工业用 PCs

多核心技术填补了先进机器控制的空白

封面故事: 随着机器整合了更复杂的组件和软件,多核心工业电脑 (IPCs) 提供了处理和核心隔离功能,以实现智能工厂和工业 4.0 概念。某些应用程序需要多少内核?
作者: 埃里克 · 雷纳 2020年1月13日
礼貌: 贝克霍夫自动化

当多核心技术可用于工业机械时,工程师们有疑问。“你能用所有的处理能力做什么?” 有些人想知道。“你什么时候需要它?” 其他人问道。当时,在基于 PC 的自动化软件中运行可编程逻辑控制器 (PLC) 程序需要一个核心。例如,即使有了 HMI 和一些额外的程序,带有双 16 核处理器的工业服务器也显得过多。未来的额外项目在战略上有一些空白,但是工程师们不知道如何填充它们以及用什么来填充它们。然而,生产机械不再是以前的样子了。

自动化技术 (AT) 的不断进步,加上 AT 、操作技术 (OT) 和信息技术 (IT) 的更大融合,创造了更高效、可靠和复杂的机器。智能工厂和工业 4.0 概念所必需的数据采集和响应能力也导致了重大变化。

多核心原则甚至延伸到 DIN 导轨安装机器控制器,如这款 Beckhoff CX2042 嵌入式 PC。礼貌: 贝克霍夫自动化

多核心原则甚至延伸到 DIN 导轨安装机器控制器,如这款 Beckhoff CX2042 嵌入式 PC。礼貌: 贝克霍夫自动化

例如,曾经使用过一些可编程逻辑控制器、步进电机和基本现场总线的系统,已经收到了机器人和机电线性传输系统 (LTSs) 运动控制、 EtherCAT 通信的重大更新, 机器视觉系统、带有语音命令的操作员接口 (OIs) 、移动人机界面 (HMIs) 和,最近,机器学习 (ML)。这些与许多新兴技术一起,继续填补空白,并证明当今多核心技术的整合是合理的。

Plc 和可编程自动化控制器 (PACs) 跟不上由此产生的大量数据流入。多供应商,分布式控制架构并不总是被证明是有效的,因为 “握手” 需要使系统协同工作。先进的机器需要先进的控制。基于 PC 的控制已经证明了它的能力很多年了,但是这些能力已经通过引入多核心 cpu 而增长。

今天,多核工业电脑 (IPCs) 仍然满足大多数机器控制要求, 但是需求的快速增长和获得竞争优势的机会使得探索升级和未来机器设计的多核心选项成为一个令人信服的案例。

什么是多核心 ipc?

多核和多核控制之间的关键区别与其说是处理器内核的数量,不如说是实际的处理器结构。通过使用针对更高的并行性和吞吐量而优化的嵌入式处理器,基于高性能计算 (HPC) 原则构建多内核。大规模并行数据流处理意味着由于任务的空间布局,任务并发完成的功耗较低。多内核还依赖增强的线程同步来解决大多数低量程 cpu 中出现的数据瓶颈问题。

在生产线上运行许多机器和程序的集中控制系统为制造商和机器制造商原始设备制造商提供了重要价值。礼貌: 贝克霍夫自动化

在一条生产线上运行许多机器和程序的集中控制系统为制造商和机器制造商提供了显著的价值。礼貌: 贝克霍夫自动化

在大多数应用中,当与适用于标准机器控制逻辑和高级功能的自动化软件配对时,多核技术可以同时轻松地执行众多复杂任务。多核心 cpu 被设计为以同样高的可扩展性和灵活性将这种能力扩展到最费力的应用程序。因此, 多核心控制原则可以扩展到一系列设备,从具有四核处理器的可安装于 DIN 导轨的嵌入式 pc,到具有双 20 核英特尔至强主板的工业服务器以及更远的地方。无论大小,该技术的一个关键优势是使用基于 PC 的自动化软件进行核心隔离。

高级控制应用: 有多少个内核?

具有核心隔离的 IPC 软件允许工程师将特定任务专用于软件中的单个核心或集群。处理器的内存关联导致更快的处理时间,任务数据缓存在特定位置以获得更高的性能。要求苛刻的程序,如集成 ML 或 MathWorks 的 Matlab/Simulink 实时仿真,可以占用彼此靠近的多个内核,并与类似任务同时运行。

对于先进的运动控制架构也是如此,例如 LTSs 和带有悬浮移动器的平面电机系统,它们需要专用的神经网络。复杂的分析和示波器软件也需要多个内核,特别是通过千兆以太网和 10 Gbit/s 通信速度提供的数据量。

IPC 的选择还取决于所支持的任务和系统的数量以及可用的内核,而不是最高的时钟速度。耐久性也是生产环境的一个问题。对于生产环境,耐久性也是一个问题。因此,选择以坚固的外形提供可扩展产品的供应商是很重要的。

Beckhoff C6670 控制柜工业服务器采用核心隔离,在 TwinCAT 3 自动化软件中有效地同时运行一系列流程和程序,CPU 选项高达双英特尔至强处理器,每个 20 核, 包括从 PLC 和 HMI 到集成机器学习和视觉的一切。礼貌: 贝克霍夫自动化

Beckhoff C6670 控制柜工业服务器采用核心隔离,在 TwinCAT 3 自动化软件中有效地同时运行一系列流程和程序,CPU 选项高达双英特尔至强处理器,每个 20 核, 包括从 PLC 和 HMI 到集成机器学习和视觉的一切。礼貌: 贝克霍夫自动化

在多核心控制器的较低范围内,一些供应商提供基于 PC 的控制器的标准,DIN 轨道可安装的形式因素。例如,一些嵌入式电脑提供 4 至 12 个 2.2 GHz 处理器、 8 至 64 GB DDR4 RAM 和-25 至 50 °C 的工作温度范围。在较高端,一些工业服务器拥有 6 到 20 核的双处理器,时钟速率根据核心数量而变化。这些可以提供从 240 GB SSD 到 4 TB 、 1,024 GB DDR4 RAM 的硬盘容量和 0 到 50 °C 的工作范围。在这些情况下,可扩展性非常重要; 当然,并不是每个应用程序都需要 40 个核心的处理能力,但是合理的数量可能需要超过 4 个核心。

智能工厂的工作负载整合

集中控制系统的好处在多核心 IPCs 中是触手可及的。多核心机器控制器通过整合所有任务,同时限制硬件、最小化占用空间和提高整体性能,创建多任务设备。这与以前的系统相比有了很大的改进,以前的系统在各种 plc 、运动控制器和网络 pc 之间划分过程,这造成了通信延迟。

虽然 IPCs 也可以连接到云,但它们的存储容量和在设备上运行大量程序的能力使控制器更加自给自足,有利于制造商和机器制造商原始设备制造商 (OEMs) 跨越许多行业。一些原始设备制造商可能会选择开发他们的知识产权,通过在多核心设备上运行他们自己的专有软件来处理先进的机器学习和人工智能 (AI)。例如,如果他们的机器处理挥发性化合物,制造商也可能对云保持警惕。即使没有互联网连接,工程师也可以使用更高效的平台来实现工业 4.0 和智能工厂概念。

多核技术实际上是由处理器如何针对并行性和吞吐量进行优化来定义的。礼貌: 贝克霍夫自动化

多核技术实际上是由处理器如何针对并行性和吞吐量进行优化来定义的。礼貌: 贝克霍夫自动化

这些控制器使用的自动化软件对整体性能增益和功能有着至关重要的影响。由于基于个人电脑的控制器随着时间的推移而发展并扩展了功能,因此采用多核心和多核心架构后,原始设备制造商和制造商可能会面临许多新的挑战。同样先进的软件应该经过测试和验证,以适应这些挑战。在选择系统时,工程师应确保软件和硬件显示该领域多年经验的结果,并特别准备用于多核心控制。

今天,当代机器架构所需的处理能力让一些供应商措手不及。然而,许多先进的机器和系统显示了多核心技术的价值。

Eric Reiner,IPC 产品专员,倍克霍夫自动化。由副主编 Chris Vavra 编辑,yabo2009,CFE 媒体和技术,Cvavra@cfemedia.com

更多答案

关键词:工业电脑,多核心技术,工业 4.0

多核心技术选项可以帮助公司跟上工业pc (IPCs) 的升级和未来机器设计。

多核心 cpu旨在以同样高的可扩展性和灵活性将这种能力扩展到最费力的应用程序

多核心个人电脑可以整合运营并简化数据管理。

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更多信息:

Www.beckhoff.com/many-core-cx

Www.beckhoff.com/c6670


Eric Reiner
作者简历:Eric Reiner,IPC 产品专家,Beckhoff 自动化。