在工業自動化的世界中，PLC設備和控制器是不可或缺的組成部分。它們的穩定性和效率是生產線無故障運行的保證。而現在，隨著5G技術的引入，我們即將迎來自動化領域的一場革命。

本文將介紹如何利用5G技術來實現工業自動化，并通過一個演示項目來展示其應用的可行性和優勢。

背景介紹：理解PLC設備在自動化中的角色

在工業自動化領域，PLC系統扮演著關鍵角色，各主要PLC制造商提供的專用軟件、編程語言及協議確保了設備運行的穩定性和安全性。然而，這種封閉性可能導致與其他廠商設備集成時復雜度提升，需借助額外工具和軟件進行適配。

每當新的軟件升級需要應用時，就必須物理更換帶有最新編譯代碼的SD卡。對于擁有多個PLC安裝的工業場所來說，這不僅需要停機，還需要投入大量人力進行檢查和代碼替換。

現代工業自動化可以實現基于SCADA系統的實時數據分析和可視化，這些系統通常安裝在下圖的第2級（廠區監管）中，這是一個通用模型，顯示使用計算機控制的功能制造級別。

基于PLC安裝的SCADA系統在硬件單元和依賴模塊方面非常復雜。由于系統復雜，需要熟練的操作員、分析員和程序員來維護SCADA系統。

實戰教程：利用開源工具簡化PLC工作流邏輯設計

Node-RED是一種編程工具，用于以新穎有趣的方式將硬件設備、API和在線服務連接在一起，為我們提供了更多的擴展性和靈活性，即使是不太熟悉PLC編程的操作員也能輕松設計工作流邏輯，并與第三方系統交互。

每個節點可以分配給一個傳感器或執行器

它可以使用調色板中的各種節點輕松地將流連接在一起，只需單擊一下即可將這些節點部署其運行。

可以使用自定義儀表板顯示實時數據

該工具可以安裝在邊緣計算機/服務器中，負責多個部署，其中自動化邏輯可以輕松快速地遠程部署，這需要將軟件直接更新到設備本身。

搭建vPLC高級架構示意圖

在融合5G技術的PLC系統架構中，可以讓多個組件融合，它們使用開源技術和工業協議（如OPC-UA、Modbus、Profinet等）相互交互。

l 邊緣服務器：在此組件中，我們運行負責數據存儲、工作流程編排、第三方系統和云服務器集成的服務。在我們的概念驗證中，我們將此服務器連接到5G網絡，以便我們可以通過無線連接與設備進行通信。

l Edge網關/硬件：該組件也連接到5G網絡，在本教程中，使用RaspberryPi板作為Edge服務器和設備之間的橋接設備。在此組件中，我們運行一個基本服務，用于從RaspberryPiGPIO讀取/寫入數據，以通過MQTT協議向邊緣服務器發送和接收數據。

l 計算機視覺模塊：該組件是一個連接到邊緣硬件的攝像頭，用于啟用對象識別任務，這些任務將發布到邊緣服務器并由工作流編排服務使用。

經過測試，我們在內部5G網絡上實現了平均15毫秒的網絡延遲，這對于演示應用程序來說是可以接受的。如果需要更低的延遲，此設置還支持通過以太網千兆位接口的連接。

結合5G技術和開源軟件，不僅能夠提高工業自動化的效率，還能降低PLC系統維護成本，加快創新步伐。未來，我們期待看到更多基于5G的創新應用在工業領域中的發展和應用。