Массовый кориолисовый расходомер с поддержкой промышленного протокола PROFINET RT
Аппаратное обеспечение: Платформа на базе Xilinx Zynq 7020 (Dual-core ARM Cortex-A9 + FPGA)
Программное обеспечение: FreeRTOS (Real-Time Operating System)
Клиент и бизнес проблема
Клиент: производитель высокоточных кориолисовых расходомеров для критичных процессов в нефтегазовой, химической, фармацевтической и пищевой промышленности.
Вызовы:
- Устаревшая связь: существующие устройства используют ограниченные или проприетарные интерфейсы связи (HART, аналоговые выходы, Modbus), что усложняет интеграцию в современные цифровые АСУ ТП.
- Недостаток данных в реальном времени: невозможность передавать весь спектр измеряемых параметров (массовый расход, плотность, температура, общий объём) с высокой скоростью и детерминизмом, требуемым для замкнутых контуров управления.
- Сложность интеграции: подключение к системам на базе Siemens TIA Portal требует дополнительных шлюзов и ручной конфигурации, увеличивая стоимость и риски проекта.
- Конкуренция: лидеры рынка уже предлагают устройства с поддержкой PROFINET, что является стандартом де-факто для новых промышленных установок в Европе и мире.
Решение
Разработка новой версии массового кориолисового расходомера со встроенным промышленным сетевым интерфейсом PROFINET RT на современной гибкой платформе Xilinx Zynq 7020 под управлением FreeRTOS.
Ключевые компоненты решения:
- Гибкая аппаратная платформа (Zynq 7020):
- FPGA: выделена для обработки сигналов с сенсоров, реализации алгоритмов цифровой фильтрации и расчёта параметров потока с высочайшей точностью и детерминизмом.
- ARM Cortex-A9: запускает FreeRTOS и отвечает за управление устройством, связь, обработку команд и диагностику.
- Реализация промышленного стека PROFINET:
- Портирование и адаптация профессионального стека PROFINET RT под связку FreeRTOS + LwIP.
- Создание слоя абстракции от ОС (OSAL) и сетевого драйвера для бесшовной интеграции.
- Программная экосистема:
- GSDML-файл: стандартизированный электронный паспорт устройства, позволяющий автоматически импортировать его в TIA Portal, где он отображается как знакомый PROFINET-устройство со всеми параметрами (модули ввода/вывода, диагностика, теги).
- Детерминированная связь: гарантированное время отклика (цикл PROFINET) для критичных данных.
- Функциональная безопасность: поддержка диагностических сообщений и «здорового» бита (status/quality) для каждого канала данных.
- Комплексный процесс тестирования:
- Валидация в симуляторе RT-Tester (ART) и с PROFINET Test Bundle.
- Интеграционное тестирование в реальной среде Siemens TIA Portal с ПЛК Siemens.
- Стресс-тесты на стабильность и латентность в перегруженной сети.
Ценность для клиента
Для производителя расходомеров:
- Выход на новый рынок: возможность участвовать в тендерах на современные «умные» заводы, где PROFINET является обязательным требованием.
- Конкурентное преимущество: превращение из поставщика датчика в поставщика интеллектуального сетевого устройства. Увеличение маржинальности продукта.
- Ускорение внедрения: интеграция становится «подключи и работай» для инженеров АСУ ТП, что сокращает время пусконаладки с дней до часов и минимизирует ошибки.
- Будущая готовность: архитектура на базе Zynq и FreeRTOS позволяет в будущем относительно легко добавлять другие протоколы (EtherNet/IP, CC-Link IE) или расширять функционал.
Для конечного заказчика (нефтехимический завод, фарм. компания):
- Снижение совокупной стоимости владения (TCO): устранение необходимости в дополнительных шлюзах, упрощение кабельной инфраструктуры.
- Повышение качества управления: доступ к богатым диагностическим данным и высокочастотным измеряемым значениям прямо в ПЛК для улучшения контроля процесса.
- Повышение надёжности: стандартизированный, отказоустойчивый промышленный протокол.
- Упрощение обслуживания: централизованная диагностика, удалённый мониторинг состояния устройства через панели оператора или SCADA-системы.
Итог: проект трансформирует традиционный высокоточный расходомер в цифровой узел с поддержкой PROFINET RT, напрямую интегрированный в цифровую экосистему завода, создавая значительную ценность для всей цепочки — от разработчика до оператора технологической установки.
Связаться с нами