在工業(yè)自動(dòng)化的世界中，PLC設(shè)備和控制器是不可或缺的組成部分。它們的穩(wěn)定性和效率是生產(chǎn)線無故障運(yùn)行的保證。而現(xiàn)在，隨著5G技術(shù)的引入，我們即將迎來自動(dòng)化領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。
本文將介紹如何利用5G技術(shù)來實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化，并通過一個(gè)演示項(xiàng)目來展示其應(yīng)用的可行性和優(yōu)勢(shì)。
背景介紹：理解PLC設(shè)備在自動(dòng)化中的角色
在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，PLC系統(tǒng)扮演著關(guān)鍵角色，各主要PLC制造商提供的專用軟件、編程語言及協(xié)議確保了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。然而，這種封閉性可能導(dǎo)致與其他廠商設(shè)備集成時(shí)復(fù)雜度提升，需借助額外工具和軟件進(jìn)行適配。
每當(dāng)新的軟件升級(jí)需要應(yīng)用時(shí)，就必須物理更換帶有最新編譯代碼的SD卡。對(duì)于擁有多個(gè)PLC安裝的工業(yè)場(chǎng)所來說，這不僅需要停機(jī)，還需要投入大量人力進(jìn)行檢查和代碼替換。
現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化可以實(shí)現(xiàn)基于SCADA系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和可視化，這些系統(tǒng)通常安裝在下圖的第2級(jí)（廠區(qū)監(jiān)管）中，這是一個(gè)通用模型，顯示使用計(jì)算機(jī)控制的功能制造級(jí)別。
基于PLC安裝的SCADA系統(tǒng)在硬件單元和依賴模塊方面非常復(fù)雜。由于系統(tǒng)復(fù)雜，需要熟練的操作員、分析員和程序員來維護(hù)SCADA系統(tǒng)。
實(shí)戰(zhàn)教程：利用開源工具簡(jiǎn)化PLC工作流邏輯設(shè)計(jì)
Node-RED是一種編程工具，用于以新穎有趣的方式將硬件設(shè)備、API和在線服務(wù)連接在一起，為我們提供了更多的擴(kuò)展性和靈活性，即使是不太熟悉PLC編程的操作員也能輕松設(shè)計(jì)工作流邏輯，并與第三方系統(tǒng)交互。
每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以分配給一個(gè)傳感器或執(zhí)行器
它可以使用調(diào)色板中的各種節(jié)點(diǎn)輕松地將流連接在一起，只需單擊一下即可將這些節(jié)點(diǎn)部署其運(yùn)行。
可以使用自定義儀表板顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)
該工具可以安裝在邊緣計(jì)算機(jī)/服務(wù)器中，負(fù)責(zé)多個(gè)部署，其中自動(dòng)化邏輯可以輕松快速地遠(yuǎn)程部署，這需要將軟件直接更新到設(shè)備本身。
搭建vPLC高級(jí)架構(gòu)示意圖
在融合5G技術(shù)的PLC系統(tǒng)架構(gòu)中，可以讓多個(gè)組件融合，它們使用開源技術(shù)和工業(yè)協(xié)議（如OPC-UA、Modbus、Profinet等）相互交互。
l 邊緣服務(wù)器：在此組件中，我們運(yùn)行負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、工作流程編排、第三方系統(tǒng)和云服務(wù)器集成的服務(wù)。在我們的概念驗(yàn)證中，我們將此服務(wù)器連接到5G網(wǎng)絡(luò)，以便我們可以通過無線連接與設(shè)備進(jìn)行通信。
l Edge網(wǎng)關(guān)/硬件：該組件也連接到5G網(wǎng)絡(luò)，在本教程中，使用RaspberryPi板作為Edge服務(wù)器和設(shè)備之間的橋接設(shè)備。在此組件中，我們運(yùn)行一個(gè)基本服務(wù)，用于從RaspberryPiGPIO讀取/寫入數(shù)據(jù)，以通過MQTT協(xié)議向邊緣服務(wù)器發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
l 計(jì)算機(jī)視覺模塊：該組件是一個(gè)連接到邊緣硬件的攝像頭，用于啟用對(duì)象識(shí)別任務(wù)，這些任務(wù)將發(fā)布到邊緣服務(wù)器并由工作流編排服務(wù)使用。
經(jīng)過測(cè)試，我們?cè)趦?nèi)部5G網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)了平均15毫秒的網(wǎng)絡(luò)延遲，這對(duì)于演示應(yīng)用程序來說是可以接受的。如果需要更低的延遲，此設(shè)置還支持通過以太網(wǎng)千兆位接口的連接。
結(jié)合5G技術(shù)和開源軟件，不僅能夠提高工業(yè)自動(dòng)化的效率，還能降低PLC系統(tǒng)維護(hù)成本，加快創(chuàng)新步伐。未來，我們期待看到更多基于5G的創(chuàng)新應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域中的發(fā)展和應(yīng)用。
