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機器智能與創(chuàng)新:為什么采用 Hypervisor 技術(shù)?

時間:2021-08-22 20:11:28來源:貝加萊工業(yè)自動化(中國)有限公司

導語:?Hypervisor 技術(shù)其實是一項 IT 的虛擬機(Virtual Machine),其目的是在一個硬件處理器上運行多個操作系統(tǒng),以發(fā)揮其各自的優(yōu)勢和功能,Hypervisor 技術(shù)是建立在當前的 CPU 多核處理器基礎(chǔ)上,對于不同的核,運行不同的操作系統(tǒng),因為不同的操作系統(tǒng)有其各自的優(yōu)勢。

       1 為什么要開發(fā)Hypervisor技術(shù)

  傳統(tǒng)上,市場咨詢類公司都是按照產(chǎn)品來定義并分析市場的,PLC和工業(yè)PC被劃分為兩個不同市場,傳統(tǒng)的PLC 并不運行操作系統(tǒng),而是借助于硬件直接的執(zhí)行,但是,功能就無法做到比較強。因此,后續(xù)發(fā)展基于實時操作系統(tǒng)(Real-Time Operating System)的控制器,這類操作系統(tǒng)非常擅長處理實時控制任務(wù),像高速I/O采樣、高速響應的控制任務(wù)如運動控制,而通用操作系統(tǒng)(General Purpose Operating System)如Windows、Linux,它們通常欠缺實時性,但是在圖形圖像、仿真軟件方面很強,而且,可視化方面的設(shè)計也很強,如圖1所示,Hypervisor集成了RTOS和GPOS的能力。

  

Hypervisor 無縫集成 RTOS 和 GPOS.png

  圖 1 Hypervisor 無縫集成 RTOS 和 GPOS

  

貝加萊 Hypervisor 內(nèi)部架構(gòu).png

  圖 2 貝加萊 Hypervisor 內(nèi)部架構(gòu)

  在過去,很多用戶經(jīng)常配置多個設(shè)備,一個PLC用來做實時任務(wù),一個PC用于處理非實時任務(wù)如HMI的畫面顯示(如三維動畫、動態(tài)計算的趨勢圖),甚至為了單獨處理視覺任務(wù)再增加一個PC。隨著芯片朝著多核架構(gòu)進一步發(fā)展, 以及更為迫切的集成處理,Hypervisor作為一個更為便利的解決方案,被貝加萊這樣的領(lǐng)先自動化廠商采用,應用于全新的控制與計算架構(gòu)設(shè)計。

  2 貝加萊Hypervisor的優(yōu)勢

  貝加萊的Hypervisor通常運行于工業(yè)PC,如APC系列工控機,通常采用多核的如Intel Core-i系列、Atom Apollo Lake處理器,或者Panel PC系列產(chǎn)品上,Hypervisor同樣是在Automation Studio中進行配置,并將實時任務(wù)分配給貝加萊的Automation Runtime,將存儲、圖形計算等任務(wù)分配給Windows/Linux系統(tǒng),如圖2所示,在貝加萊的Hypervisor中支持Automation Runtime Embedded系統(tǒng)和Windows/Linux開放的通用操作系統(tǒng)。

  它有以下幾個顯著的優(yōu)勢:

  ? 無縫集成:在一個硬件與軟件架構(gòu)下實現(xiàn)實時任務(wù)與非實時任務(wù)的無縫集成;

  ? 實時能力:實時任務(wù)與Windows/Linux任務(wù)通過多核間的通信連接,極速響應;

  ? 穩(wěn)定可靠:Hypervisor由于內(nèi)嵌于CPU核中,其穩(wěn)定性可靠性超越傳統(tǒng)的軟架構(gòu)系統(tǒng);

  ? 成本優(yōu)勢:將控制器與HMI、工業(yè)PC在一個設(shè)備中集成,降低了系統(tǒng)硬件成本。

  3 典型應用場景——邊緣計算

  隨著智能制造、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用的興起,實現(xiàn)其應用的邊緣計算(Edge Computing)架構(gòu)成為了當前工業(yè)的熱點,邊緣計算是在傳統(tǒng)控制任務(wù)基礎(chǔ)上,通過數(shù)據(jù)的連接,設(shè)備可以實現(xiàn)更為全局的優(yōu)化、調(diào)度、策略性任務(wù),這些任務(wù)不同于基于信號的控制,而是基于更多信息的集成, 其數(shù)據(jù)類型、所需的任務(wù)處理更適合于Windows/Linux這樣的架構(gòu)來實現(xiàn),包括機器學習、本地智能推理這樣的高動態(tài)任務(wù),同時,它計算的結(jié)果又需要高動態(tài)的反饋給RTOS

  

一個典型的應用場景.png

  圖 3 一個典型的應用場景

  去指揮機器人、電機、液壓等執(zhí)行機構(gòu)的運行,因此,采用Hypervisor可以構(gòu)建一個本地的邊緣計算架構(gòu),如圖3是一個典型的邊緣計算架構(gòu)。

  在邊緣計算場景中,它包含了眾多的應用需求:

  ? 大容量的本地數(shù)據(jù)存儲;

  ? 整線OEE統(tǒng)計、能源分析;

  ? 質(zhì)量分析與優(yōu)化應用;

  ? 預測性維護應用場景;

  ? 專業(yè)工藝數(shù)據(jù)分析工具與應用;

  ? 連接至云端應用系統(tǒng)的交互;

  ? 整線監(jiān)控與商業(yè)智能。

  4 Hypervisor的應用場景舉例

  (1) 分布式儲能系統(tǒng)的架構(gòu)

  在分布式儲能系統(tǒng)中,由一個支持Hypervisor的工業(yè)PC,即APC910,來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的運行,包括通過CAN/ ModbusTCP、POWERLINK等電池架、逆變器、I/O控制等任務(wù),以及運行于Linux系統(tǒng)的儲能系統(tǒng)管理、計量、分析、趨勢圖、報警、日志,以及云平臺連接、樓宇控制和遠程維護等管理任務(wù)的應用,如圖4所示的應用架構(gòu)。

  同時,在該系統(tǒng)中,每天會需要存儲40MB+的數(shù)據(jù),并應用于Linux平臺的數(shù)據(jù)分析軟件做學習與優(yōu)化。

  (2) 注塑機高端大氣的HMI設(shè)計

  Windows/Linux在處理顯示任務(wù)方面超級強大,而且,有大量IT人員開發(fā)的各種控件,如果用在機器顯示與操作上,那真的是可以讓機器“高端大氣上檔次”,所以貝加萊推出mapp VIEW后,非常受到用戶的歡迎,它支持動畫、視頻、PDF文件、以及各種IT控件顯示技術(shù),在

  

基于 Hypervisor 架構(gòu)的分布式儲能系統(tǒng).png

  圖 4 基于 Hypervisor 架構(gòu)的分布式儲能系統(tǒng)

  注塑機的 mappView 應用場景.png


  圖 5 注塑機的 mappView 應用場景

  圖5中,采用Hypervisor技術(shù)的Smartmold 9控制器中, mappView開發(fā)的畫面運行于Windows上,精美、流暢。同時,mappPLASTIC、mappHydraulic、mappAxis等實時任務(wù)同樣運行于Smartmold 9控制器上,實現(xiàn)了機器控制與Windows HMI的完美融合。

  其實,除了在mappVIEW這樣的HMI處理中,可以采用Hypervisor這樣的技術(shù)外,其實,對于整個注塑機的最佳參數(shù)獲取,完全可以基于這個架構(gòu)來實現(xiàn)。


標簽: 工業(yè)設(shè)備控制器

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