Systemy automatyki przemysłowej mają kluczowe znaczenie dla wydajności, niezawodności i bezpieczeństwa nowoczesnej produkcji. Udoskonalają istniejące procesy produkcji i dostarczają inteligentnych rozwiązań wymaganych do tworzenia nowych metod produkcyjnych, takich jak techniki druku 3D czy systemy robotyki współpracującej.
Dobrą wiadomością jest to, że dzięki połączeniu rozwijającej się technologii i zmieniającego się podejścia do sposobu jej udostępniania, wdrażanie systemów automatyki przemysłowej staje się znacznie prostsze i bardziej opłacalne. Jednym z głównych czynników napędzających ten trend jest pojawienie się tanich komputerów jednopłytkowych (SBC). Komputery jednopłytkowe początkowo opracowane z myślą o rynku hobbystycznym i edukacyjnym, dziś znajdują zastosowanie w środowiskach przemysłowych.
Na rynku tym dominują dwaj główni gracze: firma Arduino oraz rodzina Raspberry Pi, oferujące zarówno autonomiczne komputery, jak i moduły obliczeniowe do wbudowanych zastosowań. Obie gamy produktów są efektywne kosztowo, posiadają obudowy sprzyjające zastosowaniu modułów dodatkowych innych firm, obsługują wiele form łączności i posiadają liczne wejścia/wyjścia ułatwiające eksperymenty użytkowników. Obie są poparte dobrą dokumentacją, silnym wsparciem społeczności i aktywną bazą użytkowników.
Arduino i Raspberry Pi są już szeroko stosowane do prototypowania na komputerze systemów wbudowanych oraz we wdrożeniach małoskalowych. Są one obecnie przystosowywane do użycia w środowiskach przemysłowych, często jako zamienniki zastrzeżonych programowalnych sterowników logicznych (PLC).
Arduino kontra Raspberry Pi w automatyce przemysłowej
Każda z tych rodzin płytek ma swoje mocne strony. Na przykład rodzina Arduino jest oparta na mikrokontrolerze, co umożliwia realizację deterministycznej kontroli w czasie rzeczywistym, kluczowej dla wielu zadań automatyki przemysłowej. Dzięki temu stanowi niezawodne narzędzie wdrażania prostej, powtarzalnej logiki sterującej i nadaje się do zastosowania w systemach wbudowanych, np. do integracji czujników, sterowania silnikami i podstawowej automatyzacji.
Rodzina Raspberry Pi z kolei działa w środowisku pełnego systemu operacyjnego (wariantu systemu Linux), co może wprowadzać opóźnienia i sprawia, że wydajność w czasie rzeczywistym staje się mniej przewidywalna. Czyni to ją mniej odpowiednią do twardej kontroli czasu rzeczywistego, ale bardziej przydatną do zadań wyższego poziomu, takich jak przetwarzanie danych, monitorowanie czy integracja z IoT.
Obie rodziny płytek mają również różne funkcje wejścia/wyjścia, co również wpływa na wybór nabywcy. Arduino posiada różnorodne wejścia/wyjścia cyfrowe i analogowe, co ułatwia podłączanie czujników przemysłowych oraz elementów wykonawczych. Raspberry Pi natomiast dysponuje rozbudowanymi możliwościami rozszerzeń, które pozwalają dodać obsługę przemysłowych interfejsów I/O, np. do sterowania przekaźnikami lub do podłączenia sieci Modbus, CAN i RS-485.
Pod względem programowania Arduino zapewnia proste, przyjazne dla użytkownika środowisko, przydatne do prototypowania systemów oraz integracji czujników i protokołów komunikacyjnych, ale mniej odpowiednie do złożonych zadań programistycznych. Z kolei Raspberry Pi obsługuje szeroką gamę języków programowania (Python, C/C++ itp.), co pozwala uruchamiać zaawansowane oprogramowanie, w tym narzędzia uczenia maszynowego i wizualizacji danych. Świetnie nadaje się też do integracji z platformami chmurowymi i ekosystemami Internetu Rzeczy (IoT).
Komputery jednopłytkowe mogą być tak przystosowane, aby działały w zastosowaniach przemysłowych. Zazwyczaj polega to na umieszczeniu ich w obudowach oraz zapewnieniu ochrony zarówno dla sygnałów wejścia/wyjścia, jak i przed nimi, a także dodaniu funkcji umożliwiających spełnienie wymagań bezpieczeństwa i niezawodności w środowiskach przemysłowych przez obudowy SBC. Na przykład linia Arduino Opta jest reklamowana jako sterownik mikro-PLC przystosowany do zastosowań przemysłowych, zabezpieczony i obudowany, gotowy do montażu na standardowych szynach DIN, podobnie jak konwencjonalne sterowniki PLC.
Firmy Arduino i Raspberry Pi oferują także uproszczone komputery jednopłytkowe przystosowane do wbudowywania w inne systemy. Wśród nich znajdują się linie Arduino Nano, MKR i Uno, natomiast firma Raspberry Pi oferuje moduł obliczeniowy CM400. Firmy takie jak EDA Technology wykorzystały CM400 jako serce swojego wbudowanego komputera przemysłowego CM4 Industrial, który można konfigurować, wybierając pojemność pamięci operacyjnej i pamięci masowej w zależności od zastosowania. Zapewnia on różnorodne przemysłowe interfejsy komunikacyjne i funkcje odpowiednie dla profesjonalnych i przemysłowych aplikacji wymagających niezawodności.
Analiza zalet
Choć rodzina Arduino może mieć przewagę w zakresie kontroli w czasie rzeczywistym, pozyskiwania danych z czujników i sterowania elementami wykonawczymi, to rodzina Raspberry Pi posiada potężne zasoby obliczeniowe, które pozwalają na bardziej zaawansowaną analizę gromadzonych danych.
