实战教程：揭秘如何用5G网络实现PLC系统解决方案

在工业自动化的世界中，PLC设备和控制器是不可或缺的组成部分。它们的稳定性和效率是生产线无故障运行的保证。而现在，随着5G技术的引入，我们即将迎来自动化领域的一场革命。

本文将介绍如何利用5G技术来实现工业自动化，并通过一个演示项目来展示其应用的可行性和优势。

背景介绍：理解PLC设备在自动化中的角色

在工业自动化领域，PLC系统扮演着关键角色，各主要PLC制造商提供的专用软件、编程语言及协议确保了设备运行的稳定性和安全性。然而，这种封闭性可能导致与其他厂商设备集成时复杂度提升，需借助额外工具和软件进行适配。

每当新的软件升级需要应用时，就必须物理更换带有最新编译代码的SD卡。对于拥有多个PLC安装的工业场所来说，这不仅需要停机，还需要投入大量人力进行检查和代码替换。

现代工业自动化可以实现基于SCADA系统的实时数据分析和可视化，这些系统通常安装在下图的第2级（厂区监管）中，这是一个通用模型，显示使用计算机控制的功能制造级别。

基于PLC安装的SCADA系统在硬件单元和依赖模块方面非常复杂。由于系统复杂，需要熟练的操作员、分析员和程序员来维护SCADA系统。

实战教程：利用开源工具简化PLC工作流逻辑设计

Node-RED是一种编程工具，用于以新颖有趣的方式将硬件设备、API和在线服务连接在一起，为我们提供了更多的扩展性和灵活性，即使是不太熟悉PLC编程的操作员也能轻松设计工作流逻辑，并与第三方系统交互。

每个节点可以分配给一个传感器或执行器

它可以使用调色板中的各种节点轻松地将流连接在一起，只需单击一下即可将这些节点部署其运行。

可以使用自定义仪表板显示实时数据

该工具可以安装在边缘计算机/服务器中，负责多个部署，其中自动化逻辑可以轻松快速地远程部署，这需要将软件直接更新到设备本身。

搭建vPLC高级架构示意图

在融合5G技术的PLC系统架构中，可以让多个组件融合，它们使用开源技术和工业协议（如OPC-UA、Modbus、Profinet等）相互交互。

l 边缘服务器：在此组件中，我们运行负责数据存储、工作流程编排、第三方系统和云服务器集成的服务。在我们的概念验证中，我们将此服务器连接到5G网络，以便我们可以通过无线连接与设备进行通信。

l Edge网关/硬件：该组件也连接到5G网络，在本教程中，使用RaspberryPi板作为Edge服务器和设备之间的桥接设备。在此组件中，我们运行一个基本服务，用于从RaspberryPiGPIO读取/写入数据，以通过MQTT协议向边缘服务器发送和接收数据。

l 计算机视觉模块：该组件是一个连接到边缘硬件的摄像头，用于启用对象识别任务，这些任务将发布到边缘服务器并由工作流编排服务使用。

经过测试，我们在内部5G网络上实现了平均15毫秒的网络延迟，这对于演示应用程序来说是可以接受的。如果需要更低的延迟，此设置还支持通过以太网千兆位接口的连接。

结合5G技术和开源软件，不仅能够提高工业自动化的效率，还能降低PLC系统维护成本，加快创新步伐。未来，我们期待看到更多基于5G的创新应用在工业领域中的发展和应用。