Овај рад се фокусира на улогу микроконтролера (МЦУ) у индустријској аутоматизацији, посебно испитујући како они обезбеђују интерфејсе у стварном{0}}свету за сензоре и актуаторе. У њему се говори о интеграцији језгара високих{2}}перформанси, као што је АРМ® Цортек™-М3, са прецизним и специјализованим периферијама као што су серије АДуЦМ360 и ЕМФ32 компаније Аналог Девицес. Такође испитује релативно нове протоколе за ову домену апликације, посебно се односи на ниско{8}}МЦУ-ове, укључујући Инфинеон КСЦ800 и КСЦ16к серије и Текас Инструментс МСП430Ф2274, као и наменске примопредајнике као што је Макимов МАКС14821.
Микроконтролери интегришу све веће могућности хибридног{0}}сигнала и процесорску снагу, али други развоји продужавају животни век{1}}микроконтролера ниске класе.
По дефиницији, микроконтролери (МЦУ) су редундантни, немају директне интерфејсе са „стварним светом“. Дизајнирани су да служе као централна чворишта за улазе и излазе, извршавајући условне одговоре и управљајући секвенцијалним и паралелним процесима. Њихова улога је дефинисана контролом, а њихова програмабилна природа значи да се овом контролом управља логиком. Међутим, они су у основи дизајнирани као интерфејси за аналогни свет, па се у великој мери ослањају на аналогну-у-дигиталну конверзију. Обично је дигитална репрезентација аналогног параметра-често из неког облика сензора-који покреће процес контроле, што није очигледније него у апликацијама за аутоматизацију.
Прецисе Перформанце
Комерцијални притисци захтевају да се процеси конверзије података који су кључни за њихов рад -ефикасно управљају на-чипу, подстичући више нивое интеграције мешовитог-сигнала. Штавише, повећана интеграција доноси већа оптерећења обраде језгру.
Њихова ниска цена и флексибилност значе да се МЦУ-ови често слободно користе, али произвођачи у различитим индустријама сада теже да консолидују функционалност због трошкова, сложености или безбедносних разлога; где су се некада користиле десетине МЦУ-а, сада је само један довољан.
Стога није изненађујуће да су једноставни 4-битни уређаји еволуирали у веома сложене 32-битне процесоре, при чему је серија АРМ Цортек-М постала кључни избор за многе добављаче.
Комбиновање језгара за обраду високих{0}}перформанси са прецизном, стабилном аналогном конверзијом није једноставан задатак. ЦМОС се истиче у дигиталној-брзини велике брзине, али инстанцирање осетљивих аналогних периферних уређаја може бити изазов. Једна компанија са дубоком експертизом у овој области је Аналог Девицес, Инц. Њена АДуЦМ серија потпуно интегрисаних система за прикупљање података дизајнирана је за директно повезивање са прецизним аналогним сензорима. Овај приступ не само да минимизира број компоненти већ и чува прецизност елиминацијом аналогних и/или дигиталних степеница.
На пример, конвертор имплементиран на АДуЦМ360 базиран на АРМ Цортек-М3-у је 24-битни Сигма Делта АДЦ, који чини део аналогног подсистема уређаја. Ово укључује програмабилни извор побуде струје и генератор напона преднапона, али што је још важније, унутрашње филтере - један за прецизна мерења и други за брза мерења погодна за откривање великих варијација у изворном сигналу.
Дееп Слееп Сенсинг
Произвођачи МЦУ препознају критичну улогу сензора у аутоматизацији и почели су да развијају оптимизоване аналогне предње крајеве са наменским интерфејсима за индуктивне, капацитивне и отпорне сензоре.
Неки од ових предњих крајева су чак дизајнирани да раде аутономно, као што је интерфејс ЛЕСЕНСЕ (Лов Енерги Сенсор) у Енерги Мицро-овој ултра-нисконапонски-серији МЦУ. Укључује аналогни компаратор, ДАЦ (дигитални-у-аналогни претварач) и секвенцер мале-напоне, омогућавајући да га конфигурише језгро МЦУ-а и затим ради док остатак уређаја остаје у режиму дубоког спавања.
Секвенсер ради са тактом од 32 кХз и контролише активност, док се излаз компаратора може конфигурисати да генерише прекид за буђење ЦПУ-а. ДАЦ се може изабрати или као референца за компаратор или као извор погона. ЛЕСЕНСЕ технологија такође укључује конфигурабилни декодер који се може подесити да генерише прекиде само када је истовремено испуњено више услова сензора. Диги-Кеи нуди Енерги Мицро ЕФМ32 Тини Гецко почетни комплет, који укључује ЛЕСЕНСЕ демонстрацију. Енерги Мицро-ова серија микроконтролера Тини Гецко, заснована на АРМ Цортек-М3 и која ради на фреквенцијама до 32 МХз, циља на апликације индустријске аутоматизације као што су температура, вибрације, притисак и детекција покрета.
Слика 1: Енерги Мицро{1}}интефејс сензора мале снаге, ЛЕСЕНСЕ, обезбеђује флексибилно повезивање сензора за индустријске системе контроле и аутоматизације.
ИО-Линк
Увођење моћног новог интерфејса сензора и актуатора помаже многим произвођачима да продуже животни век 8-битних и 16-битних уређаја у индустријској аутоматизацији. Протокол иза овог интерфејса се зове ИО-Линк и добио је подршку бројних лидера у индустријској аутоматизацији, посебно МЦУ добављача.
ИО-Линк користи 3-неоклопљени кабл са максималном дужином од 20 метара, што га чини погодним за накнадно уградњу паметних сензора и актуатора у постојеће инсталације. Захтева "интелигенцију" на сваком крају, обично имплементирану у МЦУ. Међутим, због релативне једноставности протокола, он се може сместити у јефтине-8-битне МЦУ-ове – управо оно што многи произвођачи сада развијају.
Протокол (такође познат као СДЦИ, што значи дигитални комуникациони интерфејс са једном тачком, и стандардизован према ИЕЦ 61131-9) је развијен као равно-то-комуникационо решење које се лако може уградити у сензоре и актуаторе, „дајући им степен утицаја.“ Стога, није намењена замени постојећих комуникационих слојева као што су сабирница поља, Профинет или ХАРТ, већ ради упоредо са њима олакшавајући-јефтинским МЦУ-овима да комуницирају са високо прецизним сензорима и актуаторима.
Конзорцијум који стоји иза ИО-Линк-а верује да може значајно да смањи сложеност система уз увођење корисних функција као што је-дијагностика у реалном времену кроз праћење параметара. Када су интегрисани у топологије сабирнице поља преко мрежних пролаза (такође имплементираних од стране МЦУ-а или ПЛЦ-а), сложени системи се могу централно надгледати и управљати из контролне собе. Сензори се могу даљински конфигурисати, делом зато што сензори усаглашени са ИО-Линк-ом знају више о себи од „конвенционалних“ сензора.
Прво, њихов идентитет (и произвођач) је уграђен у сензор у КСМЛ формату, доступан на захтев. Ово омогућава систему да одмах препозна сензор и разуме његове могућности. Што је још важније, ИО-Линк омогућава сензорима (и актуаторима) да обезбеде непрекидне,-токове података у реалном времену до контролера. У ствари, ИО-Линк олакшава три типа размене података: процесне податке, податке услуге и догађаје. Подаци процеса се преносе циклично, док се услужни подаци размењују не-циклички и увек на захтев ИО-мастера везе. Сервисни подаци се могу користити за читање и писање параметарских података на/са уређаја.
ИО-Линк пружа једноставнији начин да МЦУ-ови комуницирају са паметним сензорима, омогућавајући системским инжењерима да развију интелигентнија решења за индустријску аутоматизацију.
Бројни МЦУ добављачи придружили су се ИО-Линк конзорцијуму, који је недавно постао Технички комитет (ТЦ6) у оквиру ПИ (ПРОФИБУС и ПРОФИНЕТ Интернатионал). У основи, ИО-Линк обезбеђује контролерима-укључујући МЦУ и ПЛЦ-ове-са стандардизованим методом за идентификацију, контролу и генерално комуникацију са сензорима и актуаторима који усвајају овај протокол. Листа произвођача који нуде компатибилне уређаје расте, заједно са све већом подршком произвођача МЦУ-а.
Подршку делимично пружају стручњаци попут немачке дизајнерске куће Месцо Енгинееринг, која сарађује са више произвођача полупроводника на развоју ИО-Линк решења. Његов списак партнера укључује Инфинеон, СТМицроелецтроницс, Атмел и Текас Инструментс. На пример, Инфинеон је пренео Месцо-ов ИО-Линк стек на свој КСЦ800, 8051-компатибилни 8-битни МЦУ који испоручује интелигенцију на крају везе на уређају (сензор/актуатор). Инфинеон такође омогућава ИО-Линк подршку за своје 16-битне уређаје, укључујући КСЕ16к серију.
Месцо-ов стек је такође портован у Текас Инструментс-ову -серију МСП430 мале снаге-, још једну 16-битну МЦУ засновану на власничком језгру. Конкретно, циља на МСП430Ф2274.
Произвођачи такође развијају низ дискретних ИО-Линк примопредајника, као што је Макимов МАКС14821. Овај примопредајник циља ИО-уређаје везе и 24 В бинарне сензоре/актуаторе, који служе као интерфејс физичког слоја за МЦУ који покреће протокол слоја везе података (слика 3). Два интерна линеарна регулатора генеришу заједничке захтеве за снагом сензора и актуатора на 5 В и 3,3 В, а уређај се конфигурише и надгледа преко СПИ интерфејса. Такође има интерфејс ИО примопредајника који може да ради на напонима до 36 В.
Слика: Макимов ИО-примопредајник везе обезбеђује интерфејс физичког слоја за МЦУ-ове који покрећу протоколе слоја везе података.
Како ИО-Линк постиже више нивое пенетрације, чини се да све више произвођача интегрише ове физичке интерфејсе са другим наменским периферијама на МЦУ за апликације индустријске аутоматизације.
Индустријска аутоматизација се увек ослањала на интеграцију мерења и управљања. Упркос све већем увођењу умрежавања последњих година, интерфејс између дигиталног и аналогног домена остао је релативно непромењен. Међутим, са увођењем ИО-Линк-а, сада се развијају сензори и актуатори који могу да се повежу са МЦУ-има на софистицираније начине. Тачка{4}}то-везе не само да пружају једноставнији метод за повезивање контролних елемената, већ нуде и ефикасан начин за проширење могућности ниско{6}}МЦУ-а.