工業(yè)自動化中的 Raspberry Pi：簡化經(jīng)濟實惠的邊緣計算

工業(yè)自動化系統(tǒng)是由電子元件組成的復雜集成體系，旨在控制和監(jiān)測工業(yè)流程。

該系統(tǒng)能夠提升制造業(yè)及其他工業(yè)操作的效率、可靠性及安全性。在電子與信息技術發(fā)展的推動下，工業(yè)自動化 (IA) 領域取得了顯著進展。本文旨在探討當前工業(yè)自動化領域的發(fā)展趨勢，并重點分析其對電子行業(yè)的影響。

工業(yè)自動化的要求

工業(yè)自動化系統(tǒng)（見下圖）的關鍵組成部分包括傳感器、控制器、執(zhí)行器、人機界面 (HMI)、通信網(wǎng)絡、電源、驅動器和安全系統(tǒng)。傳感器負責檢測環(huán)境變化并將其轉換為電信號?？删幊踢壿嬁刂破?(PLC) 和工業(yè)個人計算機 (IPC) 等控制器負責處理來自傳感器的輸入信號，并通過執(zhí)行控制算法來管理執(zhí)行器的操作。執(zhí)行器（如電機、電磁閥和氣動執(zhí)行器）負責將電信號轉化為實際的物理動作。人機界面 (HMI) 則使操作員能夠與自動化系統(tǒng)進行交互，監(jiān)控流程并輸入指令。通信網(wǎng)絡讓自動化系統(tǒng)的不同部分能夠使用以太網(wǎng)/IP、Modbus 和 Profibus 等協(xié)議實現(xiàn)互聯(lián)互通。交流/直流 (AC/DC) 轉換器和不間斷電源 (UPS) 等電源設備，對于電子元件的運行至關重要。驅動器通過變頻器 (VFD) 來調節(jié)電機的速度和扭矩，從而控制電機的性能。安全系統(tǒng)，如緊急停止按鈕、安全繼電器和光幕，能夠有效保障操作人員和設備的安全。

工業(yè)自動化系統(tǒng)圖（來源）

Raspberry Pi 在工業(yè)自動化中的應用

Raspberry Pi 是一款多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)運用傳感器構建聯(lián)網(wǎng)儀表板，實時且直觀地向操作員和工程師展示系統(tǒng)性能。Raspberry Pi 的廣泛用途：

用作工業(yè)控制單元：Raspberry Pi 有潛力取代昂貴的專用可編程邏輯控制器 (PLC)。它可以通過編程實現(xiàn)類似可編程邏輯控制器 (PLC) 的功能，適合較小規(guī)模的應用，并為工業(yè)控制邏輯開發(fā)提供相關工具。

預測性維護與成本降低：Raspberry Pi 可通過編程與加速度計交互，監(jiān)控旋轉機械的振動情況，從而使維護人員能夠實時檢測潛在問題。此外，由于人工智能 (AI) 和機器學習 (ML) 模型在本地運行，因此可以降低延遲和帶寬需求。

邊緣計算：Raspberry Pi 可以處理本地數(shù)據(jù)，無需中央服務器或云端即可做出實時決策。這對于機器控制或質量保證系統(tǒng)非常有用。它還能夠運行人工智能模型，執(zhí)行圖像識別、異常檢測和預測分析等任務，因此在自動化檢測系統(tǒng)、自主機器人和實時監(jiān)控中具有重要價值。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關：Raspberry Pi 可以將各種工業(yè)設備、傳感器和機器連接到互聯(lián)網(wǎng)，從而增強系統(tǒng)可擴展性。這使工程師可以監(jiān)控多個位置的操作。Raspberry Pi 支持實施安全的遠程訪問解決方案，如 VPN 或 SSH 隧道，可以有效降低在危險或偏遠環(huán)境中進行現(xiàn)場操作的需求。

用作 HMI 系統(tǒng)：Raspberry Pi 提供硬件和聯(lián)網(wǎng)選項，是一種經(jīng)濟高效的人機界面 (HMI) 系統(tǒng)解決方案。操作員可以通過其觸摸屏界面控制流程、監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)，并從車間獲取報警信息。

Raspberry Pi 可以顯著提高能源效率、運營效率并降低成本。通過將 Raspberry Pi 連接到攝像頭，可以設置經(jīng)濟高效的閉路電視系統(tǒng)，同時還可以利用射頻識別 (RFID)、人臉識別或生物識別等技術實施訪問控制系統(tǒng)。

Raspberry Pi 工業(yè)自動化解決方案——計算模塊

Raspberry Pi 計算模塊是一種緊湊型、多功能系統(tǒng)級模塊，基于廣受歡迎的 Raspberry Pi 型號而設計，應用于數(shù)字標牌、瘦客戶端和流程自動化等工業(yè)和商業(yè)領域。與 Raspberry Pi 旗艦型號相比，它們的設計更加精簡且節(jié)省空間，因而適用于廣泛的工業(yè)和商業(yè)場景。這些模塊提供了多種配置選項，支持不同的內存和嵌入式多媒體卡 (eMMC) 閃存容量。其中，Raspberry Pi 計算模塊 4 (CM4) 和 4SODIMM (CM4S) 是兩種主要的系統(tǒng)級模塊，兩者都集成了高性能處理器、內存、eMMC 閃存和電源電路。設計師可以利用這些模塊，在各種定制系統(tǒng)和外形規(guī)格中應用 Raspberry Pi 的硬件和軟件堆棧。

Raspberry Pi 計算模塊在工業(yè)領域的實際用例解決方案

在實際應用中，Raspberry Pi 計算模塊已證明其廣泛的適用性。例如，Revolution Pi 工業(yè)計算機是基于 Raspberry Pi 的開放式、模塊化且經(jīng)濟高效的工業(yè) PC，符合所有關鍵工業(yè)標準。EDA Technology 的 CM4 Industrial 是一款基于 CM4 的嵌入式工業(yè)計算機，可根據(jù)應用情況配置不同的內存和存儲容量，并提供多種工業(yè)通信接口和功能。EpiSensor 利用 CM4 創(chuàng)建了物聯(lián)網(wǎng)能源服務基礎設施層，旨在通過需求響應計劃將多項資產整合到虛擬電廠 (VPP)中。此外，Sfera Labs 的 Strato Pi Max 是一款基于 CM4 的多功能工業(yè)服務器，適用于對可靠性和服務持續(xù)性要求苛刻的專業(yè)和工業(yè)應用領域。

總之，Raspberry Pi 在工業(yè)自動化領域的應用不僅簡化了系統(tǒng)架構、降低了成本，還提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。隨著技術的進步和應用范圍的擴展，Raspberry Pi 將在工業(yè)自動化中發(fā)揮更加重要的作用。用戶和工程師可以利用 e 絡盟的廣泛庫存選項，充分挖掘 Raspberry Pi 的潛力，無縫推進前沿的工業(yè)自動化產品設計。