工业微控制器的开源优势及开源控制器的应用

尽管工业自动化技术与我们日常生活中常见的消费级硬件和软件差别很大，但是工业微控制器正使工业应用获益于开放源代码。工业控制器技术正在缩小与消费级技术之间的差距，这为最终用户带来了一些重大而意外的收获。

一般认为，与消费者技术相比，包括控制器在内的工业自动化技术发展缓慢。滞后的原因是只有在消费市场得到证明之后，一些先进技术才会被用于更保守、更严酷的工业应用中。

由于工业应用需要连续多年、安全、可靠地操作具有潜在危险的设备，因此，精心设计和包装的自动化产品显得尤为重要。这意味着控制器的其它功能，例如易用性和良好的连接性，通常是次要考虑的因素。

过去15年，消费领域的“创客”文化获得了长足的发展。这个社区为使用PC和微控制器来操作各种“DIY”项目带来了激情和创造力。在这些开发人员中，大多数人将这些自制项目的源代码开放，以供任何人使用，但是这些技术通常还不具备在工厂车间使用的条件。

工业化的微控制器，将开源优势与成熟的工业平台相结合，为最终用户提供了更多的自动化选择。

开源处理器

开源项目在许多方面与工业应用相关。例如，在过去的几年中，通用Linux开源操作系统被嵌入到工业物联网（IIoT）设施中，作为运行控制和可视化软件的平台，扮演着越来越重要的角色。

开源程序员通常免费向所有用户提供源代码和程序。许多人会认为，这种开放性对于实施人员来说，增加了一定的风险。但是，更大的开放性使任何人都可以查看代码，并且大型的开发人员社区可以在发现问题时快速响应。

从开放硬件的角度来看，两种领先的微控制器是树莓派（Raspberry Pi）和Arduino。前者更像是一个小型的单板PC，而后者则更简单。对于Arduino，称为Shields的可堆叠的附件板增加了以太网、Wi-Fi、GPS和其它扩展功能，使这些系统非常适合原型设计人员和爱好者（图1）。

图1：Arduino和类似的微控制器，是创客社区的重要组成部分，帮助爱好者实现计算和自动化项目。本文图片来源：Automation Direct

像Arduino这样的微控制器，是为学习C++编程的学生而创建的，旨在供有任何编程经验的人们使用。有效、免费、丰富的软件库，诸多低成本的硬件选择，以及最终用户的设计重点，使这种开源概念成为创客社区的最爱。

微控制器的普及已引起工业自动化行业的关注，业余爱好者所需的许多功能，也是工业项目需要的。一些最终用户甚至将消费级微控制器应用到工业领域，但是商业和工业规格之间的差异，会带来一定的风险。

图2：Automation Direct公司的Productivity Open等新产品，提供了一种将工业规格的开源微控制器功能与I/O设计相结合的方法。

开源编程的好处

选择开放源代码实现自动化项目，最终用户肯定会受益于现代编程选项与成熟的工业实用性之间的融合。用户可以混合搭配多种方法来获得所需的东西。

有时，在添加联网的工业化开放式控制器以执行专门的任务或计算时，继续使用基于可编程逻辑控制器（PLC）具有现实意义。在某些情况下，用户可以在开放式控制器中，开发所有控制逻辑和通用计算，然后使具有输入/输出（I/O）的关联设备自动化。

另一个需要考虑的因素涉及设计和维护人员的技能。尽管目前的工业用户，在职业生涯中已经接受过PLC培训，但下一代用户可能更适应在开源硬件中使用现代技术和编程语言。

新的平台可以在开放式控制器与PLC和I/O之间建立桥梁，工业制造商可以利用当前的技能，利用新员工来培养技术人员，他们希望在现代开源平台上工作。

图3：与消费级控制器不同，工业控制器需要在极端条件下进行测试，以确保现场的可靠性。

开源控制器的应用

随着工业开源的发展势头越来越强劲，用户将继续寻找新的应用。使用开源控制器的一种基本方法是将其配置为数据记录器，即使对于C++ 的新手来说也很容易。原始设备制造商（OEM）可以将开放式控制器作为操作机器的一站式解决方案，同时提供比PLC更先进的算法和数据处理功能。

开源也非常适合各种半工业应用，例如环境控制或实验室设备监控。自动化烟熏烤架、家庭自动化和农业项目等更多面向消费者的应用，也可以通过工业化开源平台实现。园艺爱好者可以为后院的蔬菜温室和灌溉系统，配置一个微控制器。在工作中，他们可以利用相同的概念，来实现大型农业系统和设备的自动化。在家中使用微控制器来远程控制灯光和其它设备的人，也可以将相同概念扩展到商业或工业设施中照明和环境控制的自动化上。

图4：新增的图形编程软件，为最终用户提供了另一种可访问的方式，可以将开源Arduino微控制器功能集成到他们的工业项目中。

适用于工业环境的开源选项

对于机器制造商而言，消费级微控制器由于硬件成本低廉，可能是一个诱人的自动化选项。但是，由于高达20％的运营支出通常与维护相关，因此无法承受严酷工业环境的这些控制器会消耗支持预算。

现在，PLC和可编程自动化控制器（PAC）技术已经发展到可以提供工业化的开放源代码硬件选项，最终用户可以使用他们需要的强大平台来整合他们想要的现代自动化系统。（作者：Bill Dehner）
编辑：hfy