Voordelen van Embedded Technologieën in Modulair Ontwerp

Gordon Moore formuleerde zijn beroemde Moore's Law over computing prestaties meer dan 50 jaar geleden, en het is niet minder dan een wonder dat de stelling de tand des tijds heeft doorstaan. De halfgeleiderindustrie verbetert voortdurend computingkracht in meer beperkte ruimtes bij schokkend lagere prijzen, wat consumenten een ongelooflijk aantal voordelen oplevert.

The Glove Unique Reprocessing Unit (GURU) gebouwd door Pentamaster, een automatiseringsleverancier in Maleisië, is een perfecte case study om dergelijke technologische vooruitgang te observeren. In twee van de zeven werkstations heeft het GURU-systeem het bedrijf in staat gesteld het aantal industriële PC's dat de machine-vision modules aandrijft, te halveren.

De eerste van de machine-vision modules wordt gebruikt voor het verwerken van beelddata van vier camera's zodat de handschoenen correct gepositioneerd kunnen worden in het automatische laadstation. Na chemische & thermische decontaminatie, ontvangt de tweede machine-vision module data van vier camera's, de handschoenen controlerend op cosmetische defecten. De overige drie werkstations worden gebruikt voor het vinden van pinholes en robotisch verpakken van handschoenen die inspectie doorstaan, en het schredderen van degenen die dat niet doen.

Om bij te blijven met de evolutie van machine-vision technologie, vond Pentamaster het nodig om de processors in het systeem te upgraden. Het uitvoeren van gesofisticeerde algoritmen op datachunks vereiste aanzienlijke verwerkingskracht. Om op een par te komen met deze efficiënties, verving Pentamaster de primitieve processors in de vision modules door multicore processors die geïntegreerde graphics handling capabilities hadden. Deze processors waren Intel's 3D tri-gate Core i5 die data veel effectiever konden verwerken. Daarnaast werden deze processors ondersteund door hyper-threading technologie die hen in staat stelde virtuele kernen te gebruiken voor het simultaan aanpakken van twee taken.

Deze verbeteringen brachten geweldige resultaten en reduceren de inspectiecyclus tot minder dan 2 seconden, en verhogen de inspectiesnelheid tot 900 handschoenen per uur van de vorige 600. De grotere verwerkingskracht maakte het Pentamaster ook mogelijk om twee vision modules te decommissioneren omdat ze niet meer nodig waren, wat administratie & onderhoud vereenvoudigde en een controle op het energieverbruik uitoefende.

Embedded Remote Diagnostiek

Het Pentamaster ontwerpteam zoekt naar nog meer verbeteringen die ze kunnen maken, zoals het toevoegen van meer testroutines, en heel recent, Active Management Technology die het bedrijf in staat zou stellen om hun hardware op afstand te managen, repareren & beschermen.

Deze technologie zou operators & technici in staat stellen om de uithoekse embedded systemen op afstand te benaderen vanaf hun computers en problemen op te lossen zoals die met de firmware en op root-niveau. AMT stelt gebruikers ook in staat om software via remote kanalen te installeren, automatisch zorgen voor hoofdpijn veroorzaakt door regelmatige patching & detectie/verwijdering van malware.

Een erg voordelig aspect van deze technologie is dat het de technicus in staat stelt om problemen op afstand te diagnosticeren zelfs als het embedded systeem apparaat uitstaat. Dit is mogelijk omdat AMT onder het besturingssysteem laag werkt, wat het differentieert van traditioneel gebruikte remote management software. Dit komt van pas in industriële PC's waar SCADA applicaties moeten draaien. Regelmatige updates met betrekking tot beveiliging & prestatieproblemen zijn essentieel in een industriële omgeving, wat centraal mogelijk is met deze technologie.

Modulair Machine Ontwerp

Remote diagnostiek en consolidatie van computing systemen in industrieën is niet de enige reden voor het doorsnee succes van embedded technologie in recente jaren. Een andere grote reden is de algemene trend onder machinebouwers om het ontwerp- & assemblageproces op een modulaire manier uit te voeren. Het assembleren van producten met behulp van pre-bestaande, off-the-shelf producten is eenvoudiger vergeleken met het bouwen vanaf nul. De complexiteit van machines neemt snel toe, en het is niet meer haalbaar voor bedrijven om hun systemen op maat te bouwen.

Vandaag de dag hebben klanten verschillende belangrijke eisen die ze aan de systeemintegrator stellen:

• Meer energiezuinig
• Snellere doorvoer
• Ondersteuning voor preventief onderhoud
• Communicatie met andere machines & voorraadbeheersystemen

Embedded technologieën kunnen bouwers helpen aan deze eisen te voldoen door modulaire componenten te bieden zoals omrichters, sensoren en aandrijvingen samen met intelligente HMI's. Deze componenten worden gecontroleerd & gesequenceerd door een industriële PC of een PLC, en berusten op een ethernetnetwerk dat fungeert als de architecturale ruggengraat van het systeem.

Integratie heeft ook vervat onder de vlag van embedded technologieën. Een belangrijk voorbeeld is de integratie van dual-core ARM processors met FPGA's van Xilinx & Altera. Dit heeft automatiseringsleveranciers in staat gesteld om hoog geïntegreerde multi-as aandrijvingen te bouwen tegen betaalbare prijzen, wat weer de controle van meerdere machines op een kostenefficiënte & gesynchroniseerde manier toestaat.

Geen FPGA's Nodig

De toegewijde, vaste functie ASIC's of FPGA's, die anders voor het embedden van protocollen voor koppeling aan lage-latentie industriële netwerken gebruikt zouden worden, zijn geëlimineerd door Industrial Communication Sub-System (ICSS), geplaatst door Texas Instruments in zijn Sitara familie van ARM Cortex-A processors.

Het koppelen van FPGA met algemene processors is een gangbare praktijk geweest voor implementatie van communicatieprotocollen of lage-latentie IO-uitbreiding, wanneer die features afwezig zijn op de host processor. Vandaag de dag zijn on-chip, lage-latentie versnellers ontworpen & geïmplementeerd, wat de kosten & complexiteit van het systeem & ontwikkeltijd reduceert.

De aanwezigheid van ICSS brengt ook modulariteit in de implementatie van communicatieprotocollen. Leveranciers vinden het vaak moeilijk om de hoogste communicatiestandaarden te handhaven terwijl ze een tijd- & kostenbeperkte benadering volgen. ICSS lost dit probleem op door een deken over verscheidene protocollen te leggen en een geünificeerde module te presenteren die pre-gecertificeerd kan worden.

Operating Systems Jongleren

De integratie van intelligente componenten binnen een systeem en consolidatie van verwerkingskracht is op nog een andere manier aangevuld door embedded technologie. Real-time operating systems volgen de IEC 61131 standaard voor PLC's voor het draaien van gespecialiseerde grafische & tekstuele machine-contraltaal. Naleving van IEC 61508 is noodzakelijk voor het waarborgen van SIL 3 standaarden.

Virtualisering heeft zich als een gamechanger bewezen en de hele industrie omgekeerd. Het is nu mogelijk om meerdere instanties van meerdere besturingssystemen op een enkele machine te draaien. Leveranciers ontwikkelen snel schema's voor het adresseren van zorgen zoals latentie & betrouwbaarheid. De inkoop & onderhoud van meerdere machines voor elke enkele applicatie is niet langer nodig, en men kan nu het volledige potentieel van een enkele krachtige machine benutten in plaats van meerdere machines in een onderbenutte manier te draaien.

Geïnteresseerd in meer leren? Praat met een van onze professionals bij PanelShop.com.