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被劃分為兩個不同市場，傳統(tǒng)的PLC并不運行操作系統(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。因此，后續(xù)發(fā)展基于實時操作系統(tǒng)(Real-Time Operating System)的控制器，這類操作系統(tǒng)非常擅長處理實時控制任務，像高速I/O采樣、高速響應的控制任務如運動控制，而通用操作系統(tǒng)(General Purpose Operating System)如Windows、Linux，它們通常欠缺實時性，但是在圖形圖像、仿真軟件方面很強，而且，可視化方面的設計也很強，如圖1所示，Hypervisor集成了RTOS和GPOS的能力。

在過去，很多用戶經(jīng)常配置多個設備，一個PLC用來做實時任務，一個PC用于處理非實時任務如HMI的畫面顯示(如三維動畫、動態(tài)計算的趨勢圖)，甚至為了單獨處理視覺任務再增加一個PC。隨著芯片朝著多核架構(gòu)進一步發(fā)展，以及更為迫切的集成處理，Hypervisor作為一個更為便利的解決方案，被貝加萊這樣的領(lǐng)先自動化廠商采用，應用于全新的控制與計算架構(gòu)設計。

2 貝加萊Hypervisor的優(yōu)勢

貝加萊的Hypervisor通常運行于工業(yè)PC，如APC系列工控機，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中進行配置，并將實時任務分配給貝加萊的Automation Runtime，將存儲、圖形計算等任務分配給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)。

它有以下幾個顯著的優(yōu)勢：

· 無縫集成：在一個硬件與軟件架構(gòu)下實現(xiàn)實時任務與非實時任務的無縫集成;

· 實時能力：實時任務與Windows/Linux任務通過多核間的通信連接，極速響應;

· 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在一個設備中集成，降低了系統(tǒng)硬件成本。

3 典型應用場景——邊緣計算

隨著智能制造、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用的興起，實現(xiàn)其應用的邊緣計算(Edge Computing)架構(gòu)成為了當前工業(yè)的熱點，邊緣計算是在傳統(tǒng)控制任務基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)的連接，設備可以實現(xiàn)更為全局的優(yōu)化、調(diào)度、策略性任務，這些任務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、所需的任務處理更適合于Windows/Linux這樣的架構(gòu)來實現(xiàn)，包括機器學習、本地智能推理這樣的高動態(tài)任務，同時，它計算的結(jié)果又需要高動態(tài)的反饋給RTOS去指揮機器人、電機、液壓等執(zhí)行機構(gòu)的運行，因此，采用Hypervisor可以構(gòu)建一個本地的邊緣計算架構(gòu)，如圖3是一個典型的邊緣計算架構(gòu)。

在邊緣計算場景中，它包含了眾多的應用需求：

· 大容量的本地數(shù)據(jù)存儲;

· 整線OEE統(tǒng)計、能源分析;

· 質(zhì)量分析與優(yōu)化應用;

· 預測性維護應用場景;

· 專業(yè)工藝數(shù)據(jù)分析工具與應用;

· 連接至云端應用系統(tǒng)的交互;

· 整線監(jiān)控與商業(yè)智能。

4 Hypervisor的應用場景舉例

(1) 分布式儲能系統(tǒng)的架構(gòu)

在分布式儲能系統(tǒng)中，由一個支持Hypervisor的工業(yè)PC，即APC910，來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的運行，包括通過CAN/ModbusTCP、POWERLINK等電池架、逆變器、I/O控制等任務，以及運行于Linux系統(tǒng)的儲能系統(tǒng)管理、計量、分析、趨勢圖、報警、日志，以及云平臺連接、樓宇控制和遠程維護等管理任務的應用，如圖4所示的應用架構(gòu)。

同時，在該系統(tǒng)中，每天會需要存儲40MB+的數(shù)據(jù)，并應用于Linux平臺的數(shù)據(jù)分析軟件做學習與優(yōu)化。

(2) 注塑機高端大氣的HMI設計

Windows/Linux在處理顯示任務方面超級強大，而且，有大量IT人員開發(fā)的各種控件，如果用在機器顯示與操作上，那真的是可以讓機器“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)的畫面運行于Windows上，精美、流暢。同時，mappPLASTIC、mappHydraulic、mappAxis等實時任務同樣運行于Smartmold 9控制器上，實現(xiàn)了機器控制與Windows HMI的完美融合。

其實，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，對于整個注塑機的最佳參數(shù)獲取，完全可以基于這個架構(gòu)來實現(xiàn)。