Sistem otomasi pabrik untuk Industri 4.0 biasanya terdiri dari tiga tingkatan peralatan untuk memungkinkan komunikasi dan kontrol-waktu nyata:
Di tingkat lapangan, modul I/O, aktuator, dan drive mengelola operasi fisik di dalam pabrik;
Pada tingkat kendali, pengontrol logika terprogram (PLC) atau sistem kendali numerik komputer (CNC) bertanggung jawab untuk mengumpulkan informasi dari tingkat lapangan dan mengeluarkan perintah ke lapangan.
Di tingkat operator, perangkat antarmuka manusia-mesin (HMI) berkomunikasi dengan operator, yang dapat mengeluarkan perintah secara bersamaan.
Setiap level memerlukan solusi perangkat keras dan perangkat lunak yang dioptimalkan untuk mengatasi tantangan desain uniknya. Diantara tantangan-tantangan tersebut, tantangan-tantangan pada tingkat pengendalian sangat sulit untuk diselesaikan.
Karena jumlah node yang didukung oleh satu pengontrol terus meningkat, perancang perangkat-tingkat kontrol menghadapi tantangan khusus di luar masalah desain otomasi industri yang umum, seperti konsumsi energi, masa pakai pasokan daya yang lebih lama, dan persyaratan keandalan. Mendukung lebih banyak node berarti lebih sedikit pengontrol yang diperlukan di seluruh solusi pabrik, sehingga menciptakan solusi otomatisasi yang lebih-efektif biaya. Sebagai alternatif, node tambahan ini dapat ditempatkan di seluruh pabrik untuk mencapai tingkat otomatisasi yang lebih tinggi. Namun, seiring bertambahnya jumlah node yang didukung, kinerja prosesor harus disesuaikan dengan tetap menjaga konsumsi daya yang cukup rendah untuk menghindari peningkatan ukuran paket. Selain itu, sebagian besar PLC dirancang tanpa kipas, sehingga disipasi daya menjadi pertimbangan desain yang penting.
Karena PLC dan CNC mengontrol banyak node atau fungsi dalam satu pabrik secara bersamaan, sifat-waktu nyata dari pengoperasian keduanya sangatlah penting. Agar solusi dapat mencapai pengaturan waktu yang tepat, ada dua komponen yang penting:-sistem operasi waktu nyata (RTOS) dan periferal-yang fleksibel dan sadar waktu untuk komunikasi industri. RTOS digunakan di perangkat ini untuk mengelola-pengambilan keputusan dan mengontrol latensi, memastikan kepatuhan terhadap persyaratan waktu yang penting. RTOS komersial telah diadopsi secara luas dalam pengendalian industri selama bertahun-tahun, sementara minat terhadap solusi RT Linux® terus tumbuh. Solusi ini memberikan kemampuan-sensitivitas waktu dan-pengambilan keputusan yang diperlukan untuk aplikasi otomasi industri sekaligus memanfaatkan manfaat penuh dari komunitas sumber{10}terbuka Linux yang besar.
Untuk bagian periferal komunikasi dari solusi{0}}waktu nyata, persyaratan utamanya adalah mendukung protokol fieldbus industri melalui metode yang mencapai latensi rendah dan waktu siklus protokol yang singkat, bahkan ketika jumlah node bertambah. Hal ini menjadi tantangan yang lebih kompleks ketika beberapa standar fieldbus harus didukung dalam satu desain. Dukungan multi-protokol sangat penting untuk memastikan produk akhir kompatibel dengan berbagai standar-seperti EtherCAT, PROFINET, dan Ethernet/IP-yang mungkin sudah diterapkan di pabrik. Mencapai dukungan multi-protokol melalui perangkat keras (ASIC) adalah hal yang rumit, karena setiap protokol mungkin memerlukan ASIC khusus, sehingga memerlukan desain papan yang berbeda untuk setiap fieldbus yang didukung. Pendekatan yang dapat diprogram menyederhanakan tantangan ini. Dalam pendekatan ini, perubahan protokol fieldbus dapat diimplementasikan melalui pembaruan perangkat lunak atau firmware saja.
Untuk memfasilitasi solusi komunikasi{0}waktu nyata ini secara efisien, pengontrol memerlukan antarmuka periferal yang luas. Hal ini karena mereka harus berkomunikasi melalui beberapa lapisan: dengan jaringan fieldbus di dalam pabrik, backplane yang menghubungkan I/O, aktuator, drive, atau pengontrol lainnya, dan server yang melakukan diagnostik pabrik melalui protokol akuisisi data seperti OPC UA. Semua ini memerlukan sejumlah besar antarmuka periferal, khususnya antarmuka Ethernet. Selain itu, diperlukan solusi komunikasi yang fleksibel dan dapat diprogram.
Industrial Development Kit (IDK) TMDXIDK5728 untuk prosesor Sitara™ AM572x kini tersedia untuk mengevaluasi solusi otomatisasi pabrik tingkat kontrol. Prosesor AM572x dual-core ARM® Cortex®-A15 sangat cocok untuk aplikasi industri karena dukungannya terhadap rentang suhu industri, masa pakai yang lebih lama hingga 100.000 jam, dukungan perangkat lunak-waktu nyata, dan periferal yang luas-termasuk PRU-ICSS (Prosesor Nyata-Unit Waktu-Komunikasi Industri) ganda Subsistem) untuk komunikasi industri yang dapat diprogram. TMDXIDK5728 menyediakan empat port Ethernet, dengan dua port berpotensi bersumber dari sakelar gigabit dan dua lainnya berpotensi bersumber dari PRU-ICSS (konfigurasi default), atau keempat port bersumber dari PRU-ICSS. TMDXIDK5728 memungkinkan evaluasi solusi terbaru TI untuk protokol fieldbus industri berdasarkan AM57x, yang disampaikan melalui PRU-ICSS-INDUSTRI-SW dalam Prosesor-SDK-RTOS. Selain itu, TMDXIDK5728 dapat menjalankan paket perangkat lunak Prosesor-SDK-Linux-RT, yang menyediakan patch RT Preempt yang dioptimalkan untuk kernel Linux arus utama TI guna memungkinkan pengembangan aplikasi otomasi industri-waktu nyata.