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基于软件定义的控制解决方案

供稿:北京东土科技股份有限公司 2021/1/20 11:35:26

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  • 关键词: 东土 软件
  • 摘要:从工业发展的历程来看,蒸汽、电力、信息技术、智能化完整的四代演进,到第四代,最核心的是智能化。什么是智能化?简单来讲,一个是智慧,一个是能力,中间还需要“+”,综合起来就是“智慧+能力”。传统的IT更多是解决智慧的问题,大数据分析、人工智能这些内容解决的是计算的方法、算力,或者是智慧的问题;而传统的OT部分,就像人一样,是解决肌肉端的能力问题。科东软件重点解决“+”的问题。

从工业发展的历程来看,蒸汽、电力、信息技术、智能化完整的四代演进,到第四代,最核心的是智能化。什么是智能化?简单来讲,一个是智慧,一个是能力,中间还需要“+”,综合起来就是“智慧+能力”。传统的IT更多是解决智慧的问题,大数据分析、人工智能这些内容解决的是计算的方法、算力,或者是智慧的问题;而传统的OT部分,就像人一样,是解决肌肉端的能力问题。科东软件重点解决“+”的问题。

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在解决技术智能化的需求上,根据国家的战略,解决卡脖子问题。卡在三个部分:芯片、操作系统、协议。智能化就是从传统的控制系统的基础上,引入一些新的互联网技术,形成新的工业互联网的应用场景,比如5G、人工智能、视觉系统和图像识别,结合传统的服务化应用发展的思路及软件定义的技术发展趋势,形成智能制造新的架构。在这个基础上,我们需要功能更复杂、适用范围更广、安全可靠性更高的工业级网络操作系统。

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首先,它是基于通用的工业PC或者嵌入式板卡的操作系统,从主流的X86、ARM、MIPS架构;其次是微内核,确保操作系统内核能够通过SIL类安全功能认证,满足一些高安全关键系统应用的需求,第三,它还能支持实时和非实时应用,同时在一个场景上,就像大脑分左右半区,会分成视觉区、逻辑思维以及其他控制区,通过这种方式分成不同区来满足不同类型的业务需要,这是我们操作系统的核心。

科东提供了一个智能化的基础平台,这个平台助力工业控制系统打通任督二脉。总线技术,符合IEC61158-28标准的AUTBUS总线技术,帮助大脑和肌肉系统打通筋脉,形成完整的工业控制计算解决方案,这个方案具备融合、虚拟化、硬件支持广泛等特性。

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主要强调几个问题:

第一,是支持的应用,从实时应用控制,包括运动控制、机器人控制、CNC数控系统、嵌入式计算等,都可以支撑;同时我们能够提供小于50微秒的运动控制的精度支持。我们可以将机器视觉、数据库、视频、音频、图形仿真等等非实时应用也能在操作系统上面做一个融合。当然,这整个系统是在统一的架构上,可以根据我们应用的需求做不同的定义。所谓软件定义,是在标准化硬件之上根据业务需求,支持实时或者非实时业务,或者支持两者融合运行,提供一个非常灵活的部署环境。

第二,总线可以兼容或者接纳其他的国际标准总线,如EtherCAT、Profinet、Canopen、Modbus等,这样我们在与国际接轨的基础上,发展出一套新的总线,形成一套符合工业现场控制场景的完整解决方案。

第三,通过工业级网络操作系统,可以非常灵活地和云端的各种应用做衔接,比如说腾讯云、阿里云等,可以很方便灵活地提供对接的机制来为用户解决数字化生产问题。

操作系统基本的特性,提供的功能比较丰富,包括故障记录、文件系统、协议等。最典型的是微内核的验证,另外还有分区的时空隔离性,把不同的控制功能和非实时功能在不同的空间和时间运行,这样做到任何一个区以在开发阶段做到并行开发。

不同的应用可以并行开发,在运行阶段分区内的应用发生故障不会影响到操作内核,以及其他的应用。这样可以降低部分软件、个体的问题,对整体系统的破坏或者影响。

公司跟国外的嵌入式操作系统Vxworks6.8版本也做了一个测试。其内核及部分关键模块源码自主率达到100%,目前,科东能做到100%的覆盖需求,100%MC的覆盖,也能做到100%的二进制,这是国内唯一能做到这两点的嵌入式操作系统。我们通过了十多次全面测试和第三方机构的测试,这是我们操作系统的主要特性。

在操作系统之上,我们提供了符合IEC61131-3标准的一套控制开发编程软件,这个软件也兼容相关的国际通用总线协议和AUTBUS总线。

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总线具备什么样的特点?首先,这是一个符合国际标准的总线;再次,这个协议和AUTBUS总线芯片,目前已经成为中国石化领域的标准。在中俄的能源生命线西部管道这个项目中,所有的传感控制通信的设备都要和接入总线去传送和采集数据进行控制。

在方案应用方面,科东有典型的应用案例。一个是宜昌东土工厂,因为东土科技原来是做交换机的,在交换机的装配线上,在一台工业电脑上面运行了13个PLC的控制软件,实现了装配线上的各种机械臂、传动相关控制功能的实施,通过这个方案实现了OT、IT的打通,提高了效率,降低了库存成本。

在石化方面,基于PC架构的服务器,上面运行了操作系统,实现了HMI和相关的控制,还有一些控制系统的整合,所有这些应用都是通过一台机器实现的。

在工业机器人控制领域,科东软件和某机器人合作伙伴做了一个方案,两个6轴机械臂,各加一个转轴,一共14个轴,加上视觉识别系统。我们可以通过视觉识别去传递和控制一些指令,来控制机械臂的速度和运动的轨迹,这都是通过一台英特尔i7CPU的PC实现的全部功能。

在这个基础上,我们正在把自动驾驶的功能和算法放在操作系统上面,实现自动驾驶。目前在道路施工摊铺工程车上实现了自动摊铺操作,车上需要人,后面就不需要人了,它可以根据图像识别实现自动驾驶,自动执行摊铺动作,这个预计在明年初会实现。

最后一个是打造芯片缺陷检测显微镜的案例,通过边缘控制器和操作系统,接入5G信号,芯片封装后存在缺陷率,会导入图像识别算法,部署工业相机抓拍,通过图像识别去判断缺陷,然后操纵产线去做记录、分选相关工作,把感知、决策、控制整合到PC架构上去完成所有的工作。

审核编辑(王静)
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