近年來(lái)，中國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)體系已進(jìn)入高速增長(zhǎng)階段。制造業(yè)作為中國(guó)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐力量，在面臨生產(chǎn)成本不斷上漲、關(guān)鍵裝備和核心零部件“受制于人”等挑戰(zhàn)時(shí)，建設(shè)數(shù)字化工廠已成必然。

數(shù)字化工廠數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)的問(wèn)題

在數(shù)字工廠的建設(shè)過(guò)程中，往往需要通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集工廠中各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設(shè)備數(shù)據(jù)，然后匯聚于終端，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。然而，由于我國(guó)工業(yè)數(shù)據(jù)的發(fā)展還處于起步階段，工廠中還存在很多信息孤島，使得工廠物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集變得非常困難，其中主要存在以下幾個(gè)難題：

1. 協(xié)議多樣性

由于現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要以及后期的產(chǎn)線升級(jí)，客戶往往需要購(gòu)買(mǎi)支持Modbus、OPC UA等不同協(xié)議的傳感器設(shè)備來(lái)保證生產(chǎn)工作的正常運(yùn)行。設(shè)備協(xié)議的多樣性使得現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的聯(lián)系不夠緊密，進(jìn)而增加現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通的難度。

2. 老舊設(shè)備數(shù)據(jù)的采集

隨著工業(yè)4.0的快速推進(jìn)以及科技的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的新技術(shù)逐漸應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中。為了保證市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，企業(yè)必然引入一些新設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線的升級(jí)。那么由于新舊設(shè)備之間協(xié)議的不兼容，導(dǎo)致新舊設(shè)備無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，企業(yè)難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)籌管理。

3. OT和IT的融和

在OT領(lǐng)域，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備支持的協(xié)議大部分都是Modbus、OPC、Profibus、EtherCAT等工業(yè)協(xié)議。但是在IT領(lǐng)域，IOT平臺(tái)和云平臺(tái)等平臺(tái)支持的是HTTP、MQTT等協(xié)議，協(xié)議的不一致性使得企業(yè)難以實(shí)現(xiàn)OT和IT的融和。

案例介紹

3C制造車(chē)間數(shù)字化改造

3C制造車(chē)間生產(chǎn)步驟由加工、組裝、檢測(cè)、運(yùn)輸?shù)鹊取Ｃ總€(gè)環(huán)節(jié)都有各種功能的制造設(shè)備，車(chē)間系統(tǒng)通過(guò)傳感器監(jiān)測(cè)設(shè)備的電流、溫度、速度、壓力等信息，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)異常報(bào)警；實(shí)時(shí)采集并顯示產(chǎn)線狀態(tài)，帶有高速通信接口，實(shí)時(shí)采集信號(hào)數(shù)據(jù)上傳控制中心或接收指令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。車(chē)間主控可選擇高穩(wěn)定性的ARM控制器，替代PLC控制器實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、外圍設(shè)備控制等功能。

**ARM控制器可以作為一種替代方案來(lái)取代傳統(tǒng)的PLC（可編程邏輯控制器），并且具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：**

1、具有更強(qiáng)大的計(jì)算和處理能力，能夠執(zhí)行復(fù)雜的算法和數(shù)據(jù)處理任務(wù)，相比之下PLC的處理能力更弱，適用于簡(jiǎn)單的邏輯控制和離散輸入輸出操作。

2、具有靈活的編程和軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，如高級(jí)編程語(yǔ)言，圖形化編程界面等，這使得開(kāi)發(fā)者可以使用更加通用和強(qiáng)大的工具進(jìn)行應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)和調(diào)試。相比之下PLC只能使用PLC專用的編程語(yǔ)言進(jìn)行程序的開(kāi)發(fā)和配置，相對(duì)比較局限。

3、具有較高的處理能力和存儲(chǔ)容量，ARM控制器的處理器和內(nèi)存比PLC更強(qiáng)大，可以對(duì)大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和監(jiān)控，處理復(fù)雜的算法和數(shù)據(jù)處理任務(wù)。相比之下，PLC內(nèi)存小，設(shè)計(jì)用于離散邏輯和實(shí)時(shí)控制，對(duì)處理能力要求相對(duì)較低。

4、支持多種通信協(xié)議，如Modbus、CAN等，并具備良好的網(wǎng)絡(luò)接口和通信速度。能夠與其他設(shè)備（如傳感器、執(zhí)行器、數(shù)據(jù)庫(kù)等）進(jìn)行靈活的數(shù)據(jù)交換和集成，這使得實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和互聯(lián)互通更加容易。相比之下PLC的通信能力較為有限，往往需要額外的硬件和配置。

5、性價(jià)比。ARM控制器通常具有較低的成本，因?yàn)樗鼈儾捎贸Ｒ?jiàn)的處理器架構(gòu)，與許多硬件和軟件組件兼容。一旦研發(fā)成功后，期初的研發(fā)費(fèi)用會(huì)直接分?jǐn)偟胶笃谂可a(chǎn)的每個(gè)單獨(dú)產(chǎn)品中，這樣會(huì)使整個(gè)產(chǎn)品的研發(fā)分?jǐn)傎M(fèi)用極大的降低。相比之下，PLC通常具有專用的硬件和軟件定制，因此成本較高。

6、外設(shè)豐富。ARM控制器較PLC具有更豐富的外部設(shè)備，如通信接口（如以太網(wǎng)、Wi-Fi、CAN總線等）、傳感器接口、顯示屏驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)接口卡等且均為標(biāo)準(zhǔn)部件，不同的廠商產(chǎn)生的外設(shè)只要配上相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)的軟件就可以相互通用。而PLC的外設(shè)種類較少，而且專用性較強(qiáng)，不同品牌的外設(shè)不可通用。

7、易于維護(hù)。ARM控制器使用的軟件和硬件都比PLC更通用，因此更容易進(jìn)行維護(hù)和升級(jí)。

在應(yīng)用上，PLC和ARM控制器的應(yīng)用行業(yè)相差不大，一般用于采礦、冶金，水泥、電力、化工、石油、機(jī)械制造、汽車(chē)、紡織、造紙、環(huán)保以及裝卸等行業(yè)。主要應(yīng)用于：順序控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理等。

盡管ARM控制器在某些方面取代了PLC的功能，但在許多工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，PLC和ARM控制器常常結(jié)合使用，互相協(xié)作，以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)全面控制和監(jiān)控。因此，在選擇是否使用ARM控制器代替PLC時(shí)，需要根據(jù)具體應(yīng)用需求、系統(tǒng)要求和環(huán)境條件綜合考慮。

PLC的不足

人機(jī)界面簡(jiǎn)單，操作有限；

處理能力限制，處理器內(nèi)存小，復(fù)雜算法處理不了；

網(wǎng)絡(luò)連接性不足，不能直接通信其他設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)、云平臺(tái)。

比如很多場(chǎng)景中，用PLC是不理想的，比如有些產(chǎn)品里需要大量復(fù)雜的運(yùn)算，比如變頻器內(nèi)的大量的電機(jī)拖動(dòng)和控制算法的計(jì)算，再比如現(xiàn)在自動(dòng)化搬運(yùn)機(jī)器人的SLAM導(dǎo)航算法等等，也只適合在嵌入式高性能的運(yùn)算器中實(shí)現(xiàn)，PLC是無(wú)法運(yùn)算這么復(fù)雜的算法的。
再者，有些場(chǎng)合下也無(wú)法使用PLC，比如變頻器或者一個(gè)精巧的工業(yè)設(shè)備，雖然PLC能夠?qū)崿F(xiàn)，但是體積是在那擺著呢，至少需要一個(gè)穩(wěn)壓電源模塊吧，至少需要幾個(gè)輸入輸出模塊吧，至少需要一個(gè)通訊模塊吧，這么多的東西如果塞到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)小巧的工業(yè)設(shè)備里，外形上看著就不合理。
再來(lái)，就是一款標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)產(chǎn)品，如果只是PLC來(lái)控制的，那通常情況下同類產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手非常多，如果是嵌入式系統(tǒng)做的，相對(duì)來(lái)說(shuō)，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手要少一些。
另外，PLC做的控制系統(tǒng)很容易被復(fù)制，一打開(kāi)控制柜就知道你是怎么做的控制系統(tǒng)的了，幾個(gè)輸入輸出模塊，外部都接到什么傳感器上等等一目了然。而嵌入式系統(tǒng)要設(shè)計(jì)人員自己設(shè)計(jì)外圍集成電路，相對(duì)而言保護(hù)性做的要好一些。
一個(gè)附加值高的工業(yè)設(shè)備，如果只是PLC控制實(shí)現(xiàn)的，如果競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手少，那一定不是他們的控制系統(tǒng)做的與別人有多大的差距，優(yōu)勢(shì)一定是在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，或者專利保護(hù)方面，或者對(duì)工藝控制方面。
而非要采用嵌入式控制器，往往本身的控制技術(shù)含量較高，算法較為復(fù)雜，嵌入式系統(tǒng)包含內(nèi)嵌的程序就很有價(jià)值，就有一定的技術(shù)壁壘。

產(chǎn)品介紹

嵌入式ARM控制器BL304系列是工業(yè)級(jí)堅(jiān)固型工業(yè)控制器，采用NXP公司的ARM架構(gòu)處理器I.MX8M Mini四核64位處理器，搭配四核Cortex-A53+單核Cortex-M4構(gòu)架，運(yùn)行速度高達(dá)1.8GHz，具有高度的穩(wěn)定性。

提供4路RS485/RS232，1路CAN口，2路網(wǎng)口，2路DI口，2路PWM口輸出以及2路USB 接口，1路電源輸入接口、1路HDMI視頻顯示接口。

可運(yùn)行Linux、Ubuntu、Debian、Android等OS，兼容Node-Red、QT、Python、C++等應(yīng)用程序，支持MySQL、InfluxDB、SQLite等數(shù)據(jù)庫(kù)。豐富的硬件接口以及強(qiáng)大的軟件兼容性，小巧的尺寸，DIN35導(dǎo)軌安裝，讓嵌入式ARM控制器BL304具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。支持4G/5G/WiFI，支持紅外觸摸屏、支持?jǐn)z像頭。

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產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

高性能設(shè)計(jì)

采用恩智浦、瑞芯微、海思等平臺(tái)高性能處理器，自主打造高算力、圖形處理能力出色的工控機(jī)產(chǎn)品，以滿足大容量高速數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)與處理的產(chǎn)品應(yīng)用需求。

體積雖小，接口依然豐富

在81mm×45mm×93mm的迷你體積上，支持LAN、USB2.0、USB3.0、COM、HDMI、MINI-PCIe等豐富的I/O功能接口設(shè)計(jì)，支持WIFI/4G/5G通訊模塊，并提供多種接口用于硬盤(pán)、串口、攝像頭等外部設(shè)備擴(kuò)展。

堅(jiān)固耐用

針對(duì)工業(yè)復(fù)雜的生產(chǎn)場(chǎng)景下，對(duì)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的高可靠性、高環(huán)境適應(yīng)性需求，鋇錸技術(shù)所有嵌入式產(chǎn)品的抗靜電測(cè)試、脈沖測(cè)試、鹽霧測(cè)試、高/低溫等多種環(huán)境測(cè)試和功能測(cè)試，使其在寬溫、復(fù)雜電磁環(huán)境等各種條件下能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

OPC UA數(shù)據(jù)采集

在數(shù)據(jù)采集方面，鋇錸ARM控制器BL304同時(shí)連接的OPC UA服務(wù)器數(shù)量無(wú)限制，同時(shí)采集的OPC UA變量數(shù)量無(wú)限制，可以實(shí)現(xiàn)每秒30萬(wàn)點(diǎn)OPC UA數(shù)據(jù)的采集，高效、快速地幫助用戶完成大量OPC UA服務(wù)器數(shù)據(jù)的采集；支持連接本地或遠(yuǎn)程O(píng)PC服務(wù)器，并且支持同時(shí)連接多個(gè)OPC服務(wù)器，幫助用戶實(shí)現(xiàn)多設(shè)備的數(shù)據(jù)采集。

在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，鋇錸ARM控制器BL304支持MySQL、SQL Server等傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，InfluxDB、TimescaleDB、Kafka等時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)，以及華為云、亞馬遜、阿里云等IOT平臺(tái)，滿足客戶存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的多樣化需求。

在數(shù)據(jù)處理方面，鋇錸ARM控制器BL304支持邊緣計(jì)算，可以預(yù)處理數(shù)據(jù)、響應(yīng)本地請(qǐng)求并將規(guī)范化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至中央存儲(chǔ)。這樣就減少了對(duì)中央網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的需求。與扁平文件存儲(chǔ)相比，它還提高了過(guò)程級(jí)別的靈活性和響應(yīng)能力。存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)還可以在網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性出問(wèn)題的情況下建立容錯(cuò)力。

總之，鋇錸技術(shù)ARM控制器BL304已經(jīng)不僅是一臺(tái)ARM控制器，更是一款可以真正實(shí)現(xiàn)全廠設(shè)施的全面控制、統(tǒng)一部署的控制器。

應(yīng)用場(chǎng)景：

1、可以用來(lái)搭建AGV小車(chē)

2、 可以用來(lái)搭建服務(wù)型機(jī)器人，如送餐機(jī)器人，消毒機(jī)器人，掃地機(jī)器人等

3、充電樁

4、電梯

5、自動(dòng)門(mén)

6、控制交通燈

7、提升機(jī)

8、堆垛機(jī)

鋇錸技術(shù)擁有X86和ARM架構(gòu)兩大系列嵌入式控制器產(chǎn)品，針對(duì)工業(yè)數(shù)字化生產(chǎn)需求，采用國(guó)產(chǎn)恩智浦、海思等平臺(tái)智能芯打造的系列控制器，硬件MTBF值遠(yuǎn)超普通計(jì)算機(jī)水平，可高度集成于數(shù)控機(jī)床等智慧工廠設(shè)備中。

在智能工廠基礎(chǔ)設(shè)施的控制方面，問(wèn)題往往是供應(yīng)商難找、設(shè)備對(duì)接困難、工作量大、供應(yīng)商變更需求麻煩，該產(chǎn)品應(yīng)用豐富，這樣的好處是在整個(gè)智能工廠中，只要和控制相關(guān)的東西只用鋇錸技術(shù)一家就可以了，極大減少了客戶去找不同供應(yīng)商的功夫，則在很大程度上簡(jiǎn)化了調(diào)試過(guò)程及查找問(wèn)題的過(guò)程，從而提高效率、工程的質(zhì)量及可靠性。

審核編輯 黃宇