産業オートメーションシステム向けの仮想化リアルタイム制御アーキテクチャ

congatecとCODESYS Groupは、異なる重要度を持つワークロード向けに設計された、高度に統合された仮想化リアルタイム制御プラットフォームを構築するために協業した。このハードウェアに依存しないアーキテクチャにより、単一の物理システム上で汎用オペレーティングシステムとリアルタイム制御タスクの同時実行が可能になり、産業オートメーション、ロボット工学、およびプラント製造におけるアプリケーションを対象としている。

産業オートメーションにおける運用上の課題
産業オートメーションシステムでは、時間制約の厳しい制御アルゴリズムと、ネットワーク通信やデータ処理などの汎用計算タスクの同時実行がますます求められている。歴史的に、これらの異なる重要度を持つワークロードは、標準的なオペレーティングシステムのプロセスが決定論的な制御機能を中断するのを防ぐために、別々の物理ハードウェアを必要としていた。従来のセットアップにおけるハードウェアの冗長性とスペースの制約に対処するため、組込みエッジコンピューティングハードウェアのプロバイダーであるcongatecと、制御ソフトウェアの開発企業であるCODESYS Groupは、それぞれのエンジニアリングの専門知識を結集した。この統合により、ハイパーバイザ仮想化とソフトウェアベースのプログラマブルロジックコントローラ（PLC）が融合し、システムの分離を損なうことなくワークロードの統合が可能になる。

技術アーキテクチャとシステムの役割分担
統合プラットフォームは、congatecの仮想化技術であるaReady.VTと、CODESYS Controlランタイムシステムという2つの主要な技術コンポーネントに依存している。congatecは、組込みコンピューティングハードウェアを厳密に分離された実行ゾーンに分割するソフトウェア層であるconga-zonesハイパーバイザを提供する。CODESYS Groupは、プログラマブルロジックコントローラ向けのIEC 61131-3規格に準拠して機能するソフトウェアベースのPLC環境を提供する。

汎用オペレーティングシステムを1つのゾーンに割り当て、CODESYS PLCを別の専用ゾーンに割り当てることで、このアーキテクチャは、重要でないプロセスが、決定論的なリアルタイム制御タスクに割り当てられた中央処理装置（CPU）のリソースを消費したりブロックしたりできないようにする。

実装と対象アプリケーション
この仮想化制御プラットフォームは、機械およびプラント製造分野への展開向けに設計されている。個別のハードウェアコントローラから、標準的な組込みコンピューティングプラットフォーム上で稼働するソフトウェアベースのPLCに移行することで、産業オペレーターは物理的なハードウェアの設置面積を削減し、システムアーキテクチャを簡素化し、消費電力を低減できる。ハイパーバイザによって提供されるハードウェアレベルの分離により、高速ロボット工学や自動生産ラインに必要なプロセスの安定性と決定論的なパフォーマンスが維持される。この仮想化制御アーキテクチャの実現可能性と基本概念は、2024年4月9日から11日にかけてドイツのニュルンベルクで開催された展示会であるエンベデッド・ワールドで実証された。

仮想化制御に関するエンジニアリングの展望
congatecのCOO兼CTOであるKonrad Garhammerは、「CODESYSとの提携により、congatecのconga-zonesハイパーバイザとCODESYS PLCが統合され、厳密なリアルタイム性能と分離を確保しながら、標準ハードウェア上で稼働する、導入が容易で費用対効果の高いソリューションを顧客に提供できる」と述べた。

産業エンジニアリングにおける広範なアーキテクチャの移行について、CODESYS GroupのCTOであるHilmar Panzerは、「制御技術の仮想化は、組込み制御プラットフォームのコスト、拡張性、およびセキュリティを最適化するための重要なトレンドである」と言及した。

Aishwarya Mambet（Induportals編集者）、AIの支援により編集。

www.congatec.com