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跨界操作系统是啥?贝加莱的exOS又是啥?

作者:www.cechina.cn2022.12.02阅读 1416


图片本文图片来源 :贝加莱

  制造企业需要一个标准封装的架构来简化复杂工作,以提高工程开发效率,exOS使得IT世界丰富的计算资源和OT世界的控制之间形成协同,以满足数字化转型的需求。
  数字化,在于借助数字设计、分析、运营工具来深挖生产中的潜能www.cechina.cn,以提升品质、成本和交付能力。市场的需求、技术的推动、企业自身的创新内驱力,使得对于用于解决分析、优化、策略问题的计算任务更为强烈的需求。并且,这些任务必须有效的与现场控制任务紧密结合,形成一个更大的闭环。
  控制与计算融合的需求普遍存在
  在电子及半导体、光伏、锂电、制药、热处理等众多的装备领域,即使不考虑今天所谓的“数字化转型”的趋势,这些领域对于数据的需求也是早就大量存在的。
  大量的计算类软件需要运行在 IT 系统上,例如,对于产品设计与工程验证的平台而言,今天,不仅这些软件需要仿真,同时也要与运行时(Runtime)软件之间的交互,就像MATLAB/Simulink 与控制系统平台之间的交互。生产的运营分析软件需为品质与生产的改善提供数据报表支持,并且,能够下发改善指令给 OT的实时控制系统。而工艺分析师则从这些数据挖 掘 最 优 的 参 数 组 合,能够实时的下发给控制系统。人们同样希望AI 能够在大量的数据中寻找提升质量、降低成本、参数优化方面的能力—并学习隐藏在技师大脑中的经验,将其显性化,并用于知识的复用。
  这些 “边缘计算”的任务通常需要借助OT 的采样、传输,再经由 IT 软件的分析、优化,然后再经由 OT 执行,形成大的闭环。但是, 长久以来, 在 IT 与 OT 世界之间有着较大的差异。首先,为了获得通信的实时性和确定性,工业通常采用了轮询或令牌机制如 POWERLINK、PROFINET、Ethernet/IP 等,而 IT 网络则采用了“尽力而为”的设计思想。在操作系统方面,工业任务基于“等时同步”的设计,而采用了实时操作系统(RTOS),而 IT 系统则基于抢占式多任务的通用操作系统如 Windows。
  在应用程序开发方面,OT 通常开发基于IEC61131-3, 或者 C/C++ 这样的控制任务。但是,对于很多 IT 系统,Java、Python、Docker 则更好的发挥优势,在商业世界里积累的代码、算法、软件,是丰富的可用资源,如同金矿一样有待挖掘,为产业所用。
  这些差异导致了 IT 与 OT 之间产生的融合壁垒,并非不能连接。但是,它导致了非常多的额外工作,例如为系统所增加的额外硬件转换和软件接口的工程量。因此,需要一个标准封装的架构来“简化”这些复杂工作,以提高工程开发效率,使得 IT 世界丰富的计算资源和 OT 世界的控制之间形成协同,以满足数字化转型的需求。
  exOS- 消除障碍,推进协作 
  解决产业问题,就是创新的源动力。作为开放自动化技术的引领者,贝加莱一直致力于将 IT 技术引入 OT 领域,解决用户的问题,而 exOS 就是为此寻找的解决方案。exOSwww.cechina.cn,贝加莱最新推出的 Enhanced Cross-over Operting System- 增强为跨界操作系统,它是一个旨在将 IT 与 OT 世界连接的技术CONTROL ENGINEERING China版权所有,为机器制造商提供了更为广泛的创新设计可能性。
  exOS 要解决在周期性、确定性的 OT任务和互操作性、事件驱动的 IT 任务之间寻求连接的桥梁,如图 2 所示,左侧为 OT 中的确定性与周期性任务,右侧为 IT 的互操作与事件驱动型任务,它可以基于 Python、Java、Docker、云端任务开发。

图 2 :exOS 设计为连接 IT 与 OT 间搭建桥梁。

  exOS- 一个中间自适应接口 
  exOS 是一个跨界的操作系统,它为基于 Linux 的平台软件, 与基于贝加莱RTOS( 即,贝加莱的 Automation Runtime) 之间实现高效项目管理、数据动态交互、代码下载与安装、配置、应用同步、诊断与维护,提供了一个可以被理解为“中间自适应接口”。中间是指它的桥梁作用,而自适应是一种“化繁为简”的能力,接口,代表着标准与规范。总之,exOS 要把 IT 和 OT 连接工作简化到一个盒子中,让用户不用顾虑连接之烦,而只关注各自的任务。
  exOS 为 Linux 程序和贝加莱 RTOS 上的应用程序提供了集成功能,它使得两者可以在各自的环境对称运行,并进行数据交互。exOS 包括了一个用户友好的 API,用于高性能数据交换,该 API 可确保过程数据在控制器的操作系统和Linux 之间轻松、缓冲通信,且始终保持在 mS 范围内。
  习惯于在 Linux 环境开发的工程师只需将开发的 Linux 应用程序作为 exOS 的软件包导入 Automation Studo,并通过Automation Studio 对项目进行管理。Linux 的开发环境软件例如 Visual Studio、Eclipse。
  对于机器的远程维护而言,exOS 平台也提供了 IT 世界通用的远程桌面技术来访问现场机器,使得服务人员快速诊断问题,贝加莱为用户提供了 Linux 程序和控制器操作系统中所有错误消息记录。
  exOS 价值 - 广泛的生态资源享用 
  exOS 的意义在于让传统的自动化从控制扩展到计算世界,并借助于计算世界的丰富资源来为我所用,Linux的生态系统丰富且多样的资源就像金矿一般,像 Java、Phython、SQL、C#、Docker 等工具,可以应用于开发各种数据分析与智能应用程序,他们有大量可用的代码、算法,以及热情的全球海量程序员资源。如图 3 所示,它将 Linux 这个生态中的资源为工业所用,带来巨大的经济性。

图 3 :Linux社区还有很多软件CONTROL ENGINEERING China版权所有,他们可以被直接与Automation Studio 来协同。

  仅需一台工业 PC 或平板 
  运 行 exOSwww.cechina.cn, 机器制造商只需要一台贝加莱的Automation PC 或 Panel PC。Automation Runtime 和Linux 在同一设备上运行,一起执行 Linux 应用程序与循环控制应用程序。
  贝 加 莱 的 工 业 PC, 无 论 是 以 机 架 形 式 存 在 的Automation PC 还是以工业平板形式存在的 Panel PC,均支持 Hypervisor 技术CONTROL ENGINEERING China版权所有,它可以将多核处理器用于运行Linux 或 Windows,以及 RTOS-Automation Runtime。在软件上,exOS 作为两个操作系统间的中间接口,为其进行系统配置、交互与运行。

图4:exOS可以运行在贝加莱的 APC 或 Panel PC 上。

  exOS 的应用场景分析
  01 塑料工业中的数据软件 MongoDB
  生产数据必须存储在数据库中以进行质量控制。例如,运行在Linux 中的 MongoDB。另一方面,机器控制软件则运行在 Automation Runtime 中。exOS 可以将两者结合到Panel PC 910 上的虚拟机管理程序配置中。exOS 实现的高效维护有助于最大程度地减少硬件更换后的停机时间。
  02 喷漆室的机器学习应用于维护
  机器学习(ML)可用于优化维护。Tensorflow ML 模型运行在Automation PC 2200 上的 Linux 中。它通过 exOS 接口接收专用的 X20 PLC 中的数据。exOS 不仅使集成变得快速,而且使连接变得轻松。
  03 无人驾驶输送系统
  自主输送系统是基于机器人平台。动态路径规划是在 Linux 下的 ROS 中执行,而运动控制任务则是在 Automation Runtime 中进行处理。通过exOSwww.cechina.cn,两者可以在虚拟机管理程序配置中完美同步,并且被加载到 Automation PC mobile 3100 上。
  跨界创新 - 善假于物也 
  《荀子 . 劝学》中说“君子生非异也CONTROL ENGINEERING China版权所有,善假于物也”。贝加莱通过一个 exOSwww.cechina.cn,搭建了 IT 与 OT 连接的桥梁。在今天,机器的智能开发中,越来越多的场景如机器视觉的缺陷分析、参数寻优、预测性维护、仿真分析等软件,以及数据呈现应用、三维、AR/VR 的任务都会让机器更加强大。目前,在贝加莱 Automation Studio 新的 4.10后已经发布了 exOS 的支持。

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