编者注：
一次偶然的机会，我了解到树莓派也可以和我们的工业PLC相关，并且有一些成熟的解决方案。 这个小编很感兴趣，认为可以普及一下。 无独有偶，上个月在和彭宇教授就《Edge Programmable Controllers are a Weapon for OT-IT Integration》这篇手稿进行交流的过程中，彭教授推荐我在微信上认识鲍锐先生（其实是在之前的一个KW活动上，我们有过交流），于是今天的系列文章就应运而生了。 从今天开始，我们将陆续发表三篇文章，分别对背景和硬件、系统软件和控制软件进行讲解和分享。 我们希望帮助每个人开发想法和实际项目。
为什么使用“树莓派”？
树莓派（中文名“树莓派”）是一款信用卡大小的卡片式计算机，专为学生计算机编程教育而设计。 Raspberry Pi基于开放的Linux系统，可以自由地使用C/C++、Python、Javascript等编程语言进行开发，为众多编程爱好者提供了优秀的学习和测试平台。 借助开放的软硬件资源，我们可以快速实现IEC61131-3标准的边缘计算PLC产品。
什么是边缘计算PLC？
在正式介绍Raspberry Pi边缘计算PLC的实现之前，我们首先需要了解一下边缘计算PLC概念的背景。 工业4.0时代，传统控制技术OT（Operation Technology）与信息技术IT（Information Technology）之间的界限越来越模糊。 目前，在工业自动化领域，如果需要将传统的PLC控制器与IT系统结合起来，大量使用网关产品，这可能是现阶段的无奈之举。
然而系统架构的复杂性大大增加了工业数据的时延，降低了大数据采集的效率，从而制约了未来工业大数据分析的准确性。 同时，所有工业原始数据都将由云平台服务器进行采集和分析。 随着工厂应用变得越来越复杂，云平台的计算能力限制和臃肿的数据库将使未来的工业智能面临巨大的挑战。
因此，我们需要尽可能简化工业4.0时代的系统设计。 我们需要一种能够融合OT和IT技术的新型PLC产品。 它不仅可以高速处理工业现场OT数据，还能够与IT系统进行开放交互。 并且具有一定的计算能力，可以对大量工业现场OT数据进行预处理，并且只交付云平台所需的数据，而不是所有数据处理功能都在云平台上完成。 这是我们理想的边缘计算 PLC。
为了实现这一目标，除了强大的数据处理能力、大容量内存等硬件支持外，软件还需要同时支持开放的OT和IT平台，如：IEC61131-3编程、PLCopen MC运动控制、EtherCAT ，CANopen、Modbus等传统OT技术，开放式物联网编程平台Node-RED、本地嵌入式数据库、OPC-UA、MQTT等IT技术。
作为今天的主角，树莓派是一个非常优秀的硬件平台。 同时，基于x86架构的PC Based解决方案将为我们打开另一个窗口。 在本系列文章中，我们将重点分析Raspberry Pi边缘计算的实现。 PLC的关键技术点。 使用Raspberry Pi硬件进行工控时可能会出现哪些问题？ 稳定可靠的硬件是工业控制器的基础。 即使有强大的开源社区软硬件资源支持，标准的Raspberry Pi（包括最新的Raspberry Pi 3B/3B+/4B）产品硬件也不是工业级的。 针对特定应用而设计，仅适合实验、学习和测试，不适合在环境复杂、可靠性要求高的工业现场使用。 针对工业级产品应用，Raspberry Pi官方社区发布了最新的Raspberry Pi 3B+ Compute Module核心板（以下简称Raspberry Pi CM核心板），通过连接扩展板信号即可用于工业级应用通过 DDR2 SODIMM 接口。 控制器产品设计：
这里我们也为您简单整理了Raspberry Pi 3B+计算模块核心板的相关技术参数：
处理器：Broadcom BCM2837B0、Cortex-A53 (ARMv8) 64 位 SoC @ 1.2GHz
内存：1GB LPDDR2 SDRAM
闪存：8GB/16GB/32GB eMMC闪存
工作温度范围：-25℃ – 80℃
硬件认证：
电磁兼容性指令 (EMC) 2014/30/EU
有害物质限制 (RoHS) 指令 2011/65/EU
维护截止时间：2026年1月
从整体硬件规格来看，Raspberry Pi CM核心板在硬件设计上保持了较高的规格，处理器性能高，内存空间非常大，成本低廉，并且满足工业级温度和硬件认证要求，其硬件设计原理图完全对外开放，因此基于Raspberry Pi CM核心板的PLC产品可以具有极高的计算性能和大的存储空间。
但综合分析后，我们认为Raspberry Pi CM核心板处理器用于工控应用时，其外围接口还是比较少。 例如，实现工业控制器的RS232/RS485/RS422接口的UART外设只有2个。 由于没有CAN总线接口，以太网必须通过USB接口芯片来扩展，这极大地限制了网络交互的实时性。 这对于一些需要更快速度的现场总线来说将是一个很大的挑战：例如EtherCAT，这主要受到模块内部限制的限制。 USB转以太网接口芯片的带宽以及USB芯片处理以太网数据包的实时性能。
当然，我们需要给基于Raspberry Pi CM核心板开发的工业控制器产品一个合适的定位，以充分发挥其硬件特性。 通常，传统工业控制器使用的处理器频率较低，内存空间非常有限。 因此，对于Raspberry Pi CM工业控制器来说，应充分发挥其高性能计算和大存储容量的特点。 事实证明，传统工业控制器需要在云端进行的计算和数据存储都可以根据需要在Raspberry Pi CM工业控制器上实现。 这就是我们前面介绍的边缘计算PLC的概念，也可以通过工业现场总线和通信协议来实现。 与其他工业控制器或传感器通信，如Modbus、CANopen、EtherCAT、OPC-UA等。
关于硬件部分，最后需要特别说明的一点是，Raspberry Pi CM核心板处理器发热严重，设计上需要做好散热工作。 而且功耗较高，不适合一些低功耗或发热的控制器。 所需的应用场景。
