邊緣計算作為雲計算的一項重要補充，在構建互聯工廠中的作用正越來越受到重視。邊緣計算實現了數據在網絡邊緣側的分析、處理與儲存，不僅減少了對雲端依賴，也提高了數據的安全性。不管是因為雲計算本身，還是網絡傳輸受限，或者是擔心數據安全，邊緣計算是時下構建智能化工廠過程中必須優先考慮的內容之一。
邊緣計算對數據的本地處理能力提出了很高的要求，傳統的PLC控制器已無法勝任這樣的工作，因此，一種基於PC的兼具PLC功能的控制器應運而生。這樣的控制器可以將PLC控制器、PC、網關，運動控制、I/O數據採集、現場總線協議、機器視覺、設備聯網等多領域功能集成於一體，同時實現設備運動控制、數據採集、運算和與雲端相連，以及在邊緣側協同遠程工業雲平臺實現智能產線控制等，這樣的控制器被稱為邊緣控制器。
雖然這是基於PC的控制器，但邊緣控制器也不等同於單獨的工業控制計算機，它將PLC、PC和運動控制器集成到同一臺設備裡，兼具數據處理和邏輯控制，兩種任務可以同時進行，又互不幹擾。
為了讓您對邊緣控制器這一新的控制器類型有一個全面深入的了解，今天小編拿到了目前市場上最為典型的一個邊緣控制器——研華WISE-5580邊緣控制器，下面就通過試用實測，來揭開邊緣控制器的神秘面紗。
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研華WISE-5580的外部實測
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小編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。整個控制器和無風扇的嵌入式工控機十分相似，通體採用堅固的金屬外殼，重量達到了1.6 kg，不過主機的尺寸要比一般的嵌入式工控機小很多，更像是一個中小型PLC的大小，具體尺寸為13.9 x 10 x 8 cm。
WISE-5580的整體外觀設計緊湊，接口布置合理，加上指示燈和散熱孔的點綴，體現出一種獨有的工業之美。特別是黑色金屬外殼讓WISE-5580更具質感，拿在手裡也是分量十足，除了可以提供物理保護和電磁屏蔽，也擁有優異的散熱性能。
研華WISE-5580邊緣控制器的正面照
在主機正面，有9顆狀態指示燈， 2個可擴展串口用於連接串口設備，1個HDMI和1個VGA用於外接顯示器，4個USB3.0用於外插U盤或者外接USB設備， 2個千兆乙太網接口用於與信息化網絡、MES、資料庫、伺服器等連網，也可以用於往下連接IO、伺服和相機等。同時還有兩個隱藏式設計的開關按鈕和重啟按鈕。
電源輸入接口設計在機身上側，這樣的設計既十分方便使用電源接線，又遠離了正面的所有數據接口，從而不會對數據的傳輸造成幹擾。此電源接口可以同時外接兩路24V電源輸入，做到冗餘設計。
研華WISE-5580邊緣控制器後側面照
整個WISE-5580控制器採用無風扇設計，散熱孔均勻的分布在上下兩個側面，十分符合熱空氣的流動規律，具備了良好的散熱效果。
在機身背部設計有13根散熱齒條、DIN導軌安裝槽和3個卡扣，無需使用螺絲，安裝和拆卸十分方便。
主機兩側分別為標準化的PCI Express與EtherCAT通信接口，用戶可根據特定需求選配通信與I/O模塊。
加了擴展模塊（左）和EtherCAT I/O接口（右）的WISE-5580
機身左側的PCI Express通信接口最大支持4個擴展，研華提供了帶4個USB3.0口的USB擴展模塊，帶2個PoE供電千兆乙太網模塊，帶2個RS-232/422/485的串口模塊，以及無線傳輸和存儲等四個功能模塊，用來擴展機器視覺、串口、CAN總線、硬碟及無線網絡，其中無線傳輸和存儲模塊支持4G / LTE / Wifi / GPS無線通信方式，以ODBC、OPC UA、OPC DA、MQTT協議將設備數據可上傳資料庫、雲平臺及MES系統。
主機身右側的EtherCAT I/O高速接口可以擴展65535個節點，可滿足大部分自動化場合控制需求。插片式I/O模塊全部安裝在標準DIN導軌上，安裝在設備控制櫃中時無需額外的鑽孔或機械裝置，不僅節省了空間，而且允許工業設備跨越邊界。
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研華WISE-5580的內部實測
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作為一款邊緣控制器，研華WISE-5580具有三大特點：與PLC相差無幾的小巧體積，與IPC相媲美的強大的處理能力，以及集PLC系統和IPC系統於一體而又獨立運行的雙核分核處理功能。而讓這一切成為可能的，是其內部的獨特的電路工程設計。除此之外，由於工業現場面臨各種複雜的狀況，對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計、電源防浪湧設計、電路可靠性設計以及高速走線設計等。WISE-5580是如何在兼具這些豐富性能的同時，又突出了其自身特點的呢？
接下來開始我們的拆機實測，對研華WISE-5580的內部設計一探究竟。
研華WISE-5580邊緣控制器拆機動畫
WISE-5580的主機外殼由三部分組成，只需要按照正確的順序，先拆掉抬高設計的那一部分，再拆掉覆蓋著諸多接口和三個側面的那一部分就行了。整個拆解過程十分的簡單和順利，當把外殼的主要兩個部分拿掉，就可以看到整個內部結構了。
研華WISE-5580邊緣控制器內部整體結構
從上圖可以看出，整個內部結構分為四層，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接插件來完成的，而整個結構的固定是通過分布於四周的4顆螺絲來實現。接下來就開始具體分析每一層上的元件和作用。
位於上方第1層的電路板正面照
在第1層電路板主要設計有電源電路、數據存儲和接口電路。2路主電源電路採用了同一種電源晶片方案，採用了一顆雙路電感來減少佔用面積。為了最大限度的滿足邊緣計算對數據存儲的要求，板上搭載了一塊體積小、速度快支持M.2的128G的固態硬碟，下方還預留了一個mSATA斷電保存硬體接口。機身正面看到的所有接口全部位於這塊電路板上，無論是數量，還是空間布局都做到了最優化。
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，同時也增大了散熱面積，還起到了很高的電磁屏蔽作用。
位於第3層的電路板背面照
重點說下第3層的電路板，主要設計有CPU和內存條、輸入輸出控制晶片、PCI-E擴展接口、EtherCAT接口等四大部分。先談控制器的最核心部分，也就是CPU，位於電路板中間位置。根據官方資料，具體可以根據實際應用場景選擇英特爾賽揚、i5、i7等系列CPU，實測用的這臺WISE-5580搭載的是英特爾賽揚3955U，這是一款雙核雙線程的處理器。通過分核分系統技術，就可以在第1個核運行可編程邏輯控制器（CODESYS），第2個核用來運行邊緣計算（Windows），這種獨立核心運行的設計，同時保證Windows開放性與CODESYS實時性，即使Windows系統發生宕機也不會影響PLC的運行。這也是邊緣控制器最大的特點之一。
內存的大小對於處理器性能有很大影響，畢竟各種數據都是要經過內存來送給計算機。在這塊電路板上搭載有兩個DDR4內存卡槽，對稱的分布在電路板的兩面上。官方資料中說最大支持到32GB，也就是一個內存卡槽最大支持16GB的內存條。實測的這臺控制器上只插有一根8GB內存條，但足以應對小規模的應用場合。
輸入輸出控制晶片用來實現軟體對硬體的控制，從字面上就可以看出它的重要性。依照上圖來講，CPU正右邊的那顆黑色晶片就是它。它的背面就是承擔通信中樞的接插件，這樣的位置也算是一種最優化的布局。
PCI-E接口和EtherCAT接口分別位於這塊電路板的兩側，包括主控晶片、周圍器件和接插件等。I/O數據的處理還算簡單，只要排好順序送給內存就好，所以EtherCAT接口緊挨著內存。PCI-E接口相對來說比較複雜，位置給設計到了另一側。其實，在工作現場左右兩邊是互相搭配，協同工作的，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，同樣關係到整個系統設計的成敗。從圖上可以看出，研華WISE-5580控制器採用了嵌入式無風扇設計，直接由外殼來提供散熱，減少了因為風扇的不可靠所造成的風險。具體來看，實際用來給CPU導熱的銅管鑲嵌在底部外殼之中，加寬銅管表面通過導熱矽膠直接壓在CPU表面之上，從而保證CPU的散熱。
在底部外殼的外側有很多齒條來增大散熱面積，可以很快把內部熱量散發到空氣中。這種主動散熱雖然比不上風扇散帶來的效果好，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溫度範圍相仿。
實測
研華WISE-5580的上電實測
實測
研華WISE-5580邊緣控制器加電開機
研華WISE-5580邊緣控制器可以兩路電源供電，極大保障了電力供應的可靠性。內置了HMI（人機界面），支持VGA與HDMI雙顯界面，減少了對可視化的附加設備的需求。當我們給這臺WISE-5580加上電源，接上顯示器、鍵盤、滑鼠等輸入輸出設備後，開機啟動後就可以在Windows界面下對所有任務內容進行可視化的編程和操作。
研華WISE-5580邊緣控制器系統配置
還是那個熟悉的Windows系統界面，在「我的電腦」的屬性中可以查看到這臺計算機的更多基本信息。界面顯示這臺計算機的製造商是Advantech（研華），安裝的是64位系統，8G內存，搭載英特爾賽揚3955U處理器，主頻是2.00GHz。
前面說到，WISE-5580採用分核分系統技術，使得Windows桌面平臺與高實時性和穩定性的CODESYS內核整合在CPU不同的內核中獨立運行。其中，Windows內核專注數據處理，CODESYS內核專注邏輯控制，從而實現了在擁有PLC自動化技術的同時，還兼顧信息化與大數據處理能力。而讓這一切成為可能的正是CODESYS軟體，它是一款基於先進的.NET 架構和 IEC 61131- 3 國際編程標準的軟體開發平臺。
研華WISE-5580邊緣控制器的CODESYS編程環境
在本次實測用的這臺WISE-5580上，已經默認安裝了CODESYS軟體，並可以根據客戶需求，提供不同版本，它可以將任何嵌入式系統或PC機轉化為基於IEC 61131-3標準的功能強大的控制器系統，同時降低編程及維護難度，PLC工程師、C/C++高級語言工程師、LabView，Python的用戶皆可快速上手。
另外，藉助開放的Windows平臺，通過安裝上位軟體，能夠實現將運動控制，機器視覺，資料庫聯網及MES整合在同一控制系統內，助力設備自動化向設備智能化轉型。
打個比方，要實現一個通過機器視覺實現機械手臂精準定位的動作，可以先將影像識別軟體安裝到Windows系統上，左側外加USB 3.0模塊或PoE模塊來連接工業相機，右側選配EtherCAT I/O模塊來控制機械手臂。如果還想進行預防保養，可以配置採集分析軟體在主機上，右側添加I/O模塊來採集機器手狀態診斷數據，左側擴展數據儲存模塊與無線網絡模塊，分別用來進行本地存儲和重要設備上雲，這一切變得簡單和輕鬆。
研華WISE-5000系列將眾多功能整合到一起
實測心得：IIoT離不開一個邊緣控制器
上面的實測，證實了研華WISE-5580邊緣控制器確實是一款體積小巧，設計結構巧妙，運算能力出眾，兼具PLC控制和數據處理的創新設備。並且，CODESYS軟體在裡面起到非常重要作用，賦予了工業計算機邏輯控制的能力，以及一體化編程的能力。
根據研華WISE-5580的特點，我們不仿總結出一個邊緣控制器所具備的四個特點：
第一
IPC和PLC融合大幅度提高了運營效率和加工節拍。傳統的PLC+IPC方案是通過網線來連接的，很多不確定性因素會造成連接中斷，比如接插件的鬆動，或者是現場的電磁幹擾。邊緣控制器將IPC和PLC融合到一臺控制器，乃至是一個CPU中，同時採用分核分系統技術保持相互獨立運行，整個系統硬體穩定性大大提高。
第二
邊緣控制器具備足夠豐富的接口來連接多種執行部件，支持多種協議，以應對生產現場不同廠商和不同執行部件之間的整合，打通工廠各個環節，解決多廠家集成問題。
第三
基於IEC 61131-3國際標準編程方式，降低編程及維護難度。面對當前集成機器人、多軸運動控制、CNC、資料庫、機器視覺等各種豐富功能的項目，傳統的PLC+IPC至少需要兩位以上工程師人員，其中一個懂PLC，另一個需要懂高級語言，很容易出現配合程度不夠和兼容性問題。邊緣控制器允許在標準協議下進行編程，實現互換性和可重用性，降低時間成本和資料成本。
第四
邊緣控制器可以實現運動控制、過程控制、IO採集、無線傳輸、遠程運維、機器視覺、資料庫與雲計算等多種功能，無縫整合IT與OT，以達到減少人工、提高設備智能化的需求。
以上就是本次給大家帶來的研華WISE-5580邊緣控制器的試用實測，可以看出邊緣控制器可以真正幫助設備製造商向下執行機械設備數據收集、檢測、控制等任務，向上連接雲端平臺與資料庫，在高速串聯下實現IT與OT的整合，真正打通智能製造多個關節，實現設備智能化和產線柔性化。可以說，沒有邊緣控制器，也就沒有所謂的工業物聯網，也就實現不了以工業雲平臺為中心的未來製造。
- 完 -