用ARM架構處理器的優(yōu)化工業(yè)控制方案

　　這種網絡化的集中工業(yè)控制模式使得技術人員與工業(yè)控制工程師能夠訪問豐富的數據，以便對工廠運營過程進行觀察、微調和優(yōu)化。工廠廠長與企業(yè)高管只需瀏覽一下儀表盤便能全面了解整個工廠的工作效率。

　　在過去，處理過程都是采用手動控制，工廠的每個環(huán)節(jié)也都是獨立運作的。通過訪問描述工廠實際運營狀態(tài)的實時數據，管理人員能夠更好地了解工廠的日常運行情況，并根據實時負載來調整商業(yè)策略。

　　從孤立節(jié)點到全面聯網設施已經歷了若干年的逐漸轉變。這種轉變大多是特定性或無計劃的，當前工業(yè)控制設計的各個方面仍將重點緊密地放在其自身總線、網絡以及控制器的特殊分類上，因此產生了分離的工業(yè)控制系統設計。

　　盡管現在已經有了從上到下統一的聯網工業(yè)控制模式，但如果以從下往上的角度去看，也就是從每個部分的中央處理單元來看，就顯得非常零散了。迄今為止，可高效運行在控制底層所有層面上的單個IC處理器架構根本是不存在的。

　　處理器技術的最新發(fā)展為設計人員在統一的工業(yè)控制模型下實現創(chuàng)新帶來了良機。通過在控制的各個層面對性能、功能及通信要求作仔細分析，利用統一的標準處理器內核架構，設計人員不但能夠以極具競爭力的價格獲得最優(yōu)解決方案，而且還可以通過軟件復用來降低軟件的開發(fā)成本，并大幅縮短設計周期。

　　控制層次

　　典型的工業(yè)控制系統可被描述成一個4層的分層結構：傳感器和致動器，用來監(jiān)控工業(yè)過程、報告狀態(tài)信息以及在需要時用來改變狀態(tài)；電動機以及諸如電感加熱器之類的其它系統，用來實現生產過程或運作狀態(tài)的改變；對傳感器節(jié)點傳送的信息進行分析并向驅動系統發(fā)出指令以實現所需改變的各種控制，包括用來連接設備的可編程邏輯控制器(PLC)網絡與可編程自動化控制器(PAC)網絡；人機界面(HMI)模塊和顯示屏，為工程技術人員提供算法處理過的可視工廠狀況。

　　直到今天，還沒有一種軟件兼容的處理器架構能夠以高性價比來滿足工業(yè)控制所有4層的需求。設計人員可通過采用一個公共的處理器架構來減少必須購買的軟件開發(fā)工具的數量，提高可復用代碼總量，并在熟悉的開發(fā)環(huán)境下進行專項開發(fā)。

　　ARM架構是一種免費授權的開放式架構，因此沒有使用權限的問題。作為一種開放式架構的優(yōu)勢使ARM架構成為了一個事實標準，為開發(fā)穩(wěn)健、多樣化的、全球第三方軟硬件生態(tài)系統奠定了基礎。

　　作為嵌入式處理領域的領先者，ARM公司提供了能夠滿足工業(yè)控制各層性能要求的多種處理器內核。內核的革命性發(fā)展促進了軟件的兼容性與架構的連續(xù)性。從Cortex-M3內核到Cortex-A8處理器的升級具有完全的軟件兼容性，因而能更輕松地開發(fā)具有通信功能的控制系統，這些通信功能僅需一次開發(fā)和測試就可運行在多種性能下。需要注意的是，一些ARM內核已集成了支持確定性行為與多任務處理等工業(yè)控制功能的硬件。

　　雖然內核提供了一個不錯的起點，但整合了ARM架構內核的微控制器(MCU)與微處理器(MPU)還必須提供集成外設和存儲器選項的適當組合。隨著工業(yè)控制范疇中的應用不斷增加，這種要求轉變成為一種對大型產品系列的需求，包括各種價格、性能以及功能的解決方案。

　　最后，可簡化開發(fā)過程并使代碼復用最大化的專業(yè)級軟件開發(fā)工具對幫助設計人員實現采用統一架構模型的控制系統具有十分重要的意義。

　　用來說明ARM內核的靈活性與應用范圍，以及確定面向分立控制功能的MCU與MPU外設正確組合的最佳方法。 就是分析圖1所示的控制層次各層的要求。

　　圖1：自動化工廠具有4個基本的生產過程控制層

　　人機界面(HMI)

　　從處理角度來看，對位于控制層次頂層的HMI要求是最高的。

　　具備觸摸屏按鈕、滑動條以及基本2D圖形的基本用戶界面可由MCU(例如基于ARM Cortex-M3的MCU)來處理。除此之外控制工程網版權所有，還需要有高級操作系統，并且用戶界面解決方案要從MCU轉變成MPU。

　　在自動化設備中，通過遠程控制站工作的操作人員需要盡可能多地監(jiān)控和觀察工廠車間情況。要實現全面的觀測，就需要3D圖形和視頻等全新的圖形功能。例如CONTROL ENGINEERING China版權所有，讓操作人員觀察分布式工業(yè)控制系統的方法之一，就是通過點擊顯示器上特定機械或部位的標簽來進行訪問。