树莓派在工业自动化控制中的创新应用与潜力

尽管Raspberry Pi并不是可编程逻辑控制器（PLC）的直接替代品，但它在工业自动化领域展现了极大的潜力，尤其是在原型设计、嵌入式系统以及作为经济实惠的过程控制器方面。

在本文中，我们将深入探讨Raspberry Pi在自动化控制项目中的多种潜在应用。早前，我们已对Arduino平台进行了类似的讨论，发现尽管Arduino是一个非常优秀的教育工具，但由于其限制，它无法全面替代PLC在工业环境中的作用。Raspberry Pi也面临相似的情况，但由于其更强的处理能力和灵活的操作系统，相较于Arduino，它在工业应用中表现出更大的优势。

长期以来，控制工程师和技术供应商普遍认为Raspberry Pi不适合工业使用，这与Arduino的情况如出一辙。这种观念部分源于自动化工业流程中普遍对PLC的依赖，因PLC对于维护业务连续性至关重要。因此，在评估由过程控制器导致的潜在停机成本时，投资PLC技术往往显得更为合理。然而，这并不意味着Raspberry Pi在工业应用中没有可能的角色。

Raspberry Pi在原型设计与嵌入式系统中的作用

与Arduino类似，Raspberry Pi作为构建原型和验证概念解决方案的工具表现出色。这里所说的原型不仅仅是为新产品开发而设计，更是针对行业内各种想法进行验证的工具。

许多企业在过去采用这种方法并取得了显著成功。例如，一家公司正在探索实施物联网（IoT）和基于云的应用程序以进行预测性维护。该公司的管理层可能会面临是否批准投资于市场上现有的完整预测性维护工具的决定，因为这需要大量的前期投入，而他们不确定能否获得预期的投资回报。

在这种情形下，使用Raspberry Pi进行试点测试便是一个理想的选择：Raspberry Pi是一款具备无线（和有线）以太网通信功能的低成本计算机，且其开源特性使其成为本质上即插即用的IoT设备。

对于大型应用，单板计算机非常适合处理大量数据。此外，Raspberry Pi 4以其近实时的时钟、多进程能力和高处理速度，成为配置数据采集和监控网关的理想选择。

此外，适配器的使用使得Raspberry Pi能够在工业环境中运行，通过合适的I/O设备连接，可以将其转变为能够承受振动和高温的小型PLC。

Arduino与Raspberry Pi之间一个显著的区别在于，后者能够实现对过程的永久控制。换句话说，基于Arduino开发的原型，其最终解决方案不会是基于Arduino的，而更可能采用PLC或定制的印刷电路板。

尽管历史上Raspberry Pi也一直如此，但这种情况正快速发生变化。Raspberry Pi已证明能够处理更复杂的自动化任务，从而模糊了它们与低成本PLC之间的界限。

然而，在决策过程中，有时会存在一个未被考虑的成本因素：安装成本。因此，企业往往倾向于一次性完成新项目的实施。虽然这与试点测试的目标相矛盾，但对于Raspberry Pi而言，企业意识到这些设备同样可以永久使用。因此，他们更愿意在项目初期就设计基于Raspberry Pi的方案，并计划只进行一次实施。

Raspberry Pi与OpenPLC的结合

我们提到过Raspberry Pi板卡可与Linux和Windows等操作系统兼容。那么，它们是如何执行代码以充当过程控制器的呢？通过与工业PC的比较，我们可以找到答案。工业PC是专为工业环境设计的基于Windows的计算机，能够运行实时时钟和过程控制。它们通过运行一个称为虚拟PLC的程序来实现这一点。

OpenPLC正是Raspberry Pi的解决方案。OpenPLC是一个遵循IEC 61131-3标准的开源PLC平台，支持所有标准PLC编程语言，如梯形图和结构化文本。

OpenPLC运行时在任何计算机操作系统上创建一个虚拟PLC。因此，装有Windows 10 IoT操作系统的Raspberry Pi可以运行OpenPLC运行时，从软件的角度来看，它有效地转变成了一台PLC。