01 前言

隨著工業(yè)數(shù)字化進(jìn)程加速與IT/OT深入融合，不斷增加的OT核心數(shù)據(jù)已經(jīng)逐步成為工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)的核心資產(chǎn)，而OT層數(shù)據(jù)具備高實(shí)時(shí)、高精度、冗余度高、數(shù)據(jù)量大等等特點(diǎn)，如何獲取更加精準(zhǔn)的OT數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)字化進(jìn)程起到至關(guān)重要的作用，同時(shí)隨著國內(nèi)工業(yè)控制系統(tǒng)逐步進(jìn)入中高端應(yīng)用，更加精準(zhǔn)的控制至關(guān)重要，因此工業(yè)控制系統(tǒng)高實(shí)時(shí)高性能需求尤其突出。

面對(duì)以上挑戰(zhàn)，合作伙伴翌控科技基于米爾STM32MP135開發(fā)板發(fā)布開放式高實(shí)時(shí)高性能PLC控制器解決方案，將高精準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、存儲(chǔ)、通信與高實(shí)時(shí)控制融為一體，為控制系統(tǒng)邁向完全數(shù)字化中高端控制提供一個(gè)非常好的選擇。

02 STM32MP135處理器簡(jiǎn)介

STM32MP135系列處理器具備1GHz高主頻，實(shí)現(xiàn)高性能的同時(shí)，具備更低的功耗，為工業(yè)控制產(chǎn)品穩(wěn)定可靠的執(zhí)行提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)STM32MP135支持高性能DDR3存儲(chǔ)器，在存儲(chǔ)器性能與抖動(dòng)抑制方面實(shí)現(xiàn)極大的優(yōu)化。為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)EtherCAT與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)TCP/IP通訊同時(shí)運(yùn)行，STM32MP135設(shè)計(jì)了2個(gè)獨(dú)立的高性能千兆以太網(wǎng)MAC單元，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間驗(yàn)證，通訊效率與穩(wěn)定性非常高，并且可以很好的適配國產(chǎn)千兆PHY芯片。STM32MP135支持的Eclipse ThreadX實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，針對(duì)高實(shí)時(shí)高性能的應(yīng)用場(chǎng)景，中斷響應(yīng)速度低至ns級(jí)，而非常高負(fù)載情況下ThreadX任務(wù)抖動(dòng)依然可控制在10us以內(nèi)，同時(shí)完備的HAL驅(qū)動(dòng)庫具備極速外設(shè)響應(yīng)速度。對(duì)于熟悉STM32的開發(fā)工程師可實(shí)現(xiàn)零門檻升級(jí)至STM32MP135的開發(fā)。

▲STM32CubeMPU MW overview

▲  Middleware Components

03 翌控科技LogicLab解決方案基于STM32MP135平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

翌控科技和STM32聯(lián)合開發(fā)，完成LogicLab解決方案對(duì)STM32MP135處理器的適配，包括符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的PLC運(yùn)行系統(tǒng)、Modbus協(xié)議棧、CANopen主站協(xié)議棧、EtherCAT主站協(xié)議棧、運(yùn)動(dòng)控制等等組件。

同時(shí)翌控科技對(duì)STM32MP135處理器的Eclipse ThreadX實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)適配與BSP驅(qū)動(dòng)進(jìn)行了針對(duì)于PLC應(yīng)用的增強(qiáng)。經(jīng)過詳細(xì)測(cè)試，基于STM32MP135平臺(tái)LogicLab解決方案性能均達(dá)到先進(jìn)水平，關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)如下：

• PLC存儲(chǔ)器：程序區(qū): 16MB，數(shù)據(jù)區(qū): 32MB，掉電保持區(qū): 128KB
• PLC基礎(chǔ)指令執(zhí)行性能: 4ns
• PLC高速IO中斷響應(yīng)能力: <1us
• PLC中斷任務(wù)響應(yīng)能力: <10us
• EtherCAT主站推薦最小周期(開啟DC): 250us(小于8從站)，500us(小于16從站)，1ms(小于32從站)
• EtherCAT任務(wù)與DC從站時(shí)間偏差: <10us
• 運(yùn)動(dòng)控制最大軸數(shù):40軸(含脈沖軸與虛擬軸)

翌控科技LogicLab解決方案應(yīng)用架構(gòu)圖:

翌控科技基于STM32系列處理器提供全新LogicLab Runtime SDK 2.0版本，基于標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)板集成Eclipse ThreadX組件、板級(jí)驅(qū)動(dòng)、PLC核心庫移植、現(xiàn)場(chǎng)總線通訊庫、運(yùn)動(dòng)控制庫實(shí)現(xiàn)等等功能，實(shí)現(xiàn)開箱即用，大幅削減基礎(chǔ)平臺(tái)研發(fā)投入。LogicLab Runtime SDK可直接通過STM32CubeIDE導(dǎo)入工程，并進(jìn)行編譯并生成固件，同時(shí)可基于C/C++對(duì)PLC核心功能進(jìn)行擴(kuò)展，完全固化行業(yè)核心Knowhow，從而實(shí)現(xiàn)獨(dú)特的PLC控制器產(chǎn)品，核心架構(gòu)圖如下:

04 開放式硬件生態(tài)

開放式高實(shí)時(shí)高性能PLC控制器產(chǎn)品的硬件生態(tài)，可以加速客戶開發(fā)產(chǎn)品進(jìn)度以及降低研發(fā)難度和風(fēng)險(xiǎn)。通過與米爾電子深入合作，LogicLab Runtime SDK已適配米爾電子的MYD-YF135-4E512D-100-I開發(fā)板，該開發(fā)板采用核心板+底板分離式設(shè)計(jì)，工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)可快速進(jìn)行產(chǎn)品化，具備2路千兆以太網(wǎng)接口同時(shí)適配以太網(wǎng)通訊(支持ModbusTCP通訊)與EtherCAT主站，1路RS485與1路RS232適配ModbusRTU接口，1路CAN總線適配CANopen主站，外擴(kuò)RGB顯示屏可進(jìn)行圖形化界面開發(fā)以及引出多路通用GPIO實(shí)現(xiàn)本地高速IO子系統(tǒng)，開發(fā)板圖片如下:

米爾STM32MP135開發(fā)板

05 結(jié)論

借助于STM32優(yōu)秀的MPU產(chǎn)品與豐富的RTOS軟件生態(tài)以及板級(jí)硬件伙伴米爾電子的工業(yè)級(jí)模組，翌控科技實(shí)現(xiàn)開放式高實(shí)時(shí)高性能PLC控制器解決方案，通過發(fā)布開放式LogicLab Runtime SDK軟件包，用戶可快速實(shí)現(xiàn)具備競(jìng)爭(zhēng)力的PLC控制器產(chǎn)品，并且大幅降低了研發(fā)團(tuán)隊(duì)投入，為全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化智能化控制系統(tǒng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。