Режими застосування "ТКМ - 52" в АСУ ТП

Контролер "ТКМ-52" призначений для збору, обробки інформації та формування впливів на об'єкт управління у складі розподілених ієрархічних або локальних автономних АСУ ТП на основі мережі Ethernet або RS-485 (MODBUS). Контролер може використовуватись:

а) як автономний пристрій керування невеликими об'єктами;

б) як віддалений термінал зв'язку з об'єктом у складі розподілених систем керування;

в) одночасно як локальний пристрій управління та як віддалений термінал зв'язку з об'єктом у складі складних розподілених систем управління.

Контролер у дубльованому режимі розрахований застосування у високонадійних системах управління. В контролер, залежно від варіантів виконання, може встановлюватись одна з операційних систем: DOS або Системне Програмне Забезпечення (СПО) на базі OS LINUX. У першому випадку МФК можна здійснювати за допомогою універсальних засобів програмування за допомогою програми TRA – CE MODE.

В автономному застосуванні контролер вирішує завдання середньої інформаційної ємності (50 – 200 каналів). До нього можна підключити різні периферійні пристрої по послідовним (RS - 232, HRS - 485) і паралельному інтерфейсу, а також по мережі Ethernet. Як пульт оператора-технолога може використовуватися вбудований блок клавіатури та індикатора V03.

У режимі застосування віддаленого терміналу зв'язку з об'єктом, керуюча програма виконується на обчислювальному пристрої верхнього рівня ієрархії (наприклад, IBM PC), з'єднаному з контролером по послідовному каналу (RS - 232 або RS - 485. За протоколом Modbus), або по мережі Ethernet , А контролер забезпечує збір інформації та видачу керуючих впливів на об'єкт.

Застосування в змішаному режимі (як інтелектуальний вузл розподіленої АСУ ТП) управління об'єктом проводиться прикладною програмою,

що зберігається в енергонезалежній пам'яті контролера. При цьому контролер підключений до мережі Ethernet, що дозволяє обчислювального пристрою верхнього рівня ієрархії, мати доступ до значень вхідних і вихідних сигналів контролера і значень робочих змінних прикладної програми, а також впливати на ці значення. У контролері можна використовувати всі вільні інтерфейси, і навіть його клавіатура і індикатор. Одночасне виконання прикладної програми та робота по мережі Ethernet підтримується засобами операційної системи контролера та системою введення-виводу.

Цей варіант найбільшою мірою використовує ресурси контролера “ТКМ 52”, і дозволяє створювати з його допомогою гнучкі та надійні розподілені АСУ ТП будь-якої інформаційної потужності (до десятків тисяч каналів). У цьому забезпечується живучість окремих підсистем.

Склад та характеристики контролера

Контролер "ТКМ - 52" є проектно-компонованим виробом, склад якого визначається при замовленні. Контролер складається з базової частини, блоку клавіатури-індикації та модулів введення-виводу (від 1 до 4). Базова частина контролера складається з корпусу, блоку живлення, процесорного модуля PCM423L з модулем TCbus52 та блоком клавіатури та індикації V03.

Корпус контролера металевий складається з секцій, з'єднаних між собою за допомогою спеціальних гвинтів. У задній секції розміщується блок живлення та процесорний модуль. У решті секцій розміщуються модулі вводу-виводу. У передній секції завжди розміщується блок клавіатури та індикації ВООЗ. Залежно кількості секцій для модулів вводу-вывода розрізняються такі комплектації базової частини контролера:

Контролер "ТКМ - 52" працює від мережі змінного струму частотою 50 Гц і напругою 220 В, споживана потужність 130 Вт.

Контролер "ТКМ - 52" розрахований на безперервну цілодобову роботу.

Діапазон робочих температур навколишнього контролера середовища від плюс 5 до плюс 50 С. Контролер має пилебризгозахищене виконання IP42.

Основні характеристики процесорного модуля:

а) процесор: FAMD DX-133 (5x86-133);

б) системне ОЗУ-8Мбайт, залежно від установки модуля пам'яті, може розширюватися до 32 Мбайт;

в) FLASH - пам'ять системних та прикладних програм-4 Мб (може розширюватися до 144 Мб;

г) послідовні порти: COM1 RS232, COM2 RS232/RS485 сумісні UART 16550, паралельний порт LPT1: підтримує режими SPP/EPP/ECP;

д) Ethernet інтерфейс: контролер Realtek RTL8019AS, програмно сумісний NE2000;

е) таймер апаратного скидання WatchDog, астрономічний календар-таймер з живленням від вбудованої батареї, живлення - 5 ± 5 %, 2 А.

Мікроконтролери LPC83x інтегрують до 32 КБ FLASH та 4 КБ SRAM пам'яті.

Набір периферії включає модуль контролю циклічним надлишковим кодом (CRC), один інтерфейс шини I 2 C, один USART, два послідовні інтерфейси SPI, мультидіапазонний таймер, таймер пробудження системи, модуль SCT-таймера/ШИМ, контролер прямого доступу до пам'яті (DMA) , 12-бітний АЦП, що конфігуруються, за допомогою матричного комутатора, за призначенням функцій порти введення/виводу, модуль порівняння структури вхідних сигналів і до 29 ліній введення/виводу загального призначення.

Компанія NXP представляє сімейство мікроконтролерів LPC5411x, виконаних на базі ядра ARM® Cortex®-M4F з опціональним вбудованим співпроцесором із ядром Cortex®-M0+. Пристрої підтримують гнучкі режими енергоспоживання та роботи периферійних вузлів, забезпечуючи мінімальний струм споживання в активному режимі до 80 мкА/МГц.

Нові мікроконтролери відрізняються збільшеним обсягом внутрішньої RAM-пам'яті до 192 КБайт, забезпечені цифровим двоканальним мікрофонним інтерфейсом (DMIC) та повношвидкісним USB-інтерфейсом, що працює без зовнішнього джерела тактового сигналу. Підсистема DMIC забезпечує найвищу в галузі енергоефективність розпізнавання голосу та спрацьовування за голосом при струмі споживання не більше 50 мкА. Сімейство LPC5411x підтримується великим набором інструментальних засобів розробки – від бібліотеки системних драйверів та прикладів прикладних програм LPCOpen до інтегрованих середовищ розробки додатків (IDE), таких як IAR, Keil та LPCXpresso.

Як старший представник сімейства XMC4000, пристрої серії XMC4800 є першими в галузі високоінтегрованими мікроконтролерами з ядром ARM® Cortex®-M, оснащеними інтерфейсом EtherCAT®, що забезпечує комунікаційні можливості в реальному масштабі часу за допомогою протоколу Ethernet. Поєднуючи функції цифрового сигнального процесора та 32-бітного мікроконтролера, сімейство XMC4000 ідеально підходить для таких промислових додатків, як цифрові системи перетворення потужності, електроприводи, системи вимірювань та контролю, модулі вводу/виводу даних тощо.

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Вступ

1. Техніко-економічне обґрунтування проекту

2. Рівні управління

3. Людино-машинний інтерфейс

Висновок

Список використаної літератури

Вступ

В даний час в економіці спостерігається тенденція, за якої грає одну з провідних ролей в управлінні виробництвом продукції та її подальшої реалізації. У розвинених країнах управління якістю для підприємства привертає особливу увагу всіх підрозділів, які впливають якість продукції, що випускається. Для кращої взаємодії та, для ефективнішого результату на підприємствах розробляються різні підходи до управління якістю.

Використання мікроконтролерів у виробах виробничого та культурно-побутового призначення не тільки призводить до підвищення техніко-економічних показників виробів (вартості, надійності, споживаної потужності, габаритних розмірів) і дозволяє багаторазово скоротити терміни розробки та відсунути терміни морального старіння виробів, а й надає їм принципово нових. споживчі якості такі як розширені функціональні можливості, модифікованість, адаптивність і т.д.

Якість продукції (включаючи новизну, технічний рівень, відсутність дефектів при виконанні, надійність в експлуатації) є одним із найважливіших засобів конкурентної боротьби, завоювання та утримання позицій на ринку. Тому фірми приділяють особливу увагу забезпеченню високої якості продукції, встановлюючи контроль на всіх стадіях виробничого процесу, починаючи з контролю якості сировини і матеріалів, що використовуються, і закінчуючи визначенням відповідності випущеного продукту технічним характеристикамі параметрам у ході його випробувань, а й у експлуатації, а складних видів устаткування - з наданням певного гарантійного терміну після встановлення устаткування підприємстві замовника. Тому управління якістю продукції стало основною частиною виробничого процесу і спрямований не так на виявлення дефектів або браку готової продукції, скільки на перевірку якості виробу в процесі його виготовлення.

В наш час для економічного та соціального розвитку країни необхідне кардинальне прискорення науково-технічного прогресу на основі широкого впровадження нової техніки та технології, комплексної автоматизації та автоматизації виробництва та технологічних процесів, підвищення продуктивності роботи, підвищення технічного рівня та якості продукції. На етапі розвитку суспільства рішення поставлених завдань неможливе без застосування мікропроцесорної техніки в усіх галузях народного господарства країни. Застосування мікропроцесорної техніки забезпечує важливе зростання продуктивності роботи, покращення технічного рівня та якості продукції, економію сировини та матеріалів.

Використання мікроелектронних засобів у виробах виробничого та культурно-побутового призначення не лише призводить до підвищення техніко-економічних показників виробів (вартості, надійності, споживаної потужності, габаритних розмірів) та дозволяє багаторазово зменшити терміни розробки та відсунути терміни "морального старіння" виробів, а й надає їм принципово нові споживчі якості (розширені функціональні можливості, модифікація, адаптивність тощо).

1. Техніко-економічне обґрунтування проекту

За останні роки в мікроелектроніці швидкий розвиток отримав напрямок, пов'язаний з випуском мікроконтролерів, призначених для "інтелектуалізації" обладнання різноманітного призначення. Використання мікроконтролерів у системах управління забезпечує досягнення високих показників ефективності. Особливою популярністю користуються 16-розрядні мікроконтролери MCS-96 фірми Intel, що знайшли застосування в промисловості, автомобілебудуванні, медицині та побутовій техніці найрізноманітнішого призначення. Їхня архітектура оптимізована для систем управління подіями в реальному масштабі часу. Так, наприклад, сімейство MCS-96 забезпечує аналого-цифрове перетворення, широтно-імпульсну модуляцію та швидкодіючий введення-виведення інформації.

Робота сучасних підприємств та переробних заводів передбачає виконання безлічі найскладніших операцій. Для точного управління обладнанням та виробничими процесами, у роботі використовуються найсучасніші датчики, електромеханічні вузли та сервоприводи.

Як приклад привабливості застосування високотехнологічних методів для отримання можливості точного управління, можна розглянути мережеву автоматизацію виробничого цеху та підключення до IT-мереж для отримання необхідної бізнес-інформації та стратегії, на підставі чого приймаються конкретні рішення з виробничого управління.

Такий централізований та комунікаційно-орієнтований погляд на вирішення завдань промислового управління надає службам технічного обслуговування та промисловим інженерам доступ до сховищ даних для детального аналізу та оптимізації процесів. Заводські менеджери та керівники підприємства можуть отримати вичерпну інформацію для оцінки загальної ефективності виробництва, буквально просто кинувши погляд на панель приладів, що відображає параметри процесів.

Згодом процеси можуть контролюватись вручну, і кожен виробничий осередок керується незалежно від інших. Маючи доступ до сумарної інформації про загальне фактичне функціонування підприємства в режимі реального часу, його керівництво отримує можливість аналізу денних виробничих показників для коригування бізнес-стратегії, ґрунтуючись на оперативно отриманих даних.

Поступовий перехід від ізольованих один від одного вузлів виробничого ланцюжка до мережевої взаємодії здійснювався протягом кількох років. У зв'язку з тим, що цей перехід був багато в чому вузькоспрямованим і не розпланованим, коли кожна поточна технологія чергового вузла промислової керуючої системи базувалася на власному для цього наборі шин, мереж і контролерів, що робило цей вузол ізольованим від загальної промислової системи управління.

Незважаючи на те, що на даний момент присутнє єдине бачення проблем мережевого промислового управління в напрямку "зверху вниз", погляд на ці проблеми в напрямку "знизу вгору", з боку модуля центрального процесора кожного сегмента сильно фрагментований. До сьогоднішнього дня вибрати єдину процесорну архітектуру, яка б ефективно працювала на всіх рівнях керуючої інфраструктури, було просто неможливо.

Сучасні розробки у сфері процесорних технологій надають розробникам можливість інновацій у межах використання єдиної концепції у реалізації систем промислового управління. Шляхом ретельного аналізу вимог до продуктивності, функціональності та способів комунікацій на кожному рівні управління, розробник може зупинитися на стандартній процесорній архітектурі з єдиним ядром, що забезпечує не лише отримання оптимального рішення за конкурентоспроможної вартості, але й скорочення цін на розробку, суттєве зниження тривалості циклу проектування та можливість повторного використання вже розробленого програмного забезпечення.

2. Рівні управління

Як правило, система управління виробничими процесами представляється у вигляді ієрархії, що складається з чотирьох рівнів

· Датчики та виконавчі механізми, що використовуються для моніторингу виробничих процесів шляхом надання звітів щодо поточного статусу та фіксації змін стану;

· Електродвигуни та інші системи, такі як, наприклад, індуктивні нагрівачі для здійснення впливів на стан процесу або виконання операції;

· Елементи управління, що аналізують інформацію, одержувану від вузлів датчиків і видають команди для системи виконавчих механізмів з метою досягнення бажаних змін, що включають мережі програмованих логічних контролерів (PLC, Programmable Logic Controller) і мережі програмованих контролерів автоматизації (PAC, Programmable Automation Controller) , що об'єднують пристрої;

· Модулі людино-машинного інтерфейсу (HMI, Human-Machine Interface), що здійснюють візуальне та алгоритмічне представлення поточного стану виробництва для інженерів та технічних служб.

Рис. 1. Автоматизоване виробництво, що складається з чотирьох основних рівнів управління процесами

До сьогодні жодна програмно-сумісна процесорна архітектура не могла дозволити економічно ефективно охопити всі чотири рівні моделі промислового управління. Використовуючи загальну архітектуру процесора, розробники можуть зменшити кількість програмних засобів розробки, що набуваються, отримати можливість постійної роботи у виключно знайомому середовищі розробки з можливістю повторного використання написаного коду.

Архітектура ARM® є відкритою архітектурою з вільним ліцензуванням без необхідності набуття прав власності. Перевага відкритості зробила архітектуру ARM фактично стандартом, що сприяє розробці надійних, різнопланових та всеосяжних систем з використанням стороннього програмного та апаратного забезпечення. мікроконтролер управління мережевим

Будучи лідером в області процесорів, що вбудовуються, компанія ARM Ltd. пропонує широкий спектр мікропроцесорних ядер, здатних задовольнити вимоги щодо продуктивності для реалізації всіх рівнів промислового управління. Еволюційна стратегія розвитку ядер удостоєна нагород за програмну сумісність та архітектурну безперервність. Повна програмна сумісність при міграції з мікроконтролерів з ядром Cortex™-M3 мікропроцесорам Cortex-A8 забезпечує просту розробку системи управління з алгоритмами комунікації, розробленими і налагодженими всього один раз, але тепер вже з можливістю вибору з цілого спектра характеристик продуктивності. Слід зазначити, що у деяких ARM-ядрах є інтегрована підтримка функцій промислового управління, включаючи детерміновані режими і мультизадачность.

Хоча самі по собі дані ядра є чудовою відправною точкою, мікроконтролери та мікропроцесори з ARM-архітектурою повинні також надавати відповідні комбінації інтегрованої периферії та опцій пам'яті. Тенденція постійного зростання кількості додатків для реалізації завдань промислового управління диктує необхідність виробництва великої кількості сімейств, застосуванням яких можна було б охопити повні діапазони можливих рішень, що відповідають вимогам щодо вартості, продуктивності та функціональності.

І, нарешті, для допомоги розробникам у створенні систем промислового управління в рамках єдиної архітектурної концепції, насамперед необхідні професійні програмні налагоджувальні засоби, що полегшують процес розробки та надають максимальні можливості для повторного використання коду.

Найкращим способом ілюстрації гнучкості та різноманітності ARM-продуктів та визначення найкращого поєднання наборів периферії мікроконтролерів та мікропроцесорів для реалізації функцій дискретного керування- аналіз вимог, що висуваються кожному рівні ієрархічної моделі управління, представленої на рис.1.

Рівень управління виробничим обладнанням зазвичай є великою кількістю логічних контролерів (PLC, Programmable Logic Controller), що функціонують у його межах. Програмовані логічні контролери отримують інформацію від датчиків та використовуючи її приймають рішення про зміну ходу виробничого процесу, а також керують реле, двигунами або іншими механічними технологічними пристроями. Вони можуть контролювати та керувати великими масивами ліній введення-виводу у складі сотень мережевих вузлів.

Контролери зазвичай повинні працювати в детермінованому режимі - це означає, що реакція кожного порту введення/виводу займає певний час (або кількість обчислювальних циклів). Там, де вимоги до детермінованого виконання в режимі реального часу не такі жорсткі, в деяких програмованих контролерах застосовуються операційні системи реального часу (RTOS, Real-Time Operating System), що полегшує прикладне програмування під конкретне завдання, але передбачає, що система реагує через який окремий проміжок часу.

Однією з відмінних рис ядра ARM Cortex-M3 є апаратна підтримка детермінованого функціонування. Замість вилучення даних з кешу, ядро ​​Cortex-M3 отримує інструкції та дані безпосередньо із внутрішньої Flash-пам'яті. Це забезпечує апаратні засоби збереження стану процесора під час обробки винятків. При отриманні сигналу зовнішнього переривання, передача управління його оброблювачі займає всього 12 циклів, а у разі вкладених переривань передача управління оброблювачі займає лише шість циклів.

З погляду розробки, вбудований в ядро ​​Cortex-M3 детермінізм уможливлює заміну двокристального рішення системи управління електродвигуном однокристальним, на основі одного мікроконтролера. У двокристальному рішенні потрібен DSP-процесор для керування двигуном, прив'язаним до вузла мережі, тоді як постійний зв'язок із системою підтримується мікроконтролером. Застосування мікроконтролера із ядром Cortex-M3 є однокристальним рішенням обох завдань одночасно.

Апаратна підтримка детермінованого функціонування найефективніша при застосуванні спеціально розроблених даних режимів роботи мережевих протоколів. Для цього підходить протокол IEEE1588 Precision Time Protocol (PTP), основною рисою якого є точність тимчасових інтервалів, що підтримуються, і можливість реалізації режимів мульти-адресації. З точки зору автоматизації розробки це означає, що модуль 10/100 Ethernet за допомогою режиму IEEE1588 PTP є важливим периферійним вузлом. У деяких програмованих контролерах автоматизації технологічних процесів (PAC, Programmable Automation Controller) найвищого рівня потрібна підтримка стандарту Gigabit Ethernet, що цілком очевидно через збільшення потоків даних, що передаються.

Інший популярний метод мережного об'єднання пристроїв промислової автоматики - застосування протоколів CAN (Controller Area Network), що дозволяє створювати розподілені та дублюючі системи.

Бездротові мережі стали популярними для організації мережевої взаємодії програмованих логічних контролерів, датчиків та інших кінцевих пристроїв. Бездротові комунікації WLAN (wireless Ethernet) застосовуються для зв'язку програмованих логічних контролерів з програмованими контролерами автоматизації технологічних процесів.

ARM-мікроконтролери сімейства Sitara™ компанії TI мають на кристалі модулі Ethernet MAC, CAN і SDIO для мереж WLAN і мають необхідні рівні продуктивності для підтримки мережевих протоколів.

Рис. 2. Мікроконтролери сімейства Sitara AM35x на базі ядра Cortex-A8

Для реалізації мереж датчиків широкого поширення набув протокол ZigBee. Грунтуючись на радіоспецифікації IEEE802.15.4, інтерфейс ZigBee дозволяє створювати мережі з комірковою топологією для створення надійних самопрограмованих мереж, що ідеально підходять для промислових застосувань.

Мікроконтролери з ядром Cortex-M3 мають необхідну продуктивність для реалізації протоколу ZigBee і вирішення супутніх завдань, за винятком організації радіоканалу. Також, продуктивності ядра Cortex-M3 достатньо для забезпечення комунікацій у стандарті 10/100 Base T Ethernet у напів- або повнодуплексному режимах з підтримкою режиму auto-MDIX.

Значною перевагою мікроконтролерів ARM Cortex-M3 сімейства Stellaris® від компанії TI є наявність інтегрованих на кристалі модулів Ethernet PHY і MAC, завдяки чому можливе зниження вартості виробу та зменшення площі, що займається на платі, порівняно з традиційним двочіповим рішенням. Для проектів, де потрібна більш висока продуктивність порівняно з 10/100 Ethernet, розробникам слід зупинитись на сімействі мікроконтролерів з ядром Cortex-A8, таких як сімейство Sitara від компанії TI.

Ядро Cortex-M3 оптимізоване для одноциклового доступу до інтегрованої на кристалі FLASH і SRAM пам'яті, і надає розробнику продуктивність, недосяжну мікроконтролерів, раніше представлених на ринку. Завдяки можливості доступу до FLASH і SRAM за один цикл, розробники при використанні мікроконтролерів сімейства Stellaris на частоті 50 МГц отримують продуктивність роботи порівнянну з продуктивністю інших контролерів на частоті 100 МГц.

3. Людина- машинний інтерфейс

З точки зору організації роботи системи, людино-машинний інтерфейс (HMI, Human-Machine Interface), який знаходиться на верхньому рівні ієрархії, є найвибагливішим.

Основні інтерфейси користувача, що являють собою сенсорні кнопки управління на екрані, слайд-бари і елементи основної 2D-графіки можуть бути реалізовані на базі мікроконтролера, наприклад, з ядром ARM Cortex-M3. Крім цього потрібна високорівнева операційна система, тому реалізація інтерфейсу користувача зміщується від мікроконтролерів у бік мікропроцесорних систем.

В автоматизованих системах, оператори, що здійснюють управління з віддалених робочих станцій, повинні мати максимальні можливості для моніторингу виробництва та охоплювати спостереженням виробниче обладнання настільки широко, як це можливо. Для того, щоб досягти повноцінного спостереження, необхідні графічні можливості вищого рівня, такі як 3D-відео та графіка. Наприклад, один із методів забезпечення оператора можливістю керувати розподіленою системою управління - реалізація доступу до кожної її частини шляхом вибору відповідної механізму або сегменту вкладки на екрані графічного дисплея.

Розвинені варіанти реалізації людино-машинного інтерфейсу мають можливості відображення даних у формі алгоритмічного представлення, 2D та 3D-графіки, а також відеоінформації від контрольних відеокамер стеження, встановлених на виробництві. Також передбачається можливість віконного відображення параметрів особливо відповідальних процесів та властивостей продукції, що виробляється. Масштабування, візуалізація та віконність є спільними властивостями для всіх розвинених варіантів реалізації людино-машинного інтерфейсу. Сенсорні екрани та клавіатури та голосове управління є додатковими способами введення даних, і всі вони потребують інтерфейсної або периферійної підтримки мікропроцесорною системою.

Необхідний високий ступінь інтерактивності з виробничими процесами, що вбирає перемикання стежать відеокамер, отримання за запитом поточних звітів і можливість видачі команд для управління виробничим процесом або технологічною лінією. Консоль управління легко забезпечує отримання та обробку інформації від сотень пристроїв керуючої мережі, що перебувають у її вузлах на нижніх рівнях ієрархії.

З точки зору вибору мікропроцесора, для досягнення найвищих рівнів інтерактивності, потрібен пристрій із вбудованими можливостями обробки графіки та відео, багатим функціоналом введення-виведення даних та значною обчислювальною потужністю. Також при виборі мікропроцесора важливу роль відіграє наявність необхідної периферії та необхідних бібліотек програмного забезпечення.

Серед кількох сімейств, що задовольняють згаданим вище вимогам, заслуговують на увагу процесори на базі архітектури ARM Cortex-A8. Периферійні та інтерфейсні особливості, а також характеристики продуктивності даних продуктів будуть детальніше розглянуті нижче в цій статті.

Питання проектування

Ключовим моментом прийняття остаточного рішення у виборі процесора є доступність програмного забезпечення, завдяки якому істотно скорочується час виходу кінцевого продукту ринку. Програмне забезпечення, як правило, включає операційні системи, бібліотеки та комунікаційні стеки.

Вимоги до графічних можливостей часто виявляються визначальним чинником під час виборів операційної системи. Програми керування, що працюють з 2D або 3D графікою, потоковим відео та з високими дозволами екрана зазвичай також вимагають використання повноцінних операційних систем реального часу, наприклад Embedded Linux або Windows™ Embedded CE, які встановлюються на процесори з ядрами ARM9™ або Cortex™-A8, таких як ARM-мікроконтролери сімейства Sitara™, що мають у своєму складі повнофункціональний блок керування пам'яттю (MMU, Memory Management Unit).

Інтелектуальний дисплейний модуль, здатний обробляти текст, 2D-графічні примітиви та QVGA JPEG-зображення, є межею застосування для мікрокон-тролерів на базі ядра Cortex-M3. До складу ядра Cortex-M3 входить блок захисту пам'яті (MPU, Memory Protection Unit), який сприяє ефективному використанню компактних операційних систем реального часу та "легких" ядер ОС Linux, таких як ядро ​​Unisom від компанії RoweBots.

Однією з переваг ARM-архітектури, згаданим раніше, є те, що вона сама є потужною екосистемою. В результаті цього на ринку є велика кількість сертифікованих комунікаційних стеків від сторонніх виробників, включаючи спеціалізовані стеки протоколів зв'язку, необхідні для об'єднання в мережу обладнання промислової автоматики. Для скорочення часу виходу на ринок кінцевих пристроїв, побудованих на базі мікроконтролерів сімейства Stellaris від компанії TI, надається пакет програмного забезпечення StellarisWare®, що складається з бібліотек драйверів периферійних пристроїв, графічної бібліотеки, бібліотеки USB для організації як ведучого (Host), так і веденого ( Device) пристрої, з підтримкою режимів On-the-Go, та завантажувача, разом із IEC 60730-бібліотекою самотестування, яка може застосовуватися для діагностики пристроїв у складі промислових додатків.

Цей підхід для скорочення часу виходу на ринок поширюється і на мікроконтролери сімейства Sitara™, для яких доступні апаратні засоби розробки, драйвери та програмні пакети підтримки системи (BSP) під відкриті системи Linux, Windows Embedded CE6 поряд із сторонньою підтримкою операційних систем, таких як Neutrino , Integrity та VxWorks.

Енергоспоживання

Потужність, що споживається, стала важливою характеристикою для всіх додатків, у тому числі і для пристроїв, що працюють від мережі електроживлення. Однак, у той час як для розробників портативних пристроїв найбільш цікавим є споживання процесора, увага розробників промислових систем зосереджена на питаннях підтримки мінімального споживання протягом усього часу роботи обладнання для зниження комунальних витрат та витрат на електроенергію. Знижене енергоспоживання також має позитивні екологічні ефекти.

Практично на всіх підприємствах та виробництвах застосовуються електродвигуни, споживання яких, як правило, становить більшу відсоткову частину загальної потужності споживання підприємства. Хоч як це дивно, але можливість детермінованого функціонування відіграє значну роль в енергетичній ефективності. У мікроконтролерах сімействі Cortex-M3 на 60 відсотків збільшено продуктивність системи обробки переривань, що значно знижує потужність, яку споживає система. Система переривань, що працює на 60 відсотків швидше, означає, що мікроконтролер здатний у 60 разів швидше зупиняти та запускати двигун, що за рік економить значну кількість електроенергії. Крім того, продуктивність ядра Cortex-M3 підходить для реалізації інтелектуальної цифрової комутації, що надає можливість вибору менш потужного двигуна для застосування, вибір більш ефективного двигуна, або покращити продуктивність вже існуючого двигуна (наприклад, в управлінні асинхронним двигуном змінного струму використовувати просторово-векторну модуляцію замість простого синусоїдального алгоритму) – все це зменшує загальне енергоспоживання системи. Мікроконтролери сімейства Stellaris мають спеціальні ШІМ-канали для управління електродвигунами з таймерами пауз перемикання та інтерфейс квадратурного енкодера (QEI, Quadrature Encoder Interface) для організації замкнутих контурів управління, що дозволяють розробнику ефективно використовувати обчислювальні можливості ядра Cortex-M3 для підвищення продуктивності.

Іншою проблемою енергоспоживання в тенденції розробки, що розвивається, повністю замкнутих системпромислової автоматики - захист від пилу та інших забруднюючих речовин, що зазвичай мають місце на виробництві. Якщо для охолодження процесора та пов'язаної з ним електроніки використовується не тільки радіатор, розробник змушений передбачати або отвори для повітряного охолодження та вентилятори, що в сукупності суперечить поняттю замкнутості системи, або встановлювати дорогі системи примусового очищення повітря, що надходить. Мікроконтролери розвиненого сімейства Sitara™ призначені для вирішення задач енергоспоживання шляхом застосування адаптивних програмних та апаратних методів з динамічним керуванням напругою, частотою та потужністю.

Периферія та введення-виведення

Багато процесорних ядер, що базуються на стандартній ARM-архітектурі, має цілу низку переваг. У той час як пристрої системного рівня виконуються на базі мікропроцесорів та мікроконтролерів, що надаються виробниками мікросхем, функціональні модулі оточення ядра системи на кристалі також мають важливе значення. Визначальне значення має розвиненість функцій роботи з пам'яттю. Поряд з цим, так як різноманітність застосування визначається багатством периферії, кількість та типи периферійних модулів та інтерфейсів введення-виводу також є ключовим моментом.

Два найважливіших комунікаційних блоки - контролер інтерфейсів CAN і MAC-контролер мережі Enternet, а також PHY-модуль з підтримкою стандарту IEEE 1588 вже розглянуті. Нижче розглядаються різні опції введення-виводу, багато з яких широко використовуються в найрізноманітніших додатках передачі інформації:

· Інтерфейс I2C: мультимайстерна послідовна комп'ютерна шина, призначена для підключення низькошвидкісної периферії

· UART/USART: розвинена високошвидкісна периферія загального призначення

· Інтерфейс SPI: широко використовується метод зв'язку для передачі даних у повнодуплексному режимі

· Аудіоінтерфейс I2S: помехозащищенная передача сигналів на зовнішні схеми в аудіо-додатках

· Зовнішній периферійний інтерфейс (EPI, External Peripheral Interface): конфігурований інтерфейс пам'яті з режимами підтримки SDRAM, SRAM/Flash, 8- та 16-розрядної Host-Bus-периферії, а також підтримка швидкісного паралельного міжмашинного інтерфейсу передачі даних (M2M, Ma to-Machine) зі швидкістю 150 МБайт/сек

· Інтерфейс USB: інтерфейс зв'язку двох або більше пристроїв, що часто поєднує можливість роботи в режимі USB-хоста і роботу в режимі USB Оn-The-Go.

Для промислових додатків управління електродвигунами, пристроями механізації та іншим виробничим обладнанням найбільше значення мають такі функціональні можливості, як високошвидкісні лінії введення-виведення загального призначення (GPIO, General Purpose Input/Output), модулі широтно-імпульсної модуляції (PWM, Pulse Width , входи з квадратурним кодуванням та канали з аналого-цифровим перетворенням (ADC, Analog-Digital Convertion)

Різноманітність таких функцій, які можуть бути реалізовані на кристалі, добре ілюструється малюнку 3, блок-схемою сучасного високоінтегрованого мікроконтролера.

Рис. 3. Великий набір периферії мікроконтролера серії Stellaris® 9000 з урахуванням ядра Cortex-M3

Весь функціонал, що реалізується на кристалі, описаний раніше, пропонується більшістю виробників мікроконтролерів. У деяких випадках відмінною особливістю є виконання з більш високими характеристиками надійності роботи. Інтегровані модулі Ethernet MAC та PHY, сумісні зі стандартом IEEE 1588, у складі продуктів сімейства Stellaris – яскравий приклад подібної відмінної рисиданих мікроконтролерів.

Іншим прикладом є програмований блок реального часу (PRU, Real-Time Unit), представлений у сімействі сімейства мікроконтролерів Sitara на базі ядра ARM9 від компанії TI. Цей модуль є невеликим процесором з обмеженим набором команд, і може бути налаштований для виконання будь-яких спеціальних функцій реального часу, не реалізованих в основному кристалі.

У програмах промислового управління модуль PRU зазвичай конфігурується для реалізації функцій введення-виведення даних. Це може бути окремий інтерфейс або блок вводу-виводу, не представлений у мікроконтролерах будь-якої лінійки продукції. При виконанні одноманітних функцій, використання модуля PRU краще в порівнянні з додаванням додаткового чіпа з точки зору вартості виробу. Наприклад, за допомогою PRU розробник може продати додаткові стандартні інтерфейси, такі як UART або промислові Fieldbus і Profibus. Повна програмність блоку PRU дозволяє розробникам навіть отримувати прибуток за рахунок додавання замовлених споживачем власних інтерфейсів.

З огляду на можливості програмування блоку PRU, він може використовуватися як модуль вводу-виводу різних типів при роботі в різних умовах, завдяки чому можливе підвищення продуктивності системи з одночасним зниженням споживаної потужності. Наприклад, PRU може виконувати спеціалізовану обробку даних, виключивши цей час роботу ARM9-процесора шляхом припинення його тактування.

Висновок

Мікроконтролери розвиваються неймовірними темпами та їх можна зустріти у величезній кількості сучасних промислових та побутових приладів: верстатах, автомобілях, телефонах, телевізорах, холодильниках, пральних машинах... і навіть кавоварках. Серед виробників мікроконтролерів можна назвати Intel, Motorola, Hitachi, Microchip, Atmel, Philips, Texas Instruments, Infineon Technologies (колишня Siemens Semiconductor Group) та багато інших.

Оскільки все більше напівпровідникових компаній вливаються в ряди виробників мікропроцесорів та мікроконтролерів на базі ARM-архітектури, розробникам обладнання для промислового управління буде доступний дедалі ширший вибір мікросхем для реалізації своїх проектів. Кінцевий вибір продукту визначатиметься інтелектуальністю напівпровідника (збалансовані функції роботи з пам'яттю, швидкодіючі модулі введення-виведення та периферії, інтегровані засоби комунікації, що скорочують час виходу пристроїв на ринок), а також доступністю якісних програмних засобів розробки, програмних бібліотек та стеків промислових протоколів. Насправді виробнику недостатньо просто мати в номенклатурі найкращі мікропроцесори та мікроконтролери. Найвищим пріоритетом для нього буде створення розробника всіх необхідних умов для можливості швидкого старту проекту - надання готових інструментаріїв та відкритого програмного забезпечення.

Список використаної літератури

1. Фрунзе А.В. Мікроконтролери фірми Philips сімейства х 51 Том 1. - Додека-XXI, 2005р.

2. Бєлов А.В. Самовчитель розробника пристроїв на мікроконтролерах AVR. - Наука та техніка, 2008р.

3. Фрунзе А.В. Мікроконтролери? Це просто. – Додека-XXI, 2007р.

5. Таненбаум Еге. Архітектура комп'ютера. - СПб: Пітер, 2007р.

6. "Математичні засади теорії систем автоматичного управління", А.Р. Гайдук, Москва, 2002.

7. Навчально-методичний посібник з виконання курсового проекту з дисциплін "Автоматизоване управління в технічних системах" та "Проектування мікропроцесорних систем промислової електроніки", Т.А. П'явченко, Таганрог, 1999.

8. „Управління технологічними процесами виробництва мікроелектронних приладів”, В.А. Пузирьов, Москва, 1984.

9. П.І. Черниш "Локальні системи управління", Таганрог, 1993.

10. "Цифрові системи управління", П. Ізерман, Москва, 1984.

11. Методичні вказівкиз розробки функціональних схем автоматизації технологічних процесів та виробництв у курсових та дипломних проектах, А.С. Клюєв, Іванове, 1993.

12. Таверньє К. PIC-мікроконтролери. Практика застосування: Пров. із фр. -М: ДМКПрес, 2008. – 272 с.: іл. (Серія "Довідник").

13. Борзенко О.Є. IBM PC: влаштування, ремонт, модернізація. - 2-ге вид. перероб. та дод. - М: ТОВ фірма "Комп'ютер Прес", 2006. - 344с.: іл.

14. Цифрові інтегральні мікросхеми: Справ./М.І. Богданович, І.М. Грель, В.А. Прохоренко, В.В. Шалімо.-Мн.: Білорусь, 2001. – 493 с.: іл.

15. ДСТУ 3008-95. Документація. Звіти у сфері науки та техніки. Структура та правила оформлення.

16. Охорона праці обчислювальних центрах. Ю.Г. Собаров та ін - М: Машинобудування, 2000. - 192с.

Розміщено на Allbest.ru

Подібні документи

Сімейство 16-розрядних мікроконтролерів Motorola 68HC12, їх структура та функціонування. Модуль формування ШІМ-сигналів. Засоби налагодження та програмування мікроконтролерів 68НС12. Особливості мікроконтролерів сімейства MCS-196 фірми INTEL.

курсова робота , доданий 04.01.2015


Поняття та види мікроконтролерів. Особливості програмування мікропроцесорних систем, побудова систем керування хіміко-технологічним процесом. Вивчення архітектури мікроконтролера ATmega132 фірми AVR та побудова на його основі платформи Arduino.

курсова робота , доданий 13.01.2011


Використання комп'ютерної техніки для створення систем диспетчерської централізації та автоматизації управління станційними та перегінними об'єктами. Застосування мікроконтролерів та модемів для відображення телемеханічної інформації про поїзну ситуацію.

стаття, доданий 14.02.2012


Використання мікроконтролерів AVR фірми Atmel у проектованій апаратурі. Архітектура та загальні характеристикиприладу, призначення арифметики логічного устрою та поняття флеш-пам'яті. Формат пакета даних, алгоритм їх передачі та система команд.

контрольна робота , доданий 12.11.2010


Проектування вимірювальних приладів. Опції цифрового вольтметра. Принцип час-імпульсного перетворення. Області застосування мікроконтролерів. Алгоритм програми для цифрового мілівольтметра постійного струму. Складання елементів на друкованій платі.

дипломна робота , доданий 17.06.2013


Адресний простір мікроконтролерів MSP430F1xx. Байтова та ніби форми інструкцій. Система команд MSP мікроконтролерів. Периферійні пристрої мікроконтролерів MSP430F1xx. Аналого-цифровий перетворювач ADC12, його технічні характеристики.

курсова робота , доданий 04.05.2014


Розгляд структури та принципів роботи таймерів/лічильників (загального призначення, сторожового, типів А, В, С, D, Е) мікроконтролерів та аналого-цифрового перетворювача сімейства AVR з метою розробки навчального комп'ютерного електронного посібника.

курсова робота , доданий 06.03.2010


Мікроконтролери - мікросхеми, призначені керувати електронними пристроями, їх класифікація. Структура процесорного ядра мікроконтролерів, основні характеристики, що його продуктивність. CISC та RISC архітектура процесора.

курсова робота , доданий 03.10.2010


Мікроконтроллер (MCU) – мікросхема, призначена для управління електронними пристроями. Їх можна зустріти у багатьох сучасних приладах, зокрема й побутових. Розгляд архітектури різних мікроконтролерів, ядра, пам'яті, живлення, периферії.

реферат, доданий 24.12.2010


Використання завадового кодування в системах передачі інформації. Побудова структурної схеми восьмирозрядного мікроконтролера M68HC11. Розробка алгоритму кодування та декодування інформації. З'єднання зовнішніх портів введення/виводу.

У статті розглядається роль мікроконтролерів (МК) у системах промислової автоматизації, зокрема, йтиметься про те, як на базі мікроконтролерів реалізується інтерфейс реального світу для різного типу датчиків та виконавчих механізмів. Також ми обговоримо необхідність інтеграції в мікроконтролери високопродуктивних ядер, таких як ARM Cortex-M3, з прецизійною та спеціалізованою периферією, якою забезпечені мікроконтролери серії ADuCM360 компанії та сімейства EFM32 компанії Energy Micro (). Також не залишиться без уваги щодо нового протоколу обміну даними, який орієнтований на цю область додатків, з конкретним посиланням на бюджетні мікроконтролери сімейства XC800 /XC16x () та (), і на спеціалізовані приймачі, включаючи ().

Мікроконтролери інтегрують у собі технічні можливості обробки змішаних сигналів і обчислювальну потужність, у своїй рівень продуктивності МК та його функціонал постійно зростає. Однак існують інші розробки, які дозволяють продовжити життєвий цикл бюджетних та низькопродуктивних мікроконтролерів.

За визначенням, мікроконтролери марні без зв'язку з «реальним світом». Вони були розроблені, щоб діяти як концентратори для входів і виходів, виконуючи завдання умовних переходів і керуючи послідовними та паралельними процесами. Їхня роль визначається управлінням, тоді як можливість програмування означає, що характер управління задається логікою. Проте вони спочатку розроблялися з метою отримати інтерфейс для аналогового світу, і, отже, у своїй роботі мікроконтролери суттєво спираються на процес аналого-цифрового перетворення. Часто це цифрове уявлення аналогового параметра, зазвичай одержуваного від якогось датчика, основі якого будується процес управління, і основне застосування мікроконтролера у разі бачиться у системах автоматизації. Здатність керувати великими та складними механічними системами, використовуючи мініатюрний і відносно дешевий «шматочок» кремнію, сприяло тому, що мікроконтролери стали найважливішим елементом промислових систем автоматизації, і не дивно, що багато виробників стали випускати спеціалізовані сімейства мікроконтролерів.

Прецизійна робота

З міркувань комерційної необхідності передбачається, що процес перетворення даних, як ключова функція мікроконтролерів, має бути економічно ефективно впроваджений мікроконтролер, що призводить до підвищення рівня інтеграції функціоналу для обробки змішаних сигналів. Крім того, зростання рівня інтеграції сприяє збільшенню навантаження на ядро.

Низька вартість та гнучкість функціоналу мікроконтролерів означає широке застосування мікроконтролерів у різних додатках, але виробники в даний час прагнуть об'єднання безлічі функцій в одному мікроконтролері з міркувань економічної ефективності, складності чи безпеки. Де колись, можливо, використовувалися десятки мікроконтролерів, зараз потрібно лише один.

Тому не дивно, що те, що починалося з 4-розрядних пристроїв, тепер перетворилося на дуже складні 32-розрядні процесорні ядра, а ядро ​​ARM Cortex-M стало вибором багатьох виробників.

Поєднати високопродуктивне процесорне ядро ​​з прецизійним та стабільним аналоговим функціоналом – непросте завдання. Технологія КМОП є ідеальною для високошвидкісних цифрових схем, але з реалізацією чутливої ​​аналогової периферії можуть бути проблеми. Однією з компаній, що має величезний досвід у цій галузі, є Analog Devices. Розроблене компанією сімейство повністю інтегрованих систем збору даних ADuCM призначене для безпосередньої взаємодії з аналоговими прецизійними датчиками. За такого підходу як зменшується кількість зовнішніх компонентів, а й гарантується точність перетворення і вимірів.

Перетворювач, інтегрований, наприклад, в систему ADuCM360 з ядром ARM Cortex-M3, є 24-розрядним сигма-дельтом АЦП, що є частиною аналогової підсистеми. У зазначену систему збору даних інтегровані програмовані джерела струму збудження та генератор напруги зміщення, але більш важливою частиною є вбудовані фільтри (один з яких використовується для прецизійних вимірювань, інший - для швидких вимірювань), які застосовуються для виявлення великих змін у вихідному сигналі.

Робота з датчиками в режимі «глибокого сну»

Виробники мікроконтролерів враховують важливу роль датчиків у системах автоматизації та починають розробляти оптимізовані вхідні аналогові схеми, які забезпечують спеціалізований інтерфейс для індуктивних, ємнісних та резистивних датчиків.

Розроблено навіть такі вхідні аналогові схеми, які можуть працювати автономно, наприклад, інтерфейс LESENSE (Low Energy Sensor) у мікроконтролерах з ультранизьким енергоспоживанням компанії Energy Micro (Малюнок 1). До складу інтерфейсу входять аналогові компаратори, ЦАП і контролер (секвенсер) з низьким споживанням, що програмується ядром мікроконтролера, але працює автономно, тоді як основна частина пристрою знаходиться в режимі «глибокого сну».

Контролер інтерфейсу LESENSE працює від джерела тактової частоти 32 кГц і керує його активністю, у той час як виходи компаратора можуть бути налаштовані як джерела переривань для «пробудження» процесора, а ЦАП може бути обраний джерелом опорного сигналу компаратора. Технологія LESENSE також включає програмований декодер, який можна налаштувати на генерування сигналу переривання тільки при виконанні умов декількох датчиків в один час. Компанія Digi-Key пропонує стартовий набір EFM32 Tiny Gecko Starter Kit, до складу якого входить демонстраційний проект LESENSE. Мікроконтролери сімейства Tiny Gecko виконані на ядрі ARM Cortex-M3 з робочою частотою до 32 МГц та націлені на застосування в системах промислової автоматизації, де потрібний вимір температури, вібрації, тиску та реєстрація рухів.

Протокол IO-Link

Впровадження нового потужного інтерфейсу датчиків та виконавчих механізмів допомагає багатьом виробникам продовжити життєвий цикл своїх 8- та 16-розрядних мікроконтролерів на арені промислових систем автоматизації. Цей протокол інтерфейсу передачі даних отримав назву IO-Link і вже підтримується лідерами у секторі промислової автоматизації та, зокрема, виробниками мікроконтролерів.

Передача даних за протоколом IO-Link здійснюється за 3-провідним неекранованим кабелем на відстані до 20 метрів, що дозволяє впровадити інтелектуальні датчики та виконавчі механізми в існуючі системи. Протокол має на увазі, що кожен датчик або виконавчий механізм є «інтелектуальним», тобто кожна точка виконана на мікроконтролері, але сам протокол дуже простий, тому для цих цілей цілком буде достатньо 8-розрядного мікроконтролера, і це саме те, що використовується в даний час багатьма виробниками.

Протокол (також відомий як SDCI - Single-drop Digital Communication Interface, регламентований специфікацією IEC 61131-9) є мережевим комунікаційним протоколом зв'язку типу «точка-точка», за допомогою якого зв'язуються датчики та виконавчі механізми з контролерами. IO-Link уможливлює інтелектуальним датчикам передавати в контролери свій статус, параметри всіх налаштувань та внутрішні події. Як такий він не призначений для заміни існуючих комунікаційних рівнів, таких як FieldBus, Profinet або HART, але може працювати разом з ними, спрощуючи обмін даними бюджетного мікроконтролера з прецизійними датчиками та виконавчими механізмами.

Консорціум виробників, що використовують IO-Link, вважає, що можна значно знизити складність систем, а також запровадити додаткові корисні функції, наприклад, діагностику в реальному часі за допомогою параметричного моніторингу (Малюнок 3). При інтеграції в топологію FieldBus через шлюз (знову ж таки, реалізується на мікроконтролері або програмованому логічному контролері), складні системиможуть контролюватись і керуватися централізовано з диспетчерської. Датчики та виконавчі механізми можна налаштувати віддалено, почасти тому, що датчики специфікації IO-Link знають про себе набагато більше, ніж «звичайні» датчики.

Насамперед зауважимо, що власний ідентифікатор (і виробника) та різні налаштування вбудовані в датчик у форматі XML та доступні за запитом. Це дозволяє системі миттєво класифікувати датчик та зрозуміти його призначення. Але, що найважливіше, IO-Link дозволяє датчикам (і виконавчим механізмам) надавати контролеру дані безперервно в реальному часі. Фактично протокол передбачає обмін трьома типами даних: дані про процес, сервісні дані та дані про події. Дані про процес передаються циклічно, а сервісні дані передаються ациклічно і на запит провідного контролера. Сервісні дані можуть використовуватись під час запису/читання параметрів пристрою.

Деякі виробники мікроконтролерів приєдналися до консорціуму IO-Link, який нещодавно став Технічним Комітетом (TC6) у складі міжнародної спільноти PI (PROFIBUS & PROFINET International). По суті, IO-Link встановлює стандартизований метод для контролерів (включаючи мікроконтролери та програмовані логічні контролери) для ідентифікації, контролю та обміну даними з датчиками та виконавчими механізмами, які використовують цей протокол. Список виробників IO-Link-сумісних пристроїв постійно зростає, як і всебічна апаратно-програмна підтримка виробників мікроконтролерів.

Частина цієї підтримки виходить від компаній, що спеціалізуються на цій галузі, наприклад, Mesco Engineering - німецька компанія, яка співпрацює з низкою виробників напівпровідникових приладів з метою розробки рішень IO-Link. У списку її партнерів досить великі та відомі компанії: Infineon, Atmel та Texas Instruments. Infineon, наприклад, портувала програмний стек від Mesco на свої 8-розрядні мікроконтролери серії XC800, а також підтримує розробку провідного пристрою IO-Link на базі своїх 16-розрядних мікроконтролерів.

Стек, розроблений Mesco, також був портований на 16-розрядні мікроконтролери Texas Instruments серії MSP430, зокрема для MSP430F2274.

Виробники також приділяють увагу розробці дискретних приймачів інтерфейсу IO-Link. Наприклад, компанія Maxim випускає мікросхему MAX14821, яка реалізує інтерфейс фізичного рівня мікроконтролера, що підтримує канальний рівень протоколу (Малюнок 4). Два внутрішніх лінійних регулятори виробляють загальні для датчика та виконавчого механізму напруги живлення 3.3 і 5 В, підключення до мікроконтролера для конфігурування та моніторингу здійснюється за послідовним інтерфейсом SPI.

Цілком ймовірно, що завдяки простоті реалізації та впровадження інтерфейсу IO-Link, все більше виробників інтегруватимуть цей фізичний рівень з іншою спеціалізованою периферією, що присутня у мікроконтролерах, з метою застосування у промислових системах автоматизації. Компанія Renesas вже представила асортимент спеціалізованих контролерів IO-Link Master/Slave на основі своїх 16-розрядних мікроконтролерів сімейства 78К.

Системи промислової автоматизації завжди залежали від поєднання вимірювань та управління. Протягом останніх кількох років помітне зростання рівня промислових мережевих комунікацій та протоколів, однак, інтерфейс між цифровою та аналоговою частиною системи залишився відносно незмінним. З введенням інтерфейсу IO-Link датчики і виконавчі механізми, що розробляються в даний час, здатні все ж таки взаємодіяти з мікроконтролером у більш витонченій формі. Комунікаційний протокол зв'язку типу «точка-точка» забезпечує як простіший спосіб обміну даними керувати елементами системи, а й розширення можливостей бюджетних мікроконтролерів.