开放式高实时高性能PLC控制器解决方案-基于米尔电子STM32MP135

前言

随着工业数字化进程加速与IT/OT深入融合，不断增加的OT核心数据已经逐步成为工业自动化行业的核心资产，而OT层数据具备高实时、高精度、冗余度高、数据量大等等特点，如何获取更加精准的OT数据对数字化进程起到至关重要的作用，同时随着国内工业控制系统逐步进入中高端应用，更加精准的控制至关重要，因此工业控制系统高实时高性能需求尤其突出。

面对以上挑战，合作伙伴翌控科技基于米尔STM32MP135开发板发布开放式高实时高性能PLC控制器解决方案，将高精准数据采集、预处理、存储、通信与高实时控制融为一体，为控制系统迈向完全数字化中高端控制提供一个非常好的选择。

STM32MP135处理器简介

STM32MP135系列处理器具备1GHz高主频，实现高性能的同时，具备更低的功耗，为工业控制产品稳定可靠的执行提供坚实的基础。同时STM32MP135支持高性能DDR3存储器，在存储器性能与抖动抑制方面实现极大的优化。

为了实现工业实时以太网EtherCAT与标准以太网TCP/IP通讯同时运行，STM32MP135设计了2个独立的高性能千兆以太网MAC单元，经过长时间验证，通讯效率与稳定性非常高，并且可以很好的适配国产千兆PHY芯片。

STM32MP135支持的Eclipse ThreadX实时操作系统，针对高实时高性能的应用场景，中断响应速度低至ns级，而非常高负载情况下ThreadX任务抖动依然可控制在10us以内，同时完备的HAL驱动库具备极速外设响应速度。对于熟悉STM32的开发工程师可实现零门槛升级至STM32MP135的开发。

▲STM32CubeMPU MW overview

▲  Middleware Components

翌控科技LogicLab解决方案基于STM32MP135平台的实现

翌控科技和STM32联合开发，完成LogicLab解决方案对STM32MP135处理器的适配，包括符合IEC61131-3标准的PLC运行系统、Modbus协议栈、CANopen主站协议栈、EtherCAT主站协议栈、运动控制等等组件。

同时翌控科技对STM32MP135处理器的Eclipse ThreadX实时操作系统适配与BSP驱动进行了针对于PLC应用的增强。经过详细测试，基于STM32MP135平台LogicLab解决方案性能均达到先进水平，关键技术参数如下：

• PLC存储器：程序区: 16MB，数据区: 32MB，掉电保持区: 128KB
• PLC基础指令执行性能: 4ns
• PLC高速IO中断响应能力: <1us
• PLC中断任务响应能力: <10us
• EtherCAT主站推荐最小周期(开启DC): 250us(小于8从站)，500us(小于16从站)，1ms(小于32从站)
• EtherCAT任务与DC从站时间偏差: <10us
• 运动控制最大轴数:40轴(含脉冲轴与虚拟轴)

翌控科技LogicLab解决方案应用架构图:

 

翌控科技基于STM32系列处理器提供全新LogicLab Runtime SDK 2.0版本，基于标准开发板集成Eclipse ThreadX组件、板级驱动、PLC核心库移植、现场总线通讯库、运动控制库实现等等功能，实现开箱即用，大幅削减基础平台研发投入。LogicLab Runtime SDK可直接通过STM32CubeIDE导入工程，并进行编译并生成固件，同时可基于C/C++对PLC核心功能进行扩展，完全固化行业核心Knowhow，从而实现独特的PLC控制器产品，核心架构图如下:

开放式硬件生态

开放式高实时高性能PLC控制器产品的硬件生态，可以加速客户开发产品进度以及降低研发难度和风险。

通过与米尔电子深入合作，LogicLab Runtime SDK已适配米尔电子的MYD-YF135-4E512D-100-I开发板，该开发板采用核心板+底板分离式设计，工业级设计可快速进行产品化，具备2路千兆以太网接口同时适配以太网通讯(支持ModbusTCP通讯)与EtherCAT主站，1路RS485与1路RS232适配ModbusRTU接口，1路CAN总线适配CANopen主站，外扩RGB显示屏可进行图形化界面开发以及引出多路通用GPIO实现本地高速IO子系统，开发板图片如下:

​结论

借助于STM32优秀的MPU产品与丰富的RTOS软件生态以及板级硬件伙伴米尔电子的工业级模组，翌控科技实现开放式高实时高性能PLC控制器解决方案，通过发布开放式LogicLab Runtime SDK软件包，用户可快速实现具备竞争力的PLC控制器产品，并且大幅降低了研发团队投入，为全面实现数字化智能化控制系统奠定坚实的基础。