工業自動化中的 Raspberry Pi：簡化經濟實惠的邊緣計算
http://www.199rrr.com 2025-02-26 11:07 來源：e絡盟技術團隊
工業自動化系統是由電子元件組成的復雜集成體系，旨在控制和監測工業流程。
該系統能夠提升制造業及其他工業操作的效率、可靠性及安全性。在電子與信息技術發展的推動下，工業自動化 (IA) 領域取得了顯著進展。本文旨在探討當前工業自動化領域的發展趨勢，并重點分析其對電子行業的影響。
工業自動化的要求
工業自動化系統（見下圖）的關鍵組成部分包括傳感器、控制器、執行器、人機界面 (HMI)、通信網絡、電源、驅動器和安全系統。傳感器負責檢測環境變化并將其轉換為電信號。可編程邏輯控制器 (PLC) 和工業個人計算機 (IPC) 等控制器負責處理來自傳感器的輸入信號，并通過執行控制算法來管理執行器的操作。執行器（如電機、電磁閥和氣動執行器）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進行交互，監控流程并輸入指令。通信網絡讓自動化系統的不同部分能夠使用以太網/IP、Modbus 和 Profibus 等協議實現互聯互通。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) 來調節電機的速度和扭矩，從而控制電機的性能。安全系統，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。
工業自動化系統圖（來源）
Raspberry Pi 在工業自動化中的應用
Raspberry Pi 是一款多功能數據采集系統。該系統運用傳感器構建聯網儀表板，實時且直觀地向操作員和工程師展示系統性能。Raspberry Pi 的廣泛用途：
用作工業控制單元：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類似可編程邏輯控制器 (PLC) 的功能，適合較小規模的應用，并為工業控制邏輯開發提供相關工具。
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 可以處理本地數據，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非常有用。它還能夠運行人工智能模型，執行圖像識別、異常檢測和預測分析等任務，因此在自動化檢測系統、自主機器人和實時監控中具有重要價值。
物聯網網關：Raspberry Pi 可以將各種工業設備、傳感器和機器連接到互聯網，從而增強系統可擴展性。這使工程師可以監控多個位置的操作。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境中進行現場操作的需求。
用作 HMI 系統：Raspberry Pi 提供硬件和聯網選項，是一種經濟高效的人機界面 (HMI) 系統解決方案。操作員可以通過其觸摸屏界面控制流程、監視系統狀態，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，可以設置經濟高效的閉路電視系統，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。
Raspberry Pi 工業自動化解決方案——計算模塊
Raspberry Pi 計算模塊是一種緊湊型、多功能系統級模塊，基于廣受歡迎的 Raspberry Pi 型號而設計，應用于數字標牌、瘦客戶端和流程自動化等工業和商業領域。與 Raspberry Pi 旗艦型號相比，它們的設計更加精簡且節省空間，因而適用于廣泛的工業和商業場景。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，在各種定制系統和外形規格中應用 Raspberry Pi 的硬件和軟件堆棧。
Raspberry Pi 計算模塊在工業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 工業計算機是基于 Raspberry Pi 的開放式、模塊化且經濟高效的工業 PC，符合所有關鍵工業標準。EDA Technology 的 CM4 Industrial 是一款基于 CM4 的嵌入式工業計算機，可根據應用情況配置不同的內存和存儲容量，并提供多種工業通信接口和功能。EpiSensor 利用 CM4 創建了物聯網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 的多功能工業服務器，適用于對可靠性和服務持續性要求苛刻的專業和工業應用領域。
總之，Raspberry Pi 在工業自動化領域的應用不僅簡化了系統架構、降低了成本，還提高了系統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 將在工業自動化中發揮更加重要的作用。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自動化產品設計。
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