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【独家对话】工业树莓派开发应用十问十答

作者:石林才2020.03.11阅读 4725

  随着性能和可靠性的不断提升,树莓派(一种微型电脑)在工业控制领域应用越来越广泛,也有越来越多的控制工程师选择了树莓派作为工业控制器。那么,工业树莓派开发应用过程中需要了解哪些必备知识?目前主要应用在哪些领域?真能替代PLC吗?

图片来源:虹科电子

  今天,我们来对话一位工业树莓派开发资深人士黄华潘,奉上一份独家秘籍《工业树莓派开发应用十问十答》。
  黄华潘
  广州虹科电子科技有限公司首席技术工程师
  4年现场总线测试和诊断经验控制工程网版权所有,1年海外水泥厂生产线开发、测试和维护项目经验。近两年来研究基于树莓派的物联网和大数据采集应用CONTROL ENGINEERING China版权所有,完美地将自己多年现场设备OT经验与物联网应用IT经验结合,为实现智能制造、万物互联贡献了自己一份力量。
  Q1  工业树莓派与网上买的消费类树莓派有什么区别?
  A
  以我们虹科携手德国KUNBUS厂商推出Revpi系列产品为例,他们之间的区别主要有以下几点:
  ① 工业树莓派最大特点是经过了工业封装的,宽温,使用温度在-40至+55℃,IP20的防护等级控制工程网版权所有,以及经过了工业标准测试(EN61131-2和IEC 61000-6-2),如EMI,浪涌和突发事件等等的测试,还有ESD的极性保护,达到4KV/8KV。其本身也是工业使用的外壳保护。
  ② 模块化,可扩展性,符合工业要求。聚碳酸酯材料外壳,DIN导轨安装,可通过我们简单的连接件连接扩展IO和网关等一系列模块,在工业场合使用起来非常方便。
  ③ 工业树莓派安装了基于LINUX的Rasbian系统并安装了实时补丁,它是一个实时的系统,内部也做了一些软件集成,有单独的配置软件Pictory。
  ④ 工业树莓派使用工业常用的24V左右电源,电源更为稳定,加装负载保护等等。
  Q2  工业树莓派的硬件性能、配置有哪些?
  A
  我们这边的树莓派跟我们消费类树莓派的核心配置是一致的,计算模块的核心是完全一致的,都是博通的CPU,树莓派1代是BCM2835的CPU芯片,单核,700Mhz,500M的内存以及1G的闪存,而树莓派3代是BCM2837的CPU芯片,4核,1.2Ghz,1G的内存以及4G的闪存。树莓派3+的版本是BCM2837的CPU芯片,与3代其他配置保持一致,只是在闪存上有8,16,32G多种版本可以选择。
  Q3  工业树莓派在散热方面表现如何?
  A
  工业树莓派的使用温度为-40~55℃,相较于消费类树莓派做了宽温的设计,在65℃时,工业树莓派也可以运行,但是不能全速运行,会降频,可能会降频到0.4GHz。另外工业树莓派本身外壳设计考虑了散热这一块,塑料外壳顶部和底部的通风孔,水平安装可以确保空气可以向上流过RevPi模块并冷却电子设备(烟囱效应)。另外我们也可以采用在控制柜安装风扇或者水冷的措施等等。或者有更高的散热要求,供应商也可以提供OEM的定制化设计。
  Q4  工业树莓派的目前主要可以应用在哪些领域?
  A
  工业树莓派以其开源的特性广泛应用在工业上的各个领域www.cechina.cn,目前工业树莓派应用较多的领域有数据采集上传,小型控制,结合软件用作软PLC,工业物联网的网关,亦可做一些边缘计算的应用等,在工业领域有无限可能,我们也正在丰富和拓展更多的应用。
  Q5  工业树莓派能否做PLC呢?如何实现?
  A
  工业树莓派是结合第三方软件来用作PLC的,比如Codesys,LogiCAD等软件,实质上是一种软PLC的功能,在我们的工业树莓派中安装第三方软件的Runtime,在软件上进行配置,使其能够运行软PLC的能力可以用作EtherCAT,Ethernet/IP,CANopen等协议的主站。
  Q6  树莓派如何采集工业现场数据
  A
  这主要从以下几个方面:一是工业树莓派本身可以扩展一些IO模块,直接直接采集一些数字量模拟量的数据;二是工业树莓派本身具有Modbus的功能,可以充当Modbus RTU和TCP的主从站功能,可以采集Modbus数据;三是工业树莓派可扩展其系列网关模块,包含了主流的一些现场总线和工业以太网,如Profibus,CANopen,Profinet控制工程网版权所有,Ethernet/IP,EtherCAT等等,可以通过网关采集工业现场各种控制层网络的数据。
  Q7  我们注意到CM4(消费类树莓派4)已经出来,工业树莓派4代什么时候可以出来?
  A
  消费类树莓派4确实已于2019年年中已经出来了,目前KUNBUS还没有工业级别的CM4出来,待进一步成熟之后,KUNBUS也会也研发4代的工业树莓派版本。4代的版本的内存最高可达4G,主频达到1.5Ghz,有千兆的以太网口。
  Q8  工业树莓派怎么与扩展模块进行连接?
  A
  工业树莓派的核心模块通过PiBridge或ConBridge与我们的扩展模块进行连接,PiBridge和ConBridge走的是内部通讯。模块采用DIN导轨,PiBridge或ConBridge都为插件,连接非常方便。
  Q9  工业树莓派在中国的应用如何?工业树莓派在工业互联网上的应用?
  A
  目前来自中国虹科公司与德国KUNBUS公司共同推进我们工业树莓派产品在中国的发展。已经有大量的工业树莓派产品应用在中国的工厂和企业,包括博世等大厂。工业树莓派目前结合OPC UA,MQTT等标准和协议应用到工业互联网领域,通过采集工业现场的数据,放到工业树莓派里面进行计算处理或者上传到MES,ERP或者云端进行云计算处理。
  Q10  能否举一个简单的实例来描述一下工业树莓派的实际应用?
  A
  举一个在能源领域的应用吧,在欧洲有一家能源信息管理的公司,结合KUNBUS工业树莓派计算和IT解决方案合作开发,用于分散式发电厂产生的能源的自动对等(P2P)交易。私人和商业电力生产商(例如,通过在屋顶使用太阳能发电厂)可以在彼此之间进行分散交易和直接交易,而无需任何中间商。这种新型基础设施的目标之一是,消费者可以较低的电价购买电力,也可售卖电力给电网上,减少对大型电力公司的依赖。为了使系统正常工作,各个发电厂和用户当然必须能够不断地相互交换数据。客户选择了RevPi Core硬件,并将其用作将每个参与者集成到分散式网络中的智能网关,也就是每个用户都会配备一个工业树莓派硬件进行计算采集,实现对电网和各家庭的能源管理。

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