL cho những sản phẩm riêng c ủa họ, họ sử dụng một phần mềm cài sẵn – dựa trên PLC và giao diện màn The Burny XL gồm hai phiên bản : một phiên bản tích hợp hoàn toàn và một panen điều hành từ xa hình cảm ứng thiết kế bởi Cleveland Motion Control. IEC 61131 này tương thích với các ứng dụng Windows có thể lập trình bằng hình thang logic và có th ể dịch các mã “M” và “G” chuẩn của chương trình CNC. Phần mềm PLC cung cấp vị trí đích để đặt điểm khởi động cho phần mềm di động thời gian thực, và quản lý tất cả các hoạt động trực tiếp không theo thời gian thực. Một giao diện bộ nhớ chia sẻ thường là Windows hoặc INtime máy ảo hóa được sử dụng truyền các thông tin và dòng lệnh giữa phần mềm PLC và ph ần mềm điều khiển chuyển động giới hạn thời gian chạy đồng thời trên INtime RTOS (xem ki ến trúc hệ thống). Việc sử dụng bộ nhớ chia sẻ chỉ là một chi tiết bổ sung của hệ điều hành hỗ trợ ảo hóa cung cấp bởi môi trường TenAsys INtime. INtime cũng điều khiển các chức năng gián đoạn phần cững của các thiết bị vào ra để bảo đảm làm giảm thời gian giới hạn của những trường hợp như ấn vào màn hình cảm ứng điều khiển không bị gián đoạn các tác vụ thời gian thực như là điều khiển động cơ cắt của CMC. Bởi vì bằng cách này phần mềm ảo hóa TenAsys được cài đặt, Windows v à phần mềm ứng dụng Windows chạy trên h ệ thống mà không cần điều chỉnh. Kiến trúc phần mềm của Burny XL thể hiện cách mà cả Windows XP và INtime RTOS t ừ TenAsys Corp được đưa vào trong một máy tính công nghiệp. Một kiến trúc máy ảo được cài đặt bởi phần mềm TenAsys cho phép cả hai hệ điều hành chạy độc lập với nhau. Phụ thuộc vào chuyển động phần cứng được sử dụng bởi hệ thống CNC, hệ thống thời gian thực INtime lưu trữ một trong hai vòng lặp kiểm soát chuyển động. Nó có thể lưu trữ một vòng lặp 1 mili giây cho các thiết bị tương tự thông thường hoặc hai vòng lặp 1 mili giây điều khiển SERCOS (giao diện kiểm soát chuyển động số cấp cao). Lợi ích của môi trường ảo hóa Sử dụng phương pháp tiếp cận ảo hóa ứng dụng INtime và Windows chạy trong ba vòng bảo vệ (chế độ người dùng) trên bộ vi xử lý có kiến trúc Intel, hơn là chạy trong vòng không (chế độ người giám sát), như chạy ứng dụng trong nhiều hệ điều hành thời gian thực khác. Lợi thế khác cho CMC sử dụng INtime RTOS là thực tế rằng các ứng dụng thời gian thực được phát triển và gỡ rối trực tiếp từ bên trong môi trường phát triển Microsoft Visual Studio, cũng giống như họ đã làm cho các ứng dụng Windows. Sử dụng một môi trường phát triển đơn bao gồm công cụ gỡ rối mã nguồn cho những phần thời gian thực và phi thời gian thực của một hệ thống lớn làm giảm thời gian yêu cầu tới mã cổng từ một hệ thống cũ đến INtime. Nó cũng giảm một cách đáng kể thời gian yêu cầu cho cả những phần thời gian thực và phi thời gian thực của một thiết bị làm việc cùng với nhau một cách trơn tru. Bởi có hệ điều hành thời gian thực và liên kết chặt chẽ với Windows, CMC có một lộ trình phát triển để thêm các tính năng mới trong tương lai của các sản phẩm CNC. Hiện nay, Burny XL sử dụng một bộ vi xử lý Intel nhân đơn nhưng công ty đang t ìm kiếm để chuyển hệ thống của nó sang nền tảng đa nhân. Điều n ày sẽ bổ sung thêm những cải tiến về hiệu năng bằng cách lấy những lợi thế của TenAsys hỗ trợ cho việc chạy INtime RTOS và Windows trên nhân x ử lý riêng biệt. . Danh mục thứ hai sử dụng các bộ điều khiển riêng với khả năng hỗ trợ các chức năng đặc biệt được tích hợp bên trong, như điều khiển chu trình chuyển động kín cơ sở dữ liệu động cơ, … Cánh tay đa năng này không tốt cho những y êu cầu thời gian của một ứng dụng điều khiển công nghiệp mà yêu cầu một hệ điều hành