Dan id-dokument jiffoka fuq ir-rwol tal-mikrokontrolluri (MCUs) fl-awtomazzjoni industrijali, speċifikament jeżamina kif jipprovdu interfaces tad-dinja reali-għal sensuri u attwaturi. Jiddiskuti l-integrazzjoni ta '-qlub ta' prestazzjoni għolja, bħal Cortex™-M3 ta 'ARM®, bi preċiżjoni u periferali speċjalizzati bħas-serje ADuCM360 u EMF32 ta' Analog Devices. Jeżamina wkoll protokolli relattivament ġodda għal dan id-dominju tal-applikazzjoni, b'referenza speċifika għal MCUs ta' livell baxx-inklużi s-serje XC800 u XC16x ta' Infineon u MSP430F2274 ta' Texas Instruments, kif ukoll transceivers dedikati bħall-MAX14821 ta' Maxim.
Il-mikrokontrolluri jintegraw kapaċitajiet ta' sinjal-ibridi li qed jiżdiedu u qawwa ta' pproċessar, iżda żviluppi oħra qed jestendu ċ-ċiklu tal-ħajja ta' mikrokontrolluri-baxx.
B'definizzjoni, il-mikrokontrolluri (MCUs) huma żejda, u m'għandhomx interfaces diretti għad-"dinja reali." Huma ddisinjati biex iservu bħala ċentri ċentrali għall-inputs u l-outputs, li jeżegwixxu reazzjonijiet kondizzjonali u jimmaniġġjaw proċessi sekwenzjali u paralleli. Ir-rwol tagħhom huwa definit mill-kontroll, u n-natura programmabbli tagħhom tfisser li dan il-kontroll huwa ġestit bil-loġika. Madankollu, huma ddisinjati b'mod fundamentali bħala interfaces għad-dinja analoga, u għalhekk jiddependu ħafna fuq konverżjoni analoga-għa-diġitali. Tipikament, hija r-rappreżentazzjoni diġitali ta 'parametru Analog-spiss minn xi forma ta' sensor-li tmexxi l-proċess ta 'kontroll, fatt mhux aktar evidenti milli fl-applikazzjonijiet ta' awtomazzjoni.
Prestazzjoni Preċiża
Pressjonijiet kummerċjali jitolbu li proċessi ta' konverżjoni tad-dejta kritiċi għall-operat tagħhom jiġu ttrattati b'mod kost-effettiv fuq-ċippa, u b'hekk iwasslu għal livelli ogħla ta' integrazzjoni ta'-sinjal imħallat. Barra minn hekk, żieda fl-integrazzjoni ġġib piżijiet akbar għall-ipproċessar fuq il-qalba.
L-ispiża baxxa u l-flessibbiltà tagħhom ifissru li l-MCUs huma spiss impjegati liberament, iżda l-manifatturi madwar l-industriji issa jistinkaw biex jikkonsolidaw il-funzjonalità għal raġunijiet ta 'spejjeż, kumplessità jew sigurtà; fejn għexieren ta 'MCUs setgħu darba intużaw, issa wieħed biss jista' jkun biżżejjed.
Għalhekk, mhix sorpriża li apparati sempliċi ta' 4-bit evolvew f'magni tal-ipproċessar ta' 32 bit kumplessi ħafna, bis-serje ARM Cortex-M issir l-għażla ewlenija għal ħafna fornituri.
It-taħlit ta' qlub tal-ipproċessar ta'-prestazzjoni għolja ma' konverżjoni analoga preċiża u stabbli mhix biċċa xogħol sempliċi. CMOS jeċċella b'veloċità għolja-diġitali, iżda l-istanzijazzjoni ta' periferali analogi sensittivi tista' tkun ta' sfida. Kumpanija waħda b'kompetenza profonda f'dan il-qasam hija Analog Devices, Inc. Is-serje ADuCM tagħha ta 'sistemi ta' akkwist tad-dejta integrati bis-sħiħ huma ddisinjati għal konnessjoni diretta ma 'sensors analogi ta' preċiżjoni. Dan l-approċċ mhux biss jimminimizza l-għadd tal-komponenti iżda jippreserva wkoll l-eżattezza billi jelimina l-istadji analogi u/jew diġitali.
Pereżempju, il-konvertitur implimentat fuq l-ADuCM360 ibbażat fuq ARM Cortex-M3- huwa Sigma Delta ADC ta' 24 bit, li jifforma parti mis-subsistema analoga tal-apparat. Dan jinkludi sors ta 'eċitazzjoni tal-kurrent programmabbli u ġeneratur ta' vultaġġ bias, iżda aktar importanti, filtri interni - wieħed għal kejl ta 'preċiżjoni u ieħor għal kejl veloċi adattat biex jindividwa varjazzjonijiet kbar fis-sinjal tas-sors.
Deep Sleep Sensing
Il-manifatturi tal-MCU jirrikonoxxu r-rwol kritiku li s-sensuri għandhom fl-awtomazzjoni u bdew jiżviluppaw front ends analogi ottimizzati b'interfaces dedikati għal sensuri induttivi, abilità u resistivi.
Xi wħud minn dawn it-truf ta 'quddiem huma saħansitra ddisinjati biex joperaw b'mod awtonomu, bħall-interface LESENSE (Sensor ta' Enerġija Baxxa) fis-serje MCU ta 'enerġija ultra-baxxa- ta' Energy Micro. Jinkorpora komparatur analogu, DAC (konvertitur diġitali-għa-analogu), u sekwencer ta' enerġija baxxa-, li jippermettilu jiġi kkonfigurat mill-qalba tal-MCU u mbagħad jaħdem waqt li l-bqija tal-apparat jibqa' fil-modalità ta' rqad fil-fond.
Is-sekwenzatur jopera minn arloġġ ta '32 kHz u jikkontrolla l-attività, filwaqt li l-output tal-komparatur jista' jiġi kkonfigurat biex jiġġenera interruzzjoni biex iqajjem is-CPU. Id-DAC jista' jintgħażel jew bħala referenza ta' komparatur jew sors ta' drajv. It-teknoloġija LESENSE tinkorpora wkoll decoder konfigurabbli li jista 'jiġi ssettjat biex jiġġenera interruzzjonijiet biss meta kundizzjonijiet multipli tas-sensuri jiġu sodisfatti simultanjament. Digi-Key toffri l-EFM32 Tiny Gecko Starter Kit ta' Energy Micro, li jinkludi dimostrazzjoni LESENSE. Is-serje Tiny Gecko ta 'MCUs ta' Energy Micro, ibbażata fuq ARM Cortex-M3 u li topera fi frekwenzi sa 32 MHz, timmira applikazzjonijiet ta 'awtomazzjoni industrijali bħat-temperatura, vibrazzjoni, pressjoni, u sensing tal-moviment.
Figura 1: L-interface tas-sensorju ta'-enerġija baxxa ta' Energy Micro, LESENSE, jipprovdi konnettività flessibbli tas-sensuri għal sistemi ta' kontroll u awtomazzjoni industrijali.
IO-Link
L-introduzzjoni ta 'sensor u interface ta' attwatur ġdid b'saħħtu qed tgħin ħafna manifatturi jestendu l-ħajja ta 'apparat ta' 8-bit u 16-bit fl-awtomazzjoni industrijali. Il-protokoll wara din l-interface jissejjaħ IO-Link u kiseb appoġġ minn bosta mexxejja fl-awtomazzjoni industrijali, partikolarment fornituri tal-MCU.
IO-Link tutilizza kejbil mhux protett bi 3-wajer b'tul massimu ta' 20 metru, li jagħmilha adattata għat-twaħħil ta' sensors u attwaturi intelliġenti f'installazzjonijiet eżistenti. Jeħtieġ "intelliġenza" f'kull tarf, tipikament implimentata f'MCU. Madankollu, minħabba s-sempliċità relattiva tal-protokoll, jista 'jiġi akkomodat fi ħdan MCUs ta' 8-bit bi prezz baxx--preċiżament dak li ħafna manifatturi issa qed jiżviluppaw.
Il-protokoll (magħruf ukoll bħala SDCI, li jfisser Single-Point Digital Communication Interface, u standardizzat taħt IEC 61131-9) ġie żviluppat bħala soluzzjoni ta' komunikazzjoni peer-to{-peer li tista' tiġi inkorporata faċilment f'sensuri u attwaturi, u tagħtihom grad ta' "intelliġenza." Għalhekk, mhuwiex maħsub biex jissostitwixxi saffi ta' komunikazzjoni eżistenti bħal fieldbus, Profinet, jew HART, iżda pjuttost biex jaħdem flimkien billi jagħmilha eħfef għall--MCUs ta' spiża baxxa biex jinterfaċċjaw ma 'sensors u attwaturi ta' preċiżjoni għolja.
Il-konsorzju wara IO-Link jemmen li jista' jnaqqas b'mod sinifikanti l-kumplessità tas-sistema filwaqt li jintroduċi karatteristiċi utli bħad-dijanjosi ta'-ħin reali permezz tal-monitoraġġ tal-parametri. Meta integrati f'topoloġiji fieldbus permezz ta' gateways (implimentati wkoll minn MCUs jew PLCs), sistemi kumplessi jistgħu jiġu mmonitorjati u ġestiti ċentralment mill-kamra tal-kontroll. Is-sensuri jistgħu jiġu kkonfigurati mill-bogħod, parzjalment minħabba li s-sensuri IO-Link-konformi jafu aktar dwarhom infushom minn sensuri "konvenzjonali".
L-ewwel, l-identità tagħhom (u tal-manifattur) hija inkorporata fis-sensor f'format XML, disponibbli fuq talba. Dan jippermetti lis-sistema tirrikonoxxi immedjatament is-sensor u tifhem il-kapaċitajiet tagħha. Aktar importanti minn hekk, IO-Link tippermetti li s-sensuri (u l-attwaturi) jipprovdu flussi ta' dejta kontinwi, f'-ħin reali lill-kontrollur. Fil-fatt, IO-Link tiffaċilita tliet tipi ta' skambju ta' dejta: dejta tal-proċess, dejta tas-servizz, u avvenimenti. Id-dejta tal-proċess hija trażmessa b'mod ċikliku, filwaqt li d-dejta tas-servizz tiġi skambjata b'mod mhux-ċikliku u dejjem fuq talba mill-IO-Link master. Id-dejta tas-servizz tista 'tintuża biex taqra u tikteb id-dejta tal-parametri lejn/minn l-apparat.
IO-Link jipprovdi mod aktar sempliċi għall-MCUs biex jagħmlu interfaccia ma' sensuri intelliġenti, li jippermetti lill-inġiniera tas-sistema jiżviluppaw soluzzjonijiet ta' awtomazzjoni industrijali aktar intelliġenti.
Bosta fornituri tal-MCU ssieħbu fl-IO-Link Consortium, li reċentement sar Kumitat Tekniku (TC6) fi ħdan PI (PROFIBUS u PROFINET International). Fundamentalment, IO-Link jipprovdi kontrolluri-inklużi MCUs u PLCs-b'metodu standardizzat għall-identifikazzjoni, il-kontroll, u b'mod ġenerali l-komunikazzjoni ma' sensuri u attwaturi li jadottaw dan il-protokoll. Il-lista ta 'manifatturi li joffru apparati kompatibbli qed tikber, flimkien ma' żieda fl-appoġġ mill-manifatturi tal-MCU.
L-appoġġ jiġi parzjalment minn speċjalisti bħad-dar tad-disinn Ġermaniża Mesco Engineering, li qed tikkollabora ma' diversi manifatturi tas-semikondutturi biex tiżviluppa soluzzjonijiet IO-Link. Ir-roster tal-imsieħba tiegħu jinkludi Infineon, STMicroelectronics, Atmel, u Texas Instruments. Pereżempju, Infineon trasferixxa l-munzell ta' IO-Link ta' Mesco għall-XC800 tiegħu, MCU 8-bit kompatibbli 8051-li jagħti intelliġenza fit-tarf tal-apparat (sensor/attwatur) tal-link. Infineon qed jippermetti wkoll l-appoġġ IO-Link għall-apparati ta '16-bit tiegħu, inkluża s-serje XE16x.
Il-munzell ta' Mesco ġie wkoll portat għas-serje MSP430 ta'-qawwa baxxa-MCU ieħor ta' 16-il bit ta' Texas Instruments ibbażat fuq qalba proprjetarja. Speċifikament, timmira l-MSP430F2274.
Il-manifatturi qed jiżviluppaw ukoll firxa ta' transceivers ta' IO-Link diskreti, bħal Maxim's MAX14821. Dan it-transceiver jimmira tagħmir IO-Link u sensuri/attwaturi binarji 24 V, li jservu bħala l-interface tas-saff fiżiku għal MCU li jħaddem il-protokoll tas-saff tal-link tad-data (Figura 3). Żewġ regolaturi lineari interni jiġġeneraw is-sensorju komuni u r-rekwiżiti tal-qawwa tal-attwatur f'5 V u 3.3 V, u l-apparat huwa kkonfigurat u mmonitorjat permezz ta 'interface SPI. Għandu wkoll interface ta 'transceiver IO li kapaċi jaħdem f'vultaġġi sa 36 V.
Figura: It-transceiver IO-Link ta' Maxim jipprovdi interface ta' saff fiżiku għal MCUs li jmexxu protokolli ta' saff ta' konnessjoni tad-dejta.
Hekk kif IO-Link tikseb livelli ogħla ta' penetrazzjoni, jidher li aktar manifatturi qed jintegraw dawn l-interfaces fiżiċi ma' periferali ddedikati oħra fuq MCUs għal applikazzjonijiet ta' awtomazzjoni industrijali.
L-awtomazzjoni industrijali dejjem bbażat ruħha fuq l-integrazzjoni tal-kejl u l-kontroll. Minkejja l-introduzzjoni dejjem akbar tan-netwerking f'dawn l-aħħar snin, l-interface bejn id-dominji diġitali u analogu baqgħet relattivament mhux mibdula. Madankollu, bl-introduzzjoni ta' IO-Link, issa qed jiġu żviluppati sensuri u attwaturi li jistgħu jgħaqqdu ma' MCUs b'modi aktar sofistikati. Konnessjonijiet minn punt-sa-punt mhux biss jipprovdu metodu aktar sempliċi għall-interfaċċjar tal-elementi tal-kontroll iżda joffru wkoll mod effettiv biex jestendu l-kapaċitajiet tal-MCUs-baxx.