Передовые компьютерные технологии и продуктовая линейка Kontron ThinkIO

Линейка Kontron ThinkIO продолжает развиваться по направлению интеграции новых вычислительных и интерфейсных технологий. Очередной вехой на этом пути стало появление продукта ThinkIO-Duo, построенного на базе двуядерного процессора Intel Core Duo. Данную версию ThinkIO отличают высокая производительность, быстрый ввод-вывод и отсутствие необходимости в техническом обслуживании.

Двуядерный этап

Новые технологии внедряются в линейку ThinkIO постепенно и планомерно. Компьютер ThinkIO-Duo, рассмотрению которого посвящена настоящая статья, добавляет в модельный ряд Kontron ThinkIO поддержку последних достижений в индустрии микропроцессоров (Рис. 1). Как и другие представители продуктовой линейки ThinkIO, рассматриваемый продукт монтируется на стандартную рейку DIN и адресован промышленным приложениям.

Сетевых интерфейсов у новой версии ThinkIO стало три: два Gigabit Ethernet и один Fast Ethernet.

Следующим шагом в развитии продуктовой линейки ThinkIO должно стать появление интегрированной поддержки передовых версий Industrial Ethernet.

Топ-модели

Наиболее сбалансированным и хорошо укомплектованным продуктом в линейке Kontron ThinkIO является ThinkIO-Premium. Это изделие, совмещающее в себе функциональность промышленного компьютера и программируемого контроллера, обладает большой вычислительной мощью, широчайшими коммуникационными возможностями и может использоваться практически везде, где возникает потребность в применении решений класса Industrial PC или высокопроизводительных ПЛК со средой программирования CoDeSys.

Появление в семействе Kontron ThinkIO модели ThinkIO-Duo, оснащенной многоядерным процессором, явилось ожидаемым и вполне закономерным шагом. Холдинг Kontron, всегда славившийся своей оперативностью по части предложения рынку продуктов на базе новых технологий, стал одним из первых производителей, интегрировавших современные многоядерные ЦП от Intel в свои промышленные продуктовые линейки.

Все изделия серии Kontron ThinkIO имеют гарантированный срок доступности на рынке не менее пяти лет.

Промышленный компьютер ThinkIO-Premium может использоваться для организации комплексного управления, связанного с обработкой "промышленных" изображений, а также для поддержки сложной визуализации и построения систем управления перемещениями. Кроме того, благодаря богатой и расширяемой интерфейсной функциональности этого контроллера с его помощью можно осуществлять сбор и анализ данных от самых разных источников, а также организовывать связь между оборудованием и подсистемами разных типов. А отсутствие вентилятора, жесткое конструктивное исполнение, устойчивость к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды и поддержка расширенного диапазона температур делают ThinkIO-Premium пригодным для эксплуатации в неблагоприятных условиях.

Рис. 1. Промышленный компьютер ThinkIO-Duo на базе процессора Intel Core Duo U2500, "укомплектованный" периферией WAGO.

Модель ThinkIO-Duo имеет смысл применять в тех случаях, когда налицо повышенные требования к производительности и скорости передачи данных.

Промышленный компьютер ThinkIO-Duo в деталях

Такие характеристики промышленного компьютера Kontron ThinkIO-Duo, как высокая производительность, большая пропускная способность бортового ввода-вывода и отсутствие необходимости в техническом обслуживании позволяют ему достойно смотреться на фоне конкурирующих изделий (см. Таблицу 1).

Таблица 1. Продукт ThinkIO-Duo в окружении конкурентов.

Размеры ThinkIO-Duo составляют 224 х 100 x 70 мм (236 x 100 x 70 мм при наличии интерфейсного модуля для подключения периферии WAGO), и потому его можно устанавливать в те же шкафы/системы, что и более ранние модели ThinkIO. Быстрый процессор, примененный в новой версии ThinkIO, поддерживается ОЗУ объемом 512 Мбайт или 1 Гбайт. В дополнение к интегрированной флэш-памяти, объем которой может составлять от 512 Мбайт до 2 Гбайт, промышленный компьютер Kontron ThinkIO-Duo имеет разъем CompactFlash, куда можно устанавливать накопители соответствующего формата для хранения данных, создания резервных копий и/или обновления ПО.

Коммуникационная подсистема ThinkIO-Duo, реализованная на базе чипсета Intel 945GM + ICH7-M, включает два интерфейса USB 2.0, порт RS232, выход DVI-I, один порт Fast Ethernet и два порта Gigabit Ethernet (Рис.2). Интегрированное графическое ядро обеспечивает визуализацию в разрешениях до 1600 x 1200 и до 2048 x 1536 соответственно для аналоговых и для цифровых дисплеев.

Профессиональную направленность ThinkIO-Duo на промышленную автоматизацию подтверждают такие атрибуты данного продукта, как наличие линий цифрового ввода/вывода, сторожевого таймера и часов реального времени, а также жесткое исполнение и опциональная поддержка модульных средств ввода-вывода WAGO 750/753.

В комплект поставки Kontron ThinkIO-Duo включен BSP-пакет на базе операционной системы Windows XP Embedded или Linux (Linux OSADL).

Рис. 2. Вид ThinkIO-Duo со стороны передней панели.

Практическое применение компьютера ThinkIO-Duo

Многопортовая поддержка Ethernet позволяет организовывать удаленный доступ, мониторинг и управление, а также обеспечивают простоту интеграции ThinkIO-Duo в корпоративные системы типа MES и/или ERP. Расширенные сетевые возможности нового продукта позволяют использовать его в роли шлюза, объединяющего устройства и подсистемы различных уровней.

Промышленный компьютер Kontron ThinkIO-Duo позиционируется как высоконадежное "монолитное" решение, не требующее никакого технического обслуживания в процессе эксплуатации. Последнее выражается в том, что ThinkIO-Duo лишен движущихся частей (вентиляторов и механических накопителей), а для поддержки его энергонезависимой памяти объемом 512 Кбайт используется не традиционная литий-ионная батарея, а ионистор Gold Cap. Иными словами, в ThinkIO-Duo просто нет компонентов с малым сроком службы.

О возможностях, открываемых архитектурой Intel Core Duo, следует сказать особо. Примененный в ThinkIO-Duo процессор Intel Core Duo U2500 отличается пониженным энергопотреблением, что позволяет воспользоваться преимуществами симметричной многопроцессорной обработки (Symmetric Multi-Processing — SMP) без принятия дополнительных мер по отводу тепла. Еще одним связанным с Intel Core Duo новшеством является поддержка технологии Intel VT (Virtualization Technology), которая упрощает администрирование аппаратных средств и позволяет создавать разнообразные "гибридные" решения. Уменьшая число используемых устройств до двух раз, можно получать экономию на аппаратных средствах, пропорциональную этому уменьшению.

Рассмотрим, как ThinkIO-Duo может помочь разработчикам в тех или иных практических ситуациях.

Как правило, в системах промышленной автоматизации необходимо обеспечить управление в реальном времени и визуализацию процесса. Благодаря технологии Intel VT, данная задача может быть решена с привлечением одного ThinkIO-Duo, для чего необходимо запустить программный человеко-машинный интерфейс на одном ядре (в одной виртуальной машине), а управляющее ПО — на другом. Причем такое решение будет еще и весьма надежным: виртуальные машины используют разные ресурсы, и потому сбой в подсистеме визуализации не сможет повлиять на работу критической части системы даже теоретически.

При необходимости обеспечить повышенную надежность передачи данных, можно использовать два гигабитных порта EthernetThinkIO-Duo для организации дублирования соединений, а порт Fast Ethernet выделить под удаленное управление.

Если необходимо обеспечить поддержку полевой шины, хватит и одного интерфейса Fast Ethernet; соответствующий стек протоколов имеет смысл запустить под ОСРВ на одном из ядер процессора Intel Core Duo.

Порт Fast Ethernet придет на помощь и тогда, когда требуется обеспечить связь с перемещающимся объектом (мобильная передача данных). В этом случае по 100-мегабитному каналу к ThinkIO-Duo следует подключить точку доступа беспроводной сети.

Два интерфейса Gigabit Ethernet будут весьма полезны при построении систем машинного зрения, применяющихся, например, на линиях упаковки. Подключив к сдвоенным Ethernet-портам ThinkIO-Duo две гигабитных камеры, можно организовать автоматизированный контроль работы такой линии, и высокая производительность процессора Intel Core Duo будет тут как нельзя кстати.

Новый процессор будет полезен также и в тех многочисленных и многообразных ситуациях, когда вычислительный потенциал системы нужно повысить, но свободное пространство ограничено. Малые размеры ThinkIO-Duo позволяют устанавливать этот компьютер в стандартные 80-миллиметровые шкафы.

Еще один достаточно широкий класс задач, где нужен ThinkIO-Duo, образуют приложения, предъявляющие повышенные требования к надежности оборудования. Поскольку батарея, вентилятор и другие движущиеся части у ThinkIO-Duo отсутствуют, его можно использовать для создания необслуживаемых и/или удаленных систем (добыча/перекачка нефти и газа и др.).

Во многих промышленных приложениях оборудование подвергается значительным ударно-вибрационным нагрузкам. Благодаря пайке компонентов непосредственно на печатную плату и отсутствию жесткого диска, ThinkIO-Duo будет хорошим выбором для таких задач.

В системах противоаварийной защиты, где требуется быстрая оценка ситуации и быстрая реакция (аварии на энергоподстанциях, трубопроводах и т. п.), пригодятся такие характеристики ThinkIO-Duo, как высокая производительность и наличие быстрого ввода/ вывода. Стандартные 24-вольтовые выключатели можно подключать к этому компьютеру напрямую.

EtherCAT, netX и др.

Расширение линейки ThinkIO идет в точном соответствии с планом, обнародованным холдингом Kontron в прошлом году (см. Рис.3). Первый из анонсированных этапов, связанный с переходом на многоядерные процессоры, можно считать благополучно завершенным. На очереди — освоение перспективной коммуникационной технологии EtherCAT.

Протокол EtherCAT отличается высочайшей производительностью (до 10 раз быстрее PowerLink!) и является на сегодняшний день единственной реализацией Industrial Ethernet, не требующей применения специального аппаратного интерфейса на стороне мастера. Кроме того, из всех промышленных Ethernet-технологий именно EtherCAT имеет наибольшее число сторонников.

EtherCAT: удобная и быстрая промышленная сеть. Ассоциация EtherCAT Technology Group насчитывает в настоящее время более 330 компаний-участников. Сети EtherCAT стандартизованы: различные аспекты одноименной технологии описаны в спецификациях IEC 61784-2 (требования к каналам передачи данных и команд), IEC 61158 (общие требования к полевым шинам) и ISO 15745 (требования к протоколам передачи данных в системах промышленной автоматизации). На сегодняшний день EtherCAT является едва ли не самой перспективной и совершенной в технологическом отношении реализаций Industrial Ethernet. По таким параметрам, как производительность, гибкость топологии и удобство конфигурирования EtherCAT приближается к лучшим промышленным шинам, сохраняя при этом свойственную классическим сетям Ethernet простоту и дешевизну. Обмен данными на базе этой технологии организуется в кратчайшие сроки и с минимальными усилиями. Огромная скорость опроса устройств в сетях EtherCAT обеспечивается аппаратной реализацией критических частей протокола, что делает его полностью независимым от драйверов и прикладных программ. При использовании EtherCAT для 1000 дискретных линий ввода-вывода время обновления составляет всего 30 мкс, а реализованный в EtherCAT метод распределенных часов позволяет синхронизовать сервооси с погрешностью менее 1 мс. Возможность включения данных других протоколов (CAN, SERCOS, TCP/UDP/IP/FTP) в обкладки пакета EtherCAT позволяет использовать в EtherCAT-сетях приложения и устройства, ориентированные на другие сети. Аппаратная часть EtherCAT стоит дешево, поскольку данная технология полностью совместима с обычным Ethernet-оборудованием. Технология EtherCAT подходит для применения как в системах автоматизации любой степени сложности.

Рис. 3. Программа развития продуктового семейства ThinkIO.

В дальнейшем в линейку Kontron ThinkIO предполагается интегрировать еще одну технологию с поддержкой Industrial Ethernet, называющуюся netX. Чип netX компании Hilscher способен навсегда закрыть вопрос коммуникационно-протокольной совместимости различных устройств и подсистем, позволяя реализовывать поддержку самых различных сетевых и шинных технологий в самых причудливых сочетаниях.

Технология netX: универсальное коммуникационное решение на одном кристалле. Разработанный компанией Hilscher коммуникационный чип netX позволяет наделять промышленное оборудование поддержкой разнообразных сетевых протоколов. На базе netX можно реализовывать ведущие и ведомые узлы как всех основных полевых шин (AS-Interface, CANopen, DeviceNet, InterBus, PROFIBUS), так и всех наиболее распространенных версий Industrial Ethernet (Ethernet/IP, Ethernet Powerlink, EtherCAT, PROFINET-RT, SERCOS III). Чип netX построен на процессорном ядре ARM 926 и имеет две пары сетевых портов, одна из которых может использоваться для подключения к полевым шинам, а вторая — для подключения к полевым шинам или же к сетям Ethernet. Последнее обстоятельство вкупе с богатой встроенной периферией делает netX чрезвычайно гибким коммуникационным решением: одно и то же устройство на базе этого чипа можно подключать к разным сетям.

В настоящее время специалисты холдинга Kontron работают над портированием на платформу ThinkIO-Duo популярного пакета CoDeSys для реализации функций ПЛК.

Компания Intel уже производит процессоры Intel Core Duo, способные работать при температурах -40°C … +85°C и предназначенные для создания конечных продуктов в E2-исполнении. В этой связи следует ожидать скорого появления версии ThinkIO-Duo для расширенного температурного диапазона.

Будущее и настоящее

В ближайшие годы продуктовое семейство Kontron ThinkIO продолжит расширяться. Следующим шагом должно стать обновление коммуникационной функциональности: все промышленные продуктовые линейки холдинга Kontron будут переводиться на EtherCAT и netX.

Промышленный компьютер ThinkIO-Duo может с успехом использоваться для решения тех сложных и комплексных задач автоматизации, которые ставит перед разработчиками современность. Залогом тому — быстрый процессор Intel Core Duo с поддержкой технологии виртуализации Intel VT, богатая функциональность ввода-вывода отсутствие необходимости в техническом обслуживании. Приняв на вооружение интегрированную монолитную платформу ThinkIO-Duo, клиенты холдинга Kontron получают возможность больше внимания уделять разработке прикладного программного обеспечения и вопросам системной интеграции. Однако ThinkIO-Duo полезен не только на этапе разработки. Будучи весьма надежным и гибким продуктом, не требующим технического обслуживания в процессе эксплуатации, Kontron ThinkIO-Duo способствует снижению расходов на протяжении всего жизненного цикла конечной системы. Пользователи ThinkIO-Duo, таким образом, могут быстрее выходить на рынок, экономя на аппаратных средствах, которые ранее требовались для реализации дополнительных функций, а затем продолжать экономить на техническом обслуживании эксплуатирующихся систем.