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ProCon NoTime:开箱即用的实时.NET执行环境

作者:www.cechina.cn2023.08.28阅读 2952

  实时系统的作用
  对于机器人、高端制造业、医疗和过程控制(石油、天然气和电力)业务来说,实时处理非常重要。这些行业依赖实时数据处理以不断提高安全性、效率和可靠性。而确保这些行业的实时处理数据的一个关键因素是控制工程网版权所有,系统要能够实时调度工作任务, 优先响应、管理和执行实时工作任务。
  例如,现代汽车制造商依靠机器人在生产线上的协同工作来组装汽车。机器人传递零件、钻孔、焊接,或执行安全检查,都需要精确和连续地处理。在这些应用中,实时系统不仅必须在已经设定的、可预测的时间范围内处理数据,还必须确保关键任务(如安全相关任务)在不太关键的任务之前完成。
  那么,如何确保数据按照设定的时间和方式处理呢?
  答案是运用实时系统。
  实时系统一般会提供以下功能:

  ProCon NoTime:实时.NET执行环境
  ProCon NoTime是基于实时系统的.NET执行环境,与Windows共同或独立运行在一般工业计算机上。安装ProCon NoTime之后,工程师可以用Visual Studio基于以往的习惯开发基于.NET语言(如C#,VB.NET等)的实时程序。

  1.开箱即用
  基于目前市场常见的实时系统,在开发时都需要面对不少问题:内存管理、与现有开发工具的兼容性、实时系统SDK学习,以及后续稳定性和可维护性挑战。

  而通过NoTime,工程师只需要将原本运行在Windows上的.NET机器控制程序www.cechina.cn,通过调用LoadNoTimeAPP接口等简易操作,就可放到实时系统中运行,这样工作重心就能转移到设备运控及逻辑程序本身,无需担心实时性的实现了。

  同样的程序运行在NoTime和Windows中会有显著的不同,以下我们通过一些简单的实验来展示。
  2.实时的用户程序响应
  这是一个经常出现的现象,一个外部信号进入控制系统,用户希望收到信号之后立刻进行一些计算和判断,然后进行某种形式的输出。这类问题常见于各类视觉检测应用中。

  物品运动的速度是200mm/s,假设收到外部信号后,需要进行1万次浮点数运算,计算完成之后伺服电机急停。我们把相同的程序分别运行在Windows和NoTime环境中。(详见视频)

  通过图中的曲线可以看到Windows和NoTime两种环境中的区别。

  由于Windows并不是硬实时操作系统,而NoTime 125μs高精度线程可以精确地执行用户程序,所以这个结果是符合预期的。但是与传统的实时系统不同,NoTime用户并不需要其他额外的实时系统开发成本和SDK购买成本www.cechina.cn,直接使用标准的C#语言就可以获得硬实时系统的效果。
  这个实验中用到了ProCon YKCAT2— —是基于windows和NoTime的运动控制库,我们将在后续介绍。
  3.实时通讯
  不同于“虚拟机”,或者Windows设备驱动类实时系统,NoTime基于完整的实时操作系统CONTROL ENGINEERING China版权所有,可以完全地管理PC的其他硬件。因此我们可以实现实时的PC与PC或PC与PLC的通讯。

  相同的代码,基于NoTime的Socket通讯,比基于Windows的更加稳定和敏捷。

  对于贴合绑定、检测设备和叠片设备等来说,稳定的PC通讯可以显著缩短设备的CT,提高稳定性。
  4.蓝屏机器控制
  因为NoTime与Windows安全隔离,所以即使Windows因为病毒,兼容性等原因蓝屏CONTROL ENGINEERING China版权所有,NoTime依然可以稳定运行,使设备始终处于受控状态。可以继续执行关键的保护和安全任务,避免人员或产品的损失。(详见视频)

  5.NoTime高精度线程:与PLC一样的确定性,但是算力更强
  基于PC的控制系统算力一般较强,但是一般认为计算周期的稳定性要逊于PLC。基于NoTime 125μs高精度线程,用户程序在125μs周期内精确地执行。每个周期可以执行约1.3万次浮点数运算(基于i5-8500,单核心)这样就兼具了算力与运算周期稳定的优势。

  我们采集了每125μs的浮点数计算量,其中Windows管理intel i5-8500的5个核心,NoTime管理intel i5-8500的1个核心。如下图可以看到两者的对比:Windows响应用户程序的算力并不稳定,有些周期只能计算数十次或没有算力资源,这类情况需要等待Windows分配算力,造成用户程序的卡顿。

  以上,就是NoTime— —基于实时系统的.NET 执行平台。通过NoTime,软件工程师可以几乎无门槛地进入实时世界,同时继续享用X86系统的高算力优势。


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