倍福嵌入式控制器性能上的飞跃:安装在 DIN 导轨上的 12 核处理器

借助 Intel® Xeon® 处理器实现服务器级处理能力

文章来源:倍福 发布时间:2018-07-26
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倍福最新推出了新一代高性能工业 PC 设备,这些设备是 CX 系列嵌入式控制器的延伸与扩展,同样也适合安装在 DIN 导轨上,而且可以直接插接 I/O 组件。

倍福最新推出了新一代高性能工业 PC 设备,这些设备是 CX 系列嵌入式控制器的延伸与扩展,同样也适合安装在 DIN 导轨上,而且可以直接插接 I/O 组件。

下面的概览表中所示的是这次产品扩展包含的三个新控制器型号:

如上表所示,这三个型号的控制器的区别在于使用的 CPU 不同:它们都采用 Intel® Xeon® D 处理器,可选配 4/8/12 个处理器核,属于第五代Intel® CoreTM 微架构,采用 14 nm 处理技术。

英特尔将其 Xeon® D 型 CPU 归类为“中级服务器”CPU。这解释了它们如何在客户端 CPU 和真正的 Xeon® 服务器 CPU 之间建立链接 — 与Xeon® D CPU 不同 — 它们可以用于使用 NUMA(非统一内存访问)架构设置多个 CPU 系统。

相比之下,Xeon® D 处理器独立运行,具有系统更简单的优势,因为它们已经包含了通常需要的另一块芯片 — 平台控制器中枢(PCH),也就是片上系统(SoC)。

最终的结果是,使用这些芯片能够设计超紧凑的工业主板,从而节省最终用户的控制柜空间。例如,倍福为 CX20x2 系列开发的主板尺寸仅为 8.5 cm × 20.5 cm。

尽管其体积小,但该嵌入式控制器系列包含两个独立的 1 Gbit 以太网 MAC/PHY(而不是内置 10 Gbit 以太网口,这在自动化中仍然是罕见的),它们兼容甚至使用与 CX2000 嵌入式控制器中的以太网控制器相同的芯片。

新型号嵌入式控制器创造了新的性能记录

传统的 CoreTM i7 处理器的每个 CPU 只能有 4 个处理器核,达到了其性能极限,而所有 Intel® Xeon® D 处理器最多都可以提供 16 个处理器核。由于 16 核型号目前还不能用作热稳定的 eTemp SKU,因此它未包含在最新扩展的 CX 系列中。这是因为这些新设备需要在 -25°C 至 + 60°C 的环境温度下工作。

即使是在执行要求极为严苛的自动化任务时,新设备系列中使用的 4、8 和 12 个处理器核也具有足够的计算能力和并行处理能力。TwinCAT 3 自动化软件能够将各个控制程序任务分配给各个处理器核,因此可以为多个处理器核详细地计划 CPU 负载。如果与 EtherCAT 高性能现场总线同时使用,就可以在单个处理器核上实现 100 μs 的任务周期时间。

另一个能够提高性能的重要功能特点是它采用独立显卡:由于 Intel®Xeon® CPU 内不包含显卡,CX20x0 设备内集成了一个独立的 2 GB RAM显卡。将 CPU RAM 与 GPU RAM 分离防止两个计算单元相互冲突。由于 CPU 和 GPU 靠得如此近,会产生大功率密度,因此整合了一台风扇来散热。可以使用 TwinCAT PLC 调节并持续监测风扇速度。因此,可以在早期就检测到是否有任何异常行为,需要时可以定期更换风扇。这种服务对于用户来说是非常容易实现的,因为风扇可以简单地就插入进去,无需使用电缆。

系统工具箱中的连续性

这三个新的控制器型号可以无缝集成到 CX2000 嵌入式控制器系列中。与以前体积最大的 CX2040 控制器相比,新型号的外壳要长 6 厘米,外形尺寸为 205 毫米 x 100 毫米 x 91 毫米,尽管如此,相对于它所提供的高处理能力来说,它的体积仍然是很小的。不管它们所采用的是哪种 Xeon® D 处理器,所有已经发布的型号都采用相同的外壳。

CX2000 系列的所有基本接口在新型号中都可用:2 x GBit Ethernet 接口,4 x USB 3.0、DVI-I 接口(包括 VGA)以及可灵活配置的多选项接口。使用最后一个接口可以在出厂时对设备进行扩展。在每种情况下,都可以通过添加一个接口实现扩展,例如添加一个 EtherCAT 从站、RS232、RS485、各个用作主站或从站的旧现场总线,或者添加第二个 DVI-D,或者 Display port 输出口。

所有现有的 CX2000 插拔式模块 — 包括那些从左侧和右侧插接的模块 — 也可以在新设备上使用。这样用户可以选择在左边安装各种可插拔的 Ethernet、USB 3.0、RS232、RS485、PoE、PROFIBUS 主站/从站和 CAN 主站/从站接口,选择在右边安装 CFast、硬盘和 USB 口远距离传输模块。

新设备与现有的 CX2000 系列使用的是相同的标准电源,即 CX2100-0014 和 CX2100-0914,后者提供了使用电化学电池来产生不间断电源(UPS)的方法。这样可以维持 15 至 25 分钟的电量,足以在发生电源故障时有序关闭整个系统,乃至完全断电。

另一个为人们所熟知的功能特点是它能够自动识别所连接的 I/O 端子模块,这些模块可以连接电源模块。无论这些 I/O 端子模块是 E-bus型(EtherCAT 端子模块)还是 K-bus 型(总线端子模块),每个组件都会被自动检测并快速形成应用所需的 I/O 系统。

倍福新型号的嵌入式控制器一如既往保证有效的生命周期:包括 10年的供货周期和供货周期后的10年售后服务周期。多年的行业经验证实,这个生命周期的设定完全适应并且远超过实际 PC 技术的更新周期。

这一新高端系列的嵌入式控制器适用于现有 CX2000 插拔式模块的所有系列
这一新高端系列的嵌入式控制器适用于现有 CX2000 插拔式模块的所有系列

TwinCAT 3 基于 Windows 10 操作系统

Microsoft Windows 10 IoT Enterprise 被用作长期服务分支(LTSB)中的操作系统。这个名称指的是完整版的 Windows 10 Enterprise 系统,它是一个能够通过安装更新来实现更多控制的系统:一方面,不会自动安装更新,另一方面,这些系统仅接收错误更正和严重等级的安全补丁。与 CB 版本(CB=当前分支)不同,LTSB 不包括任何功能扩展或更新版本的补充。这是为了确保操作系统保留其功能可用性。

这样也完全无需扩展 Windows 10 中的组件 — 这个版本的操作系统非常庞大,它的优势在于,用户不再需要询问操作系统中包含的软件是否需要使用专门的组件。CX2042、CX2062 和 CX2072 设备仅有采用这一操作系统的 64 位版本的型号可供货。新开发的项目肯定会基于TwinCAT 并采用 64 位操作系统,以方便分配多核任务并能够配备 4 GB以上的 RAM,而这两点是 32 位系统无法实现的。

DIN 导轨安装式“服务器处理能力”

配备全新 Intel® Xeon® 处理器的 CX 系列设备是高性能工业控制系统,具有模块化设计、灵活、坚固耐用、多样化和供货周期长的特点。它们采用 12 核处理器,再加上采用独立显卡,使得这些适合 DIN 导轨安装的设备具有前所未有的处理能力。

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