工业自动化中的 Raspberry Pi：简化经济实惠的边缘计算

工业自动化系统是由电子元件组成的复杂集成体系，旨在控制和监测工业流程。

该系统能够提升制造业及其他工业操作的效率、可靠性及安全性。在电子与信息技术发展的推动下，工业自动化 (IA) 领域取得了显著进展。本文旨在探讨当前工业自动化领域的发展趋势，并重点分析其对电子行业的影响。

工业自动化的要求

工业自动化系统（见下图）的关键组成部分包括传感器、控制器、执行器、人机界面 (HMI)、通信网络、电源、驱动器和安全系统。传感器负责检测环境变化并将其转换为电信号。可编程逻辑控制器 (PLC) 和工业个人计算机 (IPC) 等控制器负责处理来自传感器的输入信号，并通过执行控制算法来管理执行器的操作。执行器（如电机、电磁阀和气动执行器）负责将电信号转化为实际的物理动作。人机界面 (HMI) 则使操作员能够与自动化系统进行交互，监控流程并输入指令。通信网络让自动化系统的不同部分能够使用以太网/IP、Modbus 和 Profibus 等协议实现互联互通。交流/直流 (AC/DC) 转换器和不间断电源 (UPS) 等电源设备，对于电子元件的运行至关重要。驱动器通过变频器 (VFD) 来调节电机的速度和扭矩，从而控制电机的性能。安全系统，如紧急停止按钮、安全继电器和光幕，能够有效保障操作人员和设备的安全。

工业自动化系统图（来源）

Raspberry Pi 在工业自动化中的应用

Raspberry Pi 是一款多功能数据采集系统。该系统运用传感器构建联网仪表板，实时且直观地向操作员和工程师展示系统性能。Raspberry Pi 的广泛用途：

• 用作工业控制单元：Raspberry Pi 有潜力取代昂贵的专用可编程逻辑控制器 (PLC)。它可以通过编程实现类似可编程逻辑控制器 (PLC) 的功能，适合较小规模的应用，并为工业控制逻辑开发提供相关工具。

• 预测性维护与成本降低：Raspberry Pi 可通过编程与加速度计交互，监控旋转机械的振动情况，从而使维护人员能够实时检测潜在问题。此外，由于人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 模型在本地运行，因此可以降低延迟和带宽需求。

• 边缘计算：Raspberry Pi 可以处理本地数据，无需中央服务器或云端即可做出实时决策。这对于机器控制或质量保证系统非常有用。它还能够运行人工智能模型，执行图像识别、异常检测和预测分析等任务，因此在自动化检测系统、自主机器人和实时监控中具有重要价值。