Vorteile eingebetteter Technologien für modulares Design

Gordon Moore formulierte vor über 50 Jahren sein allberühmtes Mooresches Gesetz zur Rechenleistung, und es ist nicht weniger als ein Wunder, dass sich diese Aussage über die Zeit bewährt hat. Die Halbleiterindustrie erweitert weiterhin die Rechenleistung auf engstem Raum zu erschreckend niedrigeren Preisen und bietet den Verbrauchern eine unglaubliche Anzahl von Vorteilen.

Die Glove Unique Reprocessing Unit (GURU), gebaut von Pentamaster , ein Automatisierungsanbieter in Malaysia, ist eine perfekte Fallstudie, um solche Fortschritte in der Technologie zu beobachten. An zwei der sieben Workstations hat das GURU-System es dem Unternehmen ermöglicht, die Anzahl der Industrie-PCs zu halbieren, die die Machine-Vision-Module steuern.

Das erste der Machine-Vision-Module dient zur Verarbeitung der Bilddaten von vier Kameras, damit die Handschuhe in der automatischen Beladestation richtig positioniert werden können. Nach der chemischen und thermischen Dekontamination empfängt das zweite Bildverarbeitungsmodul Daten von vier Kameras und prüft die Handschuhe auf kosmetische Mängel. Die verbleibenden drei Arbeitsstationen werden zum Auffinden von Pinholes und zum robotischen Verpacken verwendet Handschuhe, die die Inspektion bestanden haben, und diejenigen, die dies nicht getan haben, zerkleinern.

Um mit den sich entwickelnden Fähigkeiten der Bildverarbeitungstechnologie Schritt halten zu können, hielt es Pentamaster für notwendig, die Prozessoren im System aufzurüsten. Das Ausführen ausgeklügelter Algorithmen auf Datenblöcken erforderte eine beträchtliche Rechenleistung. Um diesen Effizienzen gerecht zu werden, ersetzte Pentamaster die primitiven Prozessoren in den Vision-Modulen durch Multicore-Prozessoren mit integrierten Grafikverarbeitungsfunktionen. Diese Prozessoren waren Intels 3D-Tri-Gate-Core-i5-Prozessoren, die Daten viel effektiver verarbeiten konnten. Darüber hinaus wurden diese Prozessoren durch Hyper-Threading-Technologie unterstützt, die es ihnen ermöglichte, virtuelle Kerne für die gleichzeitige Bearbeitung von zwei Aufgaben zu verwenden.

Diese Verbesserungen brachten großartige Ergebnisse und verkürzten den Inspektionszyklus auf weniger als 2 Sekunden und erhöhte die Inspektionsrate von zuvor 600 auf 900 Handschuhe pro Stunde. Die höhere Verarbeitungsleistung ermöglichte es Pentamaster auch, zwei Bildverarbeitungsmodule außer Betrieb zu nehmen, da sie nicht mehr benötigt wurden, was die Verwaltung und Wartung vereinfachte und gleichzeitig den Energieverbrauch überprüfte auch Verbrauch.

Eingebettete Ferndiagnose

Das Designteam von Pentamaster sucht nach noch mehr Verbesserungen, die es vornehmen kann, wie z. B. das Hinzufügen weiterer Testroutinen und vor kurzem Active Management Technology, die es dem Unternehmen ermöglichen würde, seine Hardware aus der Ferne zu verwalten, zu reparieren und zu schützen.

Diese Technologie würde es Bedienern und Technikern ermöglichen, von ihren Computern aus auf die entfernten eingebetteten Systeme zuzugreifen und Probleme wie die mit der Firmware und auf der Root-Ebene zu lösen. AMT ermöglicht es Benutzern auch, Software über Remote-Kanäle zu installieren und sich automatisch um Probleme zu kümmern, die durch regelmäßiges Patchen und Erkennen/Entfernen von Malware verursacht werden.

Ein sehr vorteilhafter Aspekt dieser Technologie besteht darin, dass sie es dem Techniker ermöglicht, Probleme aus der Ferne zu diagnostizieren, selbst wenn das Gerät des eingebetteten Systems ausgeschaltet ist. Dies ist möglich, da AMT unterhalb der Betriebssystemebene arbeitet, was es von traditionell verwendeter Remote-Verwaltungssoftware unterscheidet. Dies ist praktisch in Industrie-PCs, auf denen SCADA-Anwendungen ausgeführt werden müssen. Regelmäßige Updates zu Sicherheits- und Leistungsproblemen sind in einer industriellen Umgebung unerlässlich, was mit dieser Technologie zentral möglich ist.

Modularer Maschinenaufbau

Die Ferndiagnose und Konsolidierung von Computersystemen in der Industrie ist nicht der einzige Grund für den durchschlagenden Erfolg der Embedded-Technologie in den letzten Jahren. Ein weiterer wichtiger Grund ist der allgemeine Trend bei Maschinenbauern, den Konstruktions- und Montageprozess modular durchzuführen. Das Zusammenstellen von Produkten aus bereits vorhandenen Standardprodukten ist einfacher als das Erstellen von Grund auf neu. Die Komplexität von Maschinen nimmt rasant zu, und eine maßgeschneiderte Anlagenerstellung ist für Unternehmen nicht mehr machbar.

Heute haben Kunden mehrere wichtige Anforderungen, die sie an den Systemintegrator stellen:

• Energieeffizienter
• Schnellerer Durchsatz
• Vorbeugende Wartung unterstützen
• Kommunikation mit anderen Maschinen- und Bestandsverwaltungssystemen

Eingebettete Technologien können Bauherren dabei unterstützen, diese Anforderungen zu erfüllen, indem sie modulare Komponenten wie Wechselrichter, Sensoren und Antriebe zusammen mit intelligenten HMIs bereitstellen. Diese Komponenten werden über einen Industrie-PC oder eine SPS gesteuert und sequenziert und verlassen sich auf ein Ethernet-Netzwerk, das als architektonisches Rückgrat des Systems dient.

Die Integration hat sich auch unter dem Banner der eingebetteten Technologien verschärft. Ein wichtiges Beispiel ist die Integration von Dual-Core-ARM-Prozessoren mit FGPAs von Xilinx &Altera. Dies hat es Automatisierungsanbietern ermöglicht, hochintegrierte Mehrachsenantriebe zu erschwinglichen Preisen zu bauen, was wiederum die Steuerung mehrerer Maschinen auf kosteneffiziente und synchronisierte Weise ermöglicht.

Keine FPGAs erforderlich

Die dedizierten ASICs oder FPGAs mit fester Funktion, die ansonsten zum Einbetten der Protokolle für die Verbindung zu industriellen Netzwerken mit geringer Latenz verwendet worden wären, wurden durch das Industrial Communication Sub-System (ICSS) eliminiert, das Texas Instruments in seine Sitara-Familie integriert hat von ARM Cortex-A-Prozessoren.

Die Kopplung von FPGA mit Allzweckprozessoren ist eine gängige Praxis für die Implementierung von Kommunikationsprotokollen oder die E/A-Erweiterung mit geringer Latenz, wenn diese Funktionen auf dem Host-Prozessor nicht vorhanden sind. Heutzutage wurden On-Chip-Beschleuniger mit geringer Latenz entwickelt und implementiert, wodurch die Kosten und die Komplexität des Systems und die Entwicklungszeit reduziert wurden.

Das Vorhandensein von ICSS bringt auch Modularität in die Implementierung von Kommunikationsprotokollen. Anbieter finden es oft schwierig, die höchsten Kommunikationsstandards aufrechtzuerhalten und gleichzeitig einen zeit- und kostenbeschränkten Ansatz zu verfolgen. ICSS löst dieses Problem, indem es mehrere Protokolle überdeckt und ein einheitliches Modul präsentiert, das vorzertifiziert werden kann.

Jonglieren mit Betriebssystemen

Die Integration intelligenter Komponenten in ein System und die Bündelung von Rechenleistung wird durch die Embedded-Technologie auf eine weitere Art und Weise ergänzt. Echtzeit-Betriebssysteme folgen dem IEC 61131-Standard für SPS zum Ausführen spezialisierter grafischer und textueller Maschinensteuerungssprachen. Die Einhaltung der IEC 61508 ist erforderlich, um die SIL 3-Standards zu gewährleisten.

Die Virtualisierung hat sich als Gamechanger erwiesen und die gesamte Branche auf den Kopf gestellt. Es ist jetzt möglich, mehrere Instanzen mehrerer Betriebssysteme auf einem einzigen Computer auszuführen. Anbieter entwickeln schnell Schemata, um Probleme wie Latenz und Zuverlässigkeit anzugehen. Die Anschaffung und Wartung mehrerer Maschinen für jede einzelne Anwendung ist nicht mehr erforderlich, und man kann jetzt das gesamte Potenzial einer einzigen leistungsstarken Maschine nutzen, anstatt mehrere Maschinen ungenutzt zu betreiben.

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