邊緣計(jì)算對(duì)數(shù)據(jù)的本地處理能力提出了很高的要求，傳統(tǒng)的PLC控制器已無(wú)法勝任這樣的工作，因此，一種基于PC的兼具PLC功能的控制器應(yīng)運(yùn)而生。這樣的控制器可以將PLC控制器、PC、網(wǎng)關(guān)，運(yùn)動(dòng)控制、I/O數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議、機(jī)器視覺(jué)、設(shè)備聯(lián)網(wǎng)等多領(lǐng)域功能集成于一體，同時(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算和與云端相連，以及在邊緣側(cè)協(xié)同遠(yuǎn)程工業(yè)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)智能產(chǎn)線控制等，這樣的控制器被稱(chēng)為邊緣控制器。

雖然這是基于PC的控制器，但邊緣控制器也不等同于單獨(dú)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它將PLC、PC和運(yùn)動(dòng)控制器集成到同一臺(tái)設(shè)備里，兼具數(shù)據(jù)處理和邏輯控制，兩種任務(wù)可以同時(shí)進(jìn)行，又互不干擾。

為了讓您對(duì)邊緣控制器這一新的控制器類(lèi)型有一個(gè)全面深入的了解，今天小編拿到了目前市場(chǎng)上最為典型的一個(gè)邊緣控制器——研華WISE-5580邊緣控制器，下面就通過(guò)試用實(shí)測(cè)，來(lái)揭開(kāi)邊緣控制器的神秘面紗。

我們這次拿到的是研華新推出的WISE-5000系列中的WISE-5580邊緣控制器。整個(gè)控制器和無(wú)風(fēng)扇的嵌入式工控機(jī)十分相似，通體采用堅(jiān)固的金屬外殼，重量達(dá)到了1.6 kg，不過(guò)主機(jī)的尺寸要比一般的嵌入式工控機(jī)小很多，更像是一個(gè)中小型PLC的大小，具體尺寸為13.9 x 10 x 8 cm。

WISE-5580的整體外觀設(shè)計(jì)緊湊，接口布置合理，加上指示燈和散熱孔的點(diǎn)綴，體現(xiàn)出一種獨(dú)有的工業(yè)之美。特別是黑色金屬外殼讓W(xué)ISE-5580更具質(zhì)感，拿在手里也是分量十足，除了可以提供物理保護(hù)和電磁屏蔽，也擁有優(yōu)異的散熱性能

  研華WISE-5580邊緣控制器的正面照

在主機(jī)正面，有9顆狀態(tài)指示燈， 2個(gè)可擴(kuò)展串口用于連接串口設(shè)備，1個(gè)HDMI和1個(gè)VGA用于外接顯示器，4個(gè)USB3.0用于外插U盤(pán)或者外接USB設(shè)備， 2個(gè)千兆以太網(wǎng)接口用于與信息化網(wǎng)絡(luò)、MES、數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器等連網(wǎng)，也可以用于往下連接IO、伺服和相機(jī)等。同時(shí)還有兩個(gè)隱藏式設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)按鈕和重啟按鈕。

電源輸入接口設(shè)計(jì)在機(jī)身上側(cè)，這樣的設(shè)計(jì)既十分方便使用電源接線，又遠(yuǎn)離了正面的所有數(shù)據(jù)接口，從而不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸造成干擾。此電源接口可以同時(shí)外接兩路24V電源輸入，做到冗余設(shè)計(jì)。

研華WISE-5580邊緣控制器后側(cè)面照

整個(gè)WISE-5580控制器采用無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，散熱孔均勻的分布在上下兩個(gè)側(cè)面，十分符合熱空氣的流動(dòng)規(guī)律，具備了良好的散熱效果。

在機(jī)身背部設(shè)計(jì)有13根散熱齒條、DIN導(dǎo)軌安裝槽和3個(gè)卡扣，無(wú)需使用螺絲，安裝和拆卸十分方便。

主機(jī)兩側(cè)分別為標(biāo)準(zhǔn)化的PCI Express與EtherCAT通信接口，用戶可根據(jù)特定需求選配通信與I/O模塊。

加了擴(kuò)展模塊（左）和EtherCAT I/O接口（右）的WISE-5580

機(jī)身左側(cè)的PCI Express通信接口最大支持4個(gè)擴(kuò)展，研華提供了帶4個(gè)USB3.0口的USB擴(kuò)展模塊，帶2個(gè)PoE供電千兆以太網(wǎng)模塊，帶2個(gè)RS-232/422/485的串口模塊，以及無(wú)線傳輸和存儲(chǔ)等四個(gè)功能模塊，用來(lái)擴(kuò)展機(jī)器視覺(jué)、串口、CAN總線、硬盤(pán)及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，其中無(wú)線傳輸和存儲(chǔ)模塊支持4G / LTE / Wifi / GPS無(wú)線通信方式，以O(shè)DBC、OPC UA、OPC DA、MQTT協(xié)議將設(shè)備數(shù)據(jù)可上傳數(shù)據(jù)庫(kù)、云平臺(tái)及MES系統(tǒng)。

主機(jī)身右側(cè)的EtherCAT I/O高速接口可以擴(kuò)展65535個(gè)節(jié)點(diǎn)，可滿足大部分自動(dòng)化場(chǎng)合控制需求。插片式I/O模塊全部安裝在標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌上，安裝在設(shè)備控制柜中時(shí)無(wú)需額外的鉆孔或機(jī)械裝置，不僅節(jié)省了空間，而且允許工業(yè)設(shè)備跨越邊界。

作為一款邊緣控制器，研華WISE-5580具有三大特點(diǎn)：與PLC相差無(wú)幾的小巧體積，與IPC相媲美的強(qiáng)大的處理能力，以及集PLC系統(tǒng)和IPC系統(tǒng)于一體而又獨(dú)立運(yùn)行的雙核分核處理功能。而讓這一切成為可能的，是其內(nèi)部的獨(dú)特的電路工程設(shè)計(jì)。除此之外，由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)面臨各種復(fù)雜的狀況，對(duì)電子器件的可靠性提出了較高的要求，其中包括了電磁屏蔽設(shè)計(jì)、電源防浪涌設(shè)計(jì)、電路可靠性設(shè)計(jì)以及高速走線設(shè)計(jì)等。WISE-5580是如何在兼具這些豐富性能的同時(shí)，又突出了其自身特點(diǎn)的呢？

接下來(lái)開(kāi)始我們的拆機(jī)實(shí)測(cè)，對(duì)研華WISE-5580的內(nèi)部設(shè)計(jì)一探究竟。

研華WISE-5580邊緣控制器拆機(jī)動(dòng)畫(huà)

WISE-5580的主機(jī)外殼由三部分組成，只需要按照正確的順序，先拆掉抬高設(shè)計(jì)的那一部分，再拆掉覆蓋著諸多接口和三個(gè)側(cè)面的那一部分就行了。整個(gè)拆解過(guò)程十分的簡(jiǎn)單和順利，當(dāng)把外殼的主要兩個(gè)部分拿掉，就可以看到整個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)了。

研華WISE-5580邊緣控制器內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)

從上圖可以看出，整個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為四層，從上到下第1,3層是電路板，第2層是隔熱鋁板，第4層是散熱外殼。兩層電路板的通信是通過(guò)接插件來(lái)完成的，而整個(gè)結(jié)構(gòu)的固定是通過(guò)分布于四周的4顆螺絲來(lái)實(shí)現(xiàn)。接下來(lái)就開(kāi)始具體分析每一層上的元件和作用。

位于上方第1層的電路板正面照

在第1層電路板主要設(shè)計(jì)有電源電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和接口電路。2路主電源電路采用了同一種電源芯片方案，采用了一顆雙路電感來(lái)減少占用面積。為了最大限度的滿足邊緣計(jì)算對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求，板上搭載了一塊體積小、速度快支持M.2的128G的固態(tài)硬盤(pán)，下方還預(yù)留了一個(gè)mSATA斷電保存硬件接口。機(jī)身正面看到的所有接口全部位于這塊電路板上，無(wú)論是數(shù)量，還是空間布局都做到了最優(yōu)化。

這塊電路板的下面是一層隔熱鋁板，能夠有效阻止下面的熱量直接輻射到上方，同時(shí)也增大了散熱面積，還起到了很高的電磁屏蔽作用。

位于第3層的電路板背面照

重點(diǎn)說(shuō)下第3層的電路板，主要設(shè)計(jì)有CPU和內(nèi)存條、輸入輸出控制芯片、PCI-E擴(kuò)展接口、EtherCAT接口等四大部分。先談控制器的最核心部分，也就是CPU，位于電路板中間位置。根據(jù)官方資料，具體可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景選擇英特爾賽揚(yáng)、i5、i7等系列CPU，實(shí)測(cè)用的這臺(tái)WISE-5580搭載的是英特爾賽揚(yáng)3955U，這是一款雙核雙線程的處理器。通過(guò)分核分系統(tǒng)技術(shù)，就可以在第1個(gè)核運(yùn)行可編程邏輯控制器（CODESYS），第2個(gè)核用來(lái)運(yùn)行邊緣計(jì)算（Windows），這種獨(dú)立核心運(yùn)行的設(shè)計(jì)，同時(shí)保證Windows開(kāi)放性與CODESYS實(shí)時(shí)性，即使Windows系統(tǒng)發(fā)生宕機(jī)也不會(huì)影響PLC的運(yùn)行。這也是邊緣控制器最大的特點(diǎn)之一。

內(nèi)存的大小對(duì)于處理器性能有很大影響，畢竟各種數(shù)據(jù)都是要經(jīng)過(guò)內(nèi)存來(lái)送給計(jì)算機(jī)。在這塊電路板上搭載有兩個(gè)DDR4內(nèi)存卡槽，對(duì)稱(chēng)的分布在電路板的兩面上。官方資料中說(shuō)最大支持到32GB，也就是一個(gè)內(nèi)存卡槽最大支持16GB的內(nèi)存條。實(shí)測(cè)的這臺(tái)控制器上只插有一根8GB內(nèi)存條，但足以應(yīng)對(duì)小規(guī)模的應(yīng)用場(chǎng)合。

輸入輸出控制芯片用來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件對(duì)硬件的控制，從字面上就可以看出它的重要性。依照上圖來(lái)講，CPU正右邊的那顆黑色芯片就是它。它的背面就是承擔(dān)通信中樞的接插件，這樣的位置也算是一種最優(yōu)化的布局。

PCI-E接口和EtherCAT接口分別位于這塊電路板的兩側(cè)，包括主控芯片、周?chē)骷徒硬寮取?/span>I/O數(shù)據(jù)的處理還算簡(jiǎn)單，只要排好順序送給內(nèi)存就好，所以EtherCAT接口緊挨著內(nèi)存。PCI-E接口相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，位置給設(shè)計(jì)到了另一側(cè)。其實(shí)，在工作現(xiàn)場(chǎng)左右兩邊是互相搭配，協(xié)同工作的，研華WISE-5580將兩者很好的融合在了一起。

研華WISE-5580邊緣控制器底部散熱層

第4層是散熱層，也很重要，同樣關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗。從圖上可以看出，研華WISE-5580控制器采用了嵌入式無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，直接由外殼來(lái)提供散熱，減少了因?yàn)轱L(fēng)扇的不可靠所造成的風(fēng)險(xiǎn)。具體來(lái)看，實(shí)際用來(lái)給CPU導(dǎo)熱的銅管鑲嵌在底部外殼之中，加寬銅管表面通過(guò)導(dǎo)熱硅膠直接壓在CPU表面之上，從而保證CPU的散熱。

在底部外殼的外側(cè)有很多齒條來(lái)增大散熱面積，可以很快把內(nèi)部熱量散發(fā)到空氣中。這種主動(dòng)散熱雖然比不上風(fēng)扇散帶來(lái)的效果好，但是在保證散熱效果能夠滿足的情況下，可靠性擁有最大的保障。據(jù)官方資料介紹，WISE-5580的工作溫度是 -10 ~ 60°C，這與一般的PLC溫度范圍相仿

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來(lái)自 控制工程中文版公眾號(hào)