Модуль цифровых выходов с PROFINET IO
Платформа:
- Платформа: Texas Instruments AM243x (Sitara™, ARM Cortex-R5F) real-time MCU для промышленного Ethernet. Поддержка PRU-ICSSG для детерминированных сетей, Industrial-grade, длительный жизненный цикл.
Цифровые выходы:
- 24 В
- 8/16/32/64 канала (модульная конфигурация)
- Индустриальные high-side драйверы
- Защита: короткое замыкание, перегрузка по току, перегрев
- Диагностика состояния нагрузки
Программное обеспечение:
- RTOS: Zephyr OS
- TCP/IP стек: Zephyr network stack
- Промышленный протокол: PROFINET IO Device (RT)
- Использование PRU-ICSSG для real-time Ethernet
- TI SDK: MCU+ SDK (AM243x)
Клиент и бизнес проблема
OEM-производитель распределённых систем дискретного ввода-вывода и шкафной автоматики для таких секторов, как машиностроение, логистика и автоматизация складов, при выходе на ключевые рынки Европы и Азии столкнулся с критическими вызовами из-за отсутствия поддержки стандарта PROFINET:
- Применяемые ранее решения на базе Modbus TCP и простых Ethernet-I/O демонстрировали недетерминированное поведение, приводящее к джиттеру сигналов, непредсказуемой работе исполнительных механизмов и общему снижению надёжности производственных циклов.
- Дополнительную сложность создавало отсутствие в типовых модулях расширенной диагностики выходов, что вынуждало проводить ручные проверки на месте для обнаружения обрывов или коротких замыканий.
- Интеграция оборудования в доминирующую Siemens-экосистему без родного интерфейса PROFINET была сопряжена с необходимостью использования шлюзов, что усложняло проектирование и увеличивало сроки пусконаладки.
- В условиях жёсткой конкуренции с крупными вендорами, предлагающими комплексные PROFINET-решения с единым пользовательским опытом, перед клиентом остро встала задача разработки собственного, полностью конкурентоспособного продукта, соответствующего отраслевым стандартам.
Решение
Разработанное решение представляет собой цифровой выходной модуль 24 В с поддержкой PROFINET IO RT на базе TI AM243x, специально созданный для высокодетерминированного управления исполнительными механизмами, такими как соленоиды и клапаны. Архитектура решения включает
- Ядро — реал-тайм платформа с PRU-ICSSG для гарантированной минимальной задержки и джиттера переключений, а также Cortex-R5F для логики приложения, диагностики и управления.
- Выходной каскад обеспечивает надёжную работу с аппаратной защитой от коротких замыканий, перегрузок и перегрева, а ПО в реальном времени отслеживает фактическое состояние каждого выхода.
- Реализация стека PROFINET IO Device обеспечивает циклический обмен данными, расширенную диагностику и точную синхронизацию с сетевым циклом.
- Для лёгкой интеграции в экосистему Siemens создан GSDML-файл, позволяющий настраивать модуль в TIA Portal как стандартный компонент с визуализацией состояния, ошибок и аварийных сигналов.
- Функциональная надёжность обеспечивается настраиваемым поведением при потере связи и встроенной fail-safe логикой.
- Решение прошло тестирование PROFINET IO RT, успешные интеграционные испытания с контроллерами Siemens и проверку на соответствие требованиям по джиттеру, защите и устойчивости к сетевым сбоям.
Ценность для клиента
Для производителя DO-модулей:
- Выход на рынок PROFINET-I/O без внешних ASIC
- Детерминированное управление благодаря PRU
- Унификация линейки I/O на AM243x
Для конечного заказчика (завод):
- Предсказуемое поведение исполнительных механизмов
- Прозрачная диагностика прямо в ПЛК
- Быстрая замена и масштабирование
- Снижение простоев оборудования
Итог: проект превращает стандартный дискретный выходной модуль в интеллектуальный PROFINET-совместимый узел, полностью готовый для использования в современных машиностроительных и логистических системах. Платформа AM243x с PRU-ICSSG обеспечивает промышленный уровень детерминизма и надёжности, необходимый для управления 24-вольтовыми исполнительными механизмами в критичных циклах автоматики.
Связаться с нами