インダストリー 4.0 のファクトリー オートメーション システムは通常、リアルタイムの通信と制御を可能にする 3 層の機器で構成されています。-
現場レベルでは、I/O モジュール、アクチュエーター、ドライブが工場内の物理的な操作を管理します。
制御レベルでは、プログラマブル ロジック コントローラー (PLC) またはコンピューター数値制御 (CNC) システムが、フィールド レベルから情報を収集し、フィールドにコマンドを発行する役割を果たします。
オペレータ レベルでは、ヒューマン マシン インターフェース（HMI）デバイスがオペレータと通信し、オペレータは同時にコマンドを発行できます。{0}
各レベルには、その固有の設計課題に対処するために最適化されたハードウェアおよびソフトウェア ソリューションが必要です。中でも、管理レベルの課題は特に解決が困難です。
単一のコントローラでサポートされるノードの数が増加し続けるにつれて、制御レベル デバイスの設計者は、エネルギー消費、電源寿命の延長、信頼性要件など、一般的な産業オートメーション設計の懸念事項を超えた特定の課題に直面しています。{0}より多くのノードをサポートするということは、プラント ソリューション全体で必要なコントローラーの数が減り、よりコスト効率の高い自動化ソリューションが構築されることを意味します。{2}あるいは、これらの追加ノードをプラント全体に展開して、より高いレベルの自動化を実現することもできます。ただし、サポートされるノードの数が増加するにつれて、パッケージ サイズの増加を避けるために十分に低い消費電力を維持しながら、プロセッサのパフォーマンスもそれに応じて拡張する必要があります。さらに、ほとんどの PLC はファンなしで設計されているため、消費電力が設計上の重要な考慮事項となります。
PLC と CNC は工場内の多数のノードや機能を同時に制御するため、その操作のリアルタイム性が重要です。{0}正確なタイミングを実現するソリューションには、リアルタイム オペレーティング システム（RTOS）と産業用通信用の柔軟で時間に対応した周辺機器という 2 つのコンポーネントが不可欠です。- RTOS はこれらのデバイスで採用されており、意思決定の管理とレイテンシの制御を行い、重要なタイミング要件への準拠を保証します。-商用 RTOS は長年にわたって産業用制御に広く採用されてきましたが、RT Linux® ソリューションへの関心は高まり続けています。これらのソリューションは、大規模な Linux オープンソース コミュニティの利点を最大限に活用しながら、産業オートメーション アプリケーションに必要な-時間敏感性と意思決定機能-を提供します。{10}}
リアルタイム ソリューションの通信周辺部分の主な要件は、ノード数が増加した場合でも、低レイテンシと短いプロトコル サイクル タイムを実現する方法を通じて産業用フィールドバス プロトコルをサポートすることです。{0}}単一の設計内で複数のフィールドバス規格をサポートする必要がある場合、これはより複雑な課題になります。マルチプロトコルのサポートは、最終製品が工場内に既に導入されている複数の標準-（EtherCAT、PROFINET、Ethernet/IP など）と互換性があることを保証するために不可欠です。-ハードウェア (ASIC) によるマルチ プロトコル サポートの実現は複雑です。各プロトコルには独自の専用 ASIC が必要な場合があり、サポートされるフィールドバスごとに個別のボード設計が必要になるためです。プログラム可能なアプローチにより、この課題が簡素化されます。これらのアプローチでは、フィールドバス プロトコルの変更は、ソフトウェアまたはファームウェアのアップデートだけで実装できます。
このリアルタイム通信ソリューションを効率的に促進するには、コントローラには広範な周辺機器インターフェースが必要です。{0}これは、工場内のフィールドバス ネットワーク、I/O、アクチュエータ、ドライブ、その他のコントローラを接続するバックプレーン、OPC UA などのデータ収集プロトコルを介して工場診断を実行するサーバーなど、複数の層にわたって通信する必要があるためです。これらすべてにより、多数の周辺インターフェイス、特にイーサネット インターフェイスが必要になります。さらに、柔軟でプログラム可能な通信ソリューションも必要です。
Sitara™ AM572x プロセッサ用の TMDXIDK5728 産業用開発キット (IDK) が、制御-レベルのファクトリー オートメーション ソリューションの評価に利用できるようになりました。 AM572x デュアル-コア ARM® Cortex®-A15 プロセッサは、産業用温度範囲のサポート、最大 100,000 時間の延長寿命、リアルタイム ソフトウェア サポート、デュアル PRU-ICSS（プロセッサ リアルタイム-}プログラム可能な産業用通信用のユニット-産業用通信サブシステム)。 TMDXIDK5728 は 4 つのイーサネット ポートを提供します。そのうち 2 つはギガビット スイッチから供給される可能性があり、他の 2 つは PRU-ICSS から供給される可能性があります (デフォルト構成)、または 4 つのポートすべてが PRU-ICSS から供給される可能性があります。 TMDXIDK5728 を使用すると、プロセッサ -SDK-RTOS 内の PRU-ICSS-INDUSTRIAL-SW を通じて提供される、AM57x に基づく産業用フィールドバス プロトコル用の TI の最新ソリューションを評価できます。さらに、TMDXIDK5728 は、プロセッサ-SDK-Linux- RT ソフトウェア パッケージを実行できます。このパッケージは、TI のメインライン Linux カーネルに最適化された RT プリエンプト パッチを提供し、リアルタイム産業オートメーション アプリケーションの開発を可能にします。-