1 為什么要開發(fā)Hypervisor技術(shù)

傳統(tǒng)上，市場咨詢類公司都是按照產(chǎn)品來定義并分析市場的，PLC和工業(yè)PC被劃分為兩個(gè)不同市場，傳統(tǒng)的PLC并不運(yùn)行操作系統(tǒng)，而是借助于硬件直接的執(zhí)行，但是，功能就無法做到比較強(qiáng)。因此，后續(xù)發(fā)展基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(Real-Time Operating System)的控制器，這類操作系統(tǒng)非常擅長處理實(shí)時(shí)控制任務(wù)，像高速I/O采樣、高速響應(yīng)的控制任務(wù)如運(yùn)動(dòng)控制，而通用操作系統(tǒng)(General Purpose Operating System)如Windows、Linux，它們通常欠缺實(shí)時(shí)性，但是在圖形圖像、仿真軟件方面很強(qiáng)，而且，可視化方面的設(shè)計(jì)也很強(qiáng)，如圖1所示，Hypervisor集成了RTOS和GPOS的能力。

在過去，很多用戶經(jīng)常配置多個(gè)設(shè)備，一個(gè)PLC用來做實(shí)時(shí)任務(wù)，一個(gè)PC用于處理非實(shí)時(shí)任務(wù)如HMI的畫面顯示(如三維動(dòng)畫、動(dòng)態(tài)計(jì)算的趨勢圖)，甚至為了單獨(dú)處理視覺任務(wù)再增加一個(gè)PC。隨著芯片朝著多核架構(gòu)進(jìn)一步發(fā)展，以及更為迫切的集成處理，Hypervisor作為一個(gè)更為便利的解決方案，被貝加萊這樣的領(lǐng)先自動(dòng)化廠商采用，應(yīng)用于全新的控制與計(jì)算架構(gòu)設(shè)計(jì)。

2 貝加萊Hypervisor的優(yōu)勢

貝加萊的Hypervisor通常運(yùn)行于工業(yè)PC，如APC系列工控機(jī)，通常采用多核的如Intel Core-i系列、Atom Apollo Lake處理器，或者Panel PC系列產(chǎn)品上，Hypervisor同樣是在Automation Studio中進(jìn)行配置，并將實(shí)時(shí)任務(wù)分配給貝加萊的Automation Runtime，將存儲(chǔ)、圖形計(jì)算等任務(wù)分配給Windows/Linux系統(tǒng)，如圖2所示，在貝加萊的Hypervisor中支持Automation Runtime Embedded系統(tǒng)和Windows/Linux開放的通用操作系統(tǒng)。

它有以下幾個(gè)顯著的優(yōu)勢：

· 無縫集成：在一個(gè)硬件與軟件架構(gòu)下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)任務(wù)與非實(shí)時(shí)任務(wù)的無縫集成;

· 實(shí)時(shí)能力：實(shí)時(shí)任務(wù)與Windows/Linux任務(wù)通過多核間的通信連接，極速響應(yīng);

· 穩(wěn)定可靠：Hypervisor由于內(nèi)嵌于CPU核中，其穩(wěn)定性可靠性超越傳統(tǒng)的軟架構(gòu)系統(tǒng);

· 成本優(yōu)勢：將控制器與HMI、工業(yè)PC在一個(gè)設(shè)備中集成，降低了系統(tǒng)硬件成本。

3 典型應(yīng)用場景——邊緣計(jì)算

隨著智能制造、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的興起，實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用的邊緣計(jì)算(Edge Computing)架構(gòu)成為了當(dāng)前工業(yè)的熱點(diǎn)，邊緣計(jì)算是在傳統(tǒng)控制任務(wù)基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)的連接，設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)更為全局的優(yōu)化、調(diào)度、策略性任務(wù)，這些任務(wù)不同于基于信號的控制，而是基于更多信息的集成，其數(shù)據(jù)類型、所需的任務(wù)處理更適合于Windows/Linux這樣的架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，包括機(jī)器學(xué)習(xí)、本地智能推理這樣的高動(dòng)態(tài)任務(wù)，同時(shí)，它計(jì)算的結(jié)果又需要高動(dòng)態(tài)的反饋給RTOS去指揮機(jī)器人、電機(jī)、液壓等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行，因此，采用Hypervisor可以構(gòu)建一個(gè)本地的邊緣計(jì)算架構(gòu)，如圖3是一個(gè)典型的邊緣計(jì)算架構(gòu)。

在邊緣計(jì)算場景中，它包含了眾多的應(yīng)用需求：

· 大容量的本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ);

· 整線OEE統(tǒng)計(jì)、能源分析;

· 質(zhì)量分析與優(yōu)化應(yīng)用;

· 預(yù)測性維護(hù)應(yīng)用場景;

· 專業(yè)工藝數(shù)據(jù)分析工具與應(yīng)用;

· 連接至云端應(yīng)用系統(tǒng)的交互;

· 整線監(jiān)控與商業(yè)智能。

4 Hypervisor的應(yīng)用場景舉例

(1) 分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的架構(gòu)

在分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)中，由一個(gè)支持Hypervisor的工業(yè)PC，即APC910，來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，包括通過CAN/ModbusTCP、POWERLINK等電池架、逆變器、I/O控制等任務(wù)，以及運(yùn)行于Linux系統(tǒng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)管理、計(jì)量、分析、趨勢圖、報(bào)警、日志，以及云平臺(tái)連接、樓宇控制和遠(yuǎn)程維護(hù)等管理任務(wù)的應(yīng)用，如圖4所示的應(yīng)用架構(gòu)。

同時(shí)，在該系統(tǒng)中，每天會(huì)需要存儲(chǔ)40MB+的數(shù)據(jù)，并應(yīng)用于Linux平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析軟件做學(xué)習(xí)與優(yōu)化。

(2) 注塑機(jī)高端大氣的HMI設(shè)計(jì)

Windows/Linux在處理顯示任務(wù)方面超級強(qiáng)大，而且，有大量IT人員開發(fā)的各種控件，如果用在機(jī)器顯示與操作上，那真的是可以讓機(jī)器“高端大氣上檔次”，所以貝加萊推出mappVIEW后，非常受到用戶的歡迎，它支持動(dòng)畫、視頻、PDF文件、以及各種IT控件顯示技術(shù)，在圖5中，采用Hypervisor技術(shù)的Smartmold 9控制器中，mappView開發(fā)的畫面運(yùn)行于Windows上，精美、流暢。同時(shí)，mappPLASTIC、mappHydraulic、mappAxis等實(shí)時(shí)任務(wù)同樣運(yùn)行于Smartmold 9控制器上，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器控制與Windows HMI的完美融合。

其實(shí)，除了在mappVIEW這樣的HMI處理中，可以采用Hypervisor這樣的技術(shù)外，其實(shí)，對于整個(gè)注塑機(jī)的最佳參數(shù)獲取，完全可以基于這個(gè)架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。