Toepassingen van Lingchen PLC's voor elektrische plafondtrolleys
In de wereld van intelligente logistieke afhandeling fungeren bovenloopwagens als essentiële apparatuur, wat extreem hoge eisen stelt aan de realtime prestaties, stabiliteit en veiligheid van hun besturingssystemen. Een door een specifieke klant ontwikkeld bovenloopwagensysteem – gedreven door terminalvereisten – moest overstappen van de oorspronkelijke "Windows + Control Card"-architectuur naar het open-source Linux-besturingssysteem, terwijl tegelijkertijd rekening moest worden gehouden met de ernstige beperking van de beschikbare hardwareruimte.
Het is cruciaal dat het besturingssysteem, gezien het feit dat de bovenleiding meerdere transportwagens – of zelfs menselijke tussenkomst – kan bevatten, een uitzonderlijk snelle reactiesnelheid heeft om interactie op kernniveau tussen deze entiteiten mogelijk te maken en zo ongelukken en botsingen te voorkomen. De architectuur van de apparatuur is daarom verdeeld in twee afzonderlijke componenten: een logische laag en een applicatielaag. Het hostprogramma beheert de operationele logica en de MES-integratie, terwijl de PLC-component verantwoordelijk is voor het uitvoeren van besturingstaken op laag niveau – zoals asbeweging, I/O-interactie en statusrapportage – zoals aangestuurd door het hostsysteem.
Om deze uitdaging aan te gaan, heeft Lingchen Technology een uitgebreide, geïntegreerde "computation-and-control" dual-domain controller-oplossing ontwikkeld, gebaseerd op de PLC's uit de LC2000-serie. Deze oplossing maakt een snelle en stabiele interactie tussen het hostsysteem en de PLC binnen een Linux-besturingsomgeving mogelijk.
1. Klantvereisten en kernuitdagingen
Kernprestatie-indicatoren: De klant heeft duidelijke prestatie-eisen gesteld aan het besturingssysteem:
Communicatiesnelheid: De communicatievertraging tussen de host-pc en de PLC moet minder dan 6 ms bedragen.
I/O-respons: De snelheid waarmee de status van het I/O-punt wordt verkregen, moet minder dan 15 ms zijn.
Gegevensbeveiliging: Lees- en schrijfbewerkingen moeten gescheiden zijn en CRC-checksums moeten op alle gegevens worden toegepast.
Systeemarchitectuur: De Linux-omgeving moet gelijktijdig de uitvoering van zowel de PLC-runtime als de host-pc-applicatie ondersteunen, en tegelijkertijd de gegevensuitwisseling tussen beide faciliteren.
Technische implementatie-uitdagingen: Het realiseren van efficiënte samenwerking tussen een PLC en een host-pc binnen een Linux-omgeving brengt de volgende technische uitdagingen met zich mee:
① Realtime-interactie tussen de kernel: Wanneer Linux tegelijkertijd de PLC-kernel en de applicatie op de host-pc uitvoert, moeten beide entiteiten gegevens uitwisselen en daarbij voldoen aan strenge eisen op het gebied van communicatie-efficiëntie. Het garanderen van realtime-prestaties binnen een besturingssysteemomgeving die niet is ontworpen voor realtime-toepassingen, blijkt de belangrijkste technische uitdaging.
② Scheiding van lees- en schrijfbewerkingen:** Lees- en schrijfbewerkingen mogen elkaar niet beïnvloeden; anders leidt dit tot gegevenscorruptie of systeemafwijkingen.
③ Gegevensintegriteitsgarantie: Gegevens die worden uitgewisseld – zowel gelezen als geschreven – tussen de host-pc en de PLC moeten volledig foutloos zijn. Eventuele onnauwkeurigheden zouden de operationele efficiëntie van de geautomatiseerde wagen in gevaar brengen en er zelfs toe kunnen leiden dat besturingscommando's niet worden uitgevoerd.
④ Synchronisatie van gedeeld geheugen: De gedeelde geheugenregio's die door beide partijen worden gebruikt, moeten strikt op elkaar afgestemd zijn qua locatie en gestandaardiseerd qua grootte. Bovendien moet de timing van de signaaluitwisseling nauwkeurig worden gecontroleerd. Elke afwijking in geheugenlocatie of -grootte kan leiden tot geheugenoverloop of een PLC-crash.
⑤ Omgaan met realtime datajitter: Gegevens zoals de huidige positie en snelheid van de servo zijn onderhevig aan realtime jitter. Als de timing van de gegevensoverdracht onnauwkeurig is, kunnen de verzonden "huidige positie"-gegevens feitelijk de waarde van de vorige cyclus weergeven, wat resulteert in een discrepantie met de bijbehorende CRC-checksumgegevens.
⑥ Hardwarecompatibiliteit: De I/O-modules die de klant gebruikt, zijn op maat gemaakte componenten. Omdat bepaalde commercieel verkrijgbare PLC's standaard geen communicatie met deze specifieke modules ondersteunen, zijn gerichte software- en hardwareaanpassingen nodig om compatibiliteit te garanderen.
2. Lingchen Solutions
Om zowel het open karakter als de realtime besturingsmogelijkheden van de Ubuntu-omgeving te waarborgen, gebruikt Lingchen Technology een dual-kernel Linux-configuratie – bestaande uit een standaard desktop Linux-kernel en een realtime kernel – die draait op één CPU-hardwareplatform. Deze architectuur maakt dynamische toewijzing van hardwarebronnen mogelijk tussen de realtime en niet-realtime domeinen op basis van specifieke toepassingsscenario's, waardoor de realtime prestaties van het systeem gegarandeerd zijn. In tegenstelling tot traditionele productconfiguraties – zoals de conventionele "PLC + industriële pc"-combinatie – maakt dit product snelle gegevensuitwisseling tussen de twee domeinen mogelijk via gedeeld geheugen. Deze communicatiemethode maakt directe lees-/schrijftoegang tot gegevens mogelijk, wat zorgt voor een "What You See Is What You Get" (WYSIWYG) ervaring met betrekking tot gegevenszichtbaarheid. Het belangrijkste is dat een crash in de desktop Linux-kernel de normale werking van de realtime PLC-kernel niet beïnvloedt, waardoor een cruciale beveiligingsfunctie wordt bereikt door kernelisolatie.
Belangrijkste voordelen van de geïntegreerde reken- en besturingscontroller met twee domeinen
◆ Gedeeld geheugen met twee domeinen: Maakt snelle gegevensuitwisseling mogelijk tussen het realtime- en niet-realtime-domein via gedeeld geheugen, waardoor consistentie van de gegevens wordt gewaarborgd ("what you see is what you get").
◆ Kernelisolatie: Een crash in de Linux-kernel van de desktop heeft geen invloed op de normale werking van de realtime PLC-kern, waardoor de operationele veiligheid van de apparatuur gewaarborgd blijft.
◆ Flexibele toewijzing van resources: Hardwarebronnen kunnen dynamisch worden toegewezen op basis van specifieke toepassingsscenario's op locatie om de realtime prestaties van het systeem te garanderen.
◆ Diepe integratie van rekenkracht en besturing: zorgt voor naadloze samenwerking tussen rekenkracht op hoog niveau en besturing op laag niveau, allemaal op één hardwareplatform.
Gedeeld geheugen interactieschema
Dit schema maakt gebruik van een gedeeld geheugenmodel voor de interactie tussen de C#-software aan de hostzijde en de PLC. De interactieworkflow is als volgt: Een gebruiker initieert een bewerking (bijvoorbeeld een I/O- of asbesturingsopdracht) via de C#-gebruikersinterface → Een speciale C#-interactieklasse schrijft de opdracht naar het gedeelde geheugen → De PLC-interface leest de opdracht → De PLC voert de bijbehorende besturingslogica uit → De hardware wordt geactiveerd → De PLC haalt hardwarestatusgegevens en andere relevante informatie op → De PLC schrijft deze gegevens terug naar het gedeelde geheugen → De C#-gebruikersinterface haalt de resultaten van de opdrachtuitvoering, de I/O-status en andere gegevens op. Tijdens dit operationele proces gebruiken beide partijen specifieke vlagbits – flag1 en flag2 – om hun lees-/schrijfbewerkingen te synchroniseren op basis van de status van deze vlaggen. Als de gebruikersinterface aan de hostzijde bijvoorbeeld detecteert dat flag1 op 0 staat, gaat deze verder met het schrijven van gegevens; Na voltooiing wordt flag1 op 1 gezet. Dit mechanisme zorgt voor een ordelijke en nauwkeurige uitwisseling van gegevens tussen de twee systemen.
Belangrijke technische implementatie
① CRC-verificatie voor gegevensintegriteit: Door gebruik te maken van CRC-verificatiefunctieblokken die via het CODESYS-platform zijn vrijgegeven – die grondig zijn getest en vervolgens in het projectprogramma zijn geïntegreerd – analyseert en vergelijkt het systeem de binnenkomende CRC-gegevens van de hostcontroller, waardoor de nauwkeurigheid van zowel verzonden als ontvangen gegevens wordt gegarandeerd.
② Optimalisatie van Axis-data en PDO/SDO-bewerkingen: Voor data met minder strenge realtime-vereisten worden eigen PDO-schrijf- en SDO-leesfunctieblokken gebruikt – intern ontwikkeld – die worden geactiveerd door stijgende flanksignalen. Omgekeerd, voor data die een hoge realtime-respons vereisen, haalt het systeem de benodigde parameters direct op door EtherCAT-variabelen te koppelen aan absolute geheugenadressen, waardoor de realtime-integriteit van kritieke data wordt gewaarborgd.
③ Aanpassing voor aangepaste I/O-modules: Om de uitdaging aan te gaan dat bepaalde commerciële PLC's van nature geen ondersteuning bieden voor communicatie met de door de klant op maat ontworpen I/O-modules, heeft het R&D-team van Lingchen nauw overlegd met de klant om een gerichte oplossing te ontwikkelen die een naadloze integratie en compatibiliteit met het machinesysteem garandeert.
④ Technische ondersteuning en training: Omdat de engineers van de klant niet volledig bekend waren met de PLC-programmeersoftware, verzorgde het Lingchen-team uitgebreide training in het gebruik van de software en hielp bij het debuggen op locatie, waardoor de overdracht van het programma aan de klant succesvol verliep.
Verificatie van prestatiemetingen: Deze oplossing is gevalideerd door middel van testen op locatie en voldoet volledig aan de eisen van de klant op alle prestatiemetingen:
Communicatiesnelheid: De communicatievertraging tussen de host-pc en de PLC is minder dan 6 ms, wat voldoet aan de eisen van de klant.
I/O-respons: De acquisitiesnelheid voor I/O-punten is minder dan 15 ms, met een daadwerkelijke prestatie tussen 3 ms en 12 ms.
Buscyclus: Een scancyclus van 1 ms zorgt voor een realtime respons.
Systeemstabiliteit: Kernelisolatie is geïmplementeerd, waardoor een crash van het desktopbesturingssysteem geen invloed heeft op de essentiële PLC-besturingsfuncties.
3. Belangrijkste kenmerken van de oplossing en klantwaarde
Hoogtepunt van technische innovatie: Geïntegreerde besturings- en rekenarchitectuur met twee domeinen** — Draait een Linux-systeem met twee kernels op één CPU-hardwareplatform. Bronnen voor de realtime- en niet-realtime-domeinen kunnen flexibel worden toegewezen, waardoor het open karakter van Ubuntu behouden blijft en tegelijkertijd realtime-besturingsprestaties worden gegarandeerd.
Snelle interactie via gedeeld geheugen — De twee domeinen creëren een gedeelde geheugenruimte voor het lezen en schrijven van gegevens, waardoor snelle gegevensuitwisseling mogelijk is en "What You See Is What You Get"-gegevensconsistentie wordt gewaarborgd. Deze aanpak verhoogt de interactie-efficiëntie aanzienlijk in vergelijking met traditionele communicatiemethoden zoals "PLC + industriële pc".
Beveiligingsmechanisme voor kernelisolatie — Een crash in de Linux-kernel van de desktopomgeving heeft geen invloed op de normale werking van de realtime PLC-kernel, waardoor de operationele veiligheid van het apparaat fundamenteel wordt gewaarborgd.
Flexibele PDO/SDO lees- en schrijfstrategieën — Om tegemoet te komen aan uiteenlopende realtime-vereisten worden twee verschillende methoden gebruikt: functionele blokinkapseling en absolute adresbinding. Deze aanpak zorgt voor een optimale balans tussen operationele efficiëntie en realtime-responsiviteit.
CRC-verificatie voor gegevensintegriteit — Alle gegevens worden onderworpen aan CRC-verificatie om de nauwkeurigheid en integriteit van verzonden en ontvangen gegevens te waarborgen, waardoor instructiefouten of operationele afwijkingen als gevolg van gegevensfouten worden voorkomen.
Waardecreatie voor klanten – Oplossing voor uitdagingen bij systeemmigratie: We hebben de klant succesvol geholpen bij de migratie van een op Windows gebaseerde besturingskaartoplossing naar het open-source Linux-besturingssysteem, waardoor aan de terminalvereisten werd voldaan en tegelijkertijd hardwarebeperkingen met betrekking tot de beperkte beschikbare opslagruimte effectief werden overwonnen.
Het waarborgen van de operationele veiligheid van de apparatuur: Onder complexe bedrijfsomstandigheden – zoals meerdere karren die één spoor delen of scenario's waarbij handmatige tussenkomst vereist is – voorkomen de snelle interactiemogelijkheden van het systeem effectief ongelukken en botsingen.
Het verlagen van ontwikkelingsdrempels: Door middel van technische training en ondersteuning op locatie hebben we de engineers van de klant in staat gesteld om snel PLC-programmering onder de knie te krijgen, wat een soepele en succesvolle programmaoverdracht mogelijk maakte.
Verbetering van de systeembetrouwbaarheid: Meerdere beveiligingslagen, waaronder scheiding van lees- en schrijfbewerkingen, CRC-verificatie en kernelisolatie, garanderen de stabiliteit en betrouwbare werking van het systeem op de lange termijn.
4. Samenvatten
In de industriële automatisering, gedreven door verschuivingen in het wereldwijde landschap en de wijdverspreide toepassing van open-source technologieën, neemt de vraag naar migratie van Windows naar Linux-systemen gestaag toe. Lingchen Technology heeft, met de LC2000-serie PLC's als centraal element, een geïntegreerde dual-domain controlleroplossing ontwikkeld die de technische uitdagingen van interactie op kernelniveau tussen PLC's en hostcomputers binnen een Linux-omgeving succesvol oplost. Dankzij een reeks technische innovaties – waaronder dual-domain shared memory, buscycli van 1 ms, CRC-verificatie en kernelisolatie – behaalt deze oplossing uitzonderlijke prestaties, met een communicatielatentie tussen host en PLC van minder dan 6 ms en een I/O-responstijd van minder dan 15 ms, terwijl tegelijkertijd de nauwkeurigheid van de gegevens en de systeembetrouwbaarheid worden gewaarborgd. Dit is veel meer dan een simpele productvervanging; het is een diep geïntegreerde, in de praktijk bewezen oplossing die reken- en besturingsmogelijkheden naadloos combineert. Van interactie op kernelniveau tot gegevenssynchronisatie, en van hardwareaanpassing tot technische training: elk aspect van deze oplossing weerspiegelt Lingchen Technology's diepgaande begrip van de convergentie tussen industriële besturing en open-source technologieën.
Over ons
Suzhou Lingchen Data Acquisition & Computer Co., Ltd., opgericht in 2006, hanteert een bedrijfsfilosofie die gericht is op het creëren van waarde voor klanten en het bevorderen van win-winpartnerschappen. Het bedrijf levert klanten kerncomponenten en systeemoplossingen voor een breed scala aan automatiseringsapparatuur, waaronder industriële computers, bewegingsbesturingssystemen, test- en meetinstrumenten, machinevisiesystemen en robotica. Momenteel beheert Lingchen twee volledig eigendom zijnde dochterondernemingen: Suzhou Xun'ya Automation Technology Co., Ltd. en TOK Robotics (Suzhou) Co., Ltd., die respectievelijk gespecialiseerd zijn in de verkoop van robotsystemen en de R&D, productie en verkoop van lineaire bewegingsproducten.
Productsysteemnetwerk
Binnen de hiërarchische structuur van geautomatiseerde besturingsnetwerken biedt Lingchen Technology een uitgebreid assortiment producten dat de apparaat-, besturings- en informatielagen omvat.
01 Industriële computers
Het Lingchen Industrial Chassis biedt uitgebreide fysieke bescherming voor kritieke computerkernen dankzij de robuuste, industriële constructie, het uitzonderlijke thermische beheer en het stofbestendige ontwerp. Dit garandeert een duurzame en stabiele werking, zelfs in zware industriële omgevingen met trillingen, stof en extreme temperaturen.
02 Ingebouwde industriële pc
De embedded industriële pc's van Lingchen kenmerken zich door een compact en robuust industrieel ontwerp, waarin krachtige computerprestaties, uitgebreide I/O-interfaces en een breed temperatuur- en spanningsbereik zijn geïntegreerd. Deze systemen zijn specifiek ontworpen voor embedded toepassingen, zoals machine vision, edge computing en automatiseringsapparatuur, en bieden een stabiele en betrouwbare intelligente kern in beperkte ruimtes, waardoor slimme productie en IoT-toepassingen mogelijk worden.
03 Bewegingsbesturingskaart
De Lingchen-bewegingsbesturingskaart kan tot 32 bewegingsassen aansturen en ondersteunt gelijktijdig de aansturing van maximaal 512 DI-punten en 512 DO-punten, met een maximale buscommunicatiecyclus van 250 µs. Qua bewegingsbesturing ondersteunt de kaart functies zoals relatieve beweging langs één as, absolute beweging, joggen en aandrijvingsgestuurde homing; meerassige interpolatie; meerassige punttafelbeweging; en elektronische overbrenging.
04 LMC-serie bewegingscontrollers
De Lingchen LMC-serie bewegingscontrollers zijn ontworpen rond een open, harde real-time kernel (met jitter
05 NAC-serie hoogwaardige bewegingscontrollers
De kern van de Lingchen NAC-controller wordt gevormd door een krachtige busuitbreidingsmogelijkheid, die vier EtherCAT-masters ondersteunt voor de nauwkeurige aansturing van 256 assen per station – in totaal 4096 I/O-kanalen. De bewegingsbesturingsmogelijkheden zijn zowel uitgebreid als robuust: naast standaard punt-naar-punt-, lineaire en circulaire interpolatie, beschikt de controller over geavanceerde functies zoals 5-assige interpolatie, spline-gebaseerde trajectafvlakking en dynamische coördinatensystemen. Bovendien integreert de controller trillingsonderdrukking, "soft landing"-functionaliteit en zeer nauwkeurige positievergelijkingsuitgangen; in combinatie met acht onafhankelijke interpolatiegroepen en continue interpolatiefunctionaliteit voldoet de controller effectief aan de eisen van complexe trajecten en snelle synchronisatie. De ontwikkelomgeving is open en flexibel, ondersteunt meerdere programmeertalen – waaronder C++, C# en Python – en maakt directe programmering binnen het realtime besturingssysteem mogelijk, waardoor de integratie- en debug-efficiëntie aanzienlijk wordt verbeterd.
06 PLC-bewegingscontroller
Lingchen PLC-controllers voldoen strikt aan de PLCopen-specificaties en de internationale norm IEC 61131-3. Ze combineren hoge prestaties, een compact formaat en een modulair ontwerp, waardoor ontwikkeling eenvoudig en flexibel kan worden ingezet. Deze controllers zijn breed toepasbaar in automatiseringsapparatuur en productielijnsystemen in sectoren zoals 3C-elektronica, lithium-ionbatterijen, verpakkingen en drukwerk. Ze kunnen ook worden uitgebreid tot netwerkcommunicatieknooppunten binnen geïntegreerde productielijnen voor de logistieke, automobiel- en consumentengoederenindustrie. Door te voldoen aan de eisen voor interne/externe netwerkisolatie, snelle buscommunicatie en realtime gegevensverwerking, bieden ze een stabiele en betrouwbare besturingskern voor een breed scala aan industriële omgevingen.
07 Industriële netwerkkaarten
De industriële netwerkkaarten van Lingchen zijn speciaal ontworpen voor veeleisende industriële omgevingen en beschikken over automatische onderhandelingsmogelijkheden voor snelheden van 10/100/1000 Mbps, waardoor stabiele en betrouwbare hogesnelheidsnetwerkverbindingen worden gegarandeerd. Deze kaarten kenmerken zich door robuuste anti-interferentie, overspanningsbeveiliging en een breed temperatuurbereik, waardoor ze veelvuldig worden ingezet in kritische toepassingen zoals bewegingsbesturing, machinevisie en automatiseringssystemen. De producten hebben een flexibel installatieontwerp – inclusief een standaard montagebeugel van volledige hoogte en een optionele montagebeugel van halve hoogte – waardoor naadloze integratie in een breed scala aan slimme productieapparatuur en industriële netwerken mogelijk is.
08 IO-module
Lingchen Technology biedt een uitgebreid assortiment I/O-moduleoplossingen, ontworpen om flexibel te voldoen aan de uiteenlopende eisen van industriële automatisering.
LC/LD-serie uitbreidbare I/O-modules: Deze modules ondersteunen meerdere protocollen, waaronder EtherCAT, Profinet, Ethernet/IP en Modbus TCP, en maken een flexibele uitbreiding van de data-acquisitiemogelijkheden mogelijk voor digitale en analoge signalen, temperatuur, druk en pulsen. Ze worden veelvuldig toegepast in sectoren zoals 3C-elektronica, lithium-ionbatterijen, halfgeleiders, de automobielindustrie en medische apparatuur.
MINI-serie I/O-modules: Deze serie kenmerkt zich door zijn compacte formaat en hoge realtime-prestaties en omvat digitale I/O, analoge I/O, temperatuurmodules en communicatiemodules. Ze zijn bij uitstek geschikt voor besturings- en data-acquisitiescenario's waar ruimtebeperkingen en realtime-responsiviteit cruciale vereisten zijn.
GWS-serie kastloze I/O-modules: Deze modules kenmerken zich door uitzonderlijke stabiliteit en handige netwerkbekabelingsmogelijkheden. Ze zijn ontworpen voor gedistribueerde systeemconfiguraties en leiden tot een aanzienlijke besparing op zowel de integratietijd als de kosten.
Ons complete productportfolio is erop gericht gebruikers te voorzien van betrouwbare, eenvoudig te integreren en aanpasbare I/O-moduleondersteuning voor een breed scala aan toepassingsscenario's.
