ARM+OpenPLC 组合详解及经典示例

一、ARM+OpenPLC 组合核心概念

ARM（Advanced RISC Machine）是一种主流的精简指令集（RISC）处理器架构，以低功耗、高性能、高集成度为特点，广泛应用于嵌入式设备、工业控制器等场景；OpenPLC 是一款开源的可编程逻辑控制器（PLC）软件，遵循 IEC 61131-3 标准（支持梯形图、结构化文本等编程语言），具备跨平台性和高度定制化能力。

两者结合形成“硬件开放+软件灵活”的工业控制方案：

• ARM 提供硬件基础：凭借强大的计算能力（支持多任务、边缘计算）、丰富的工业接口（如 Ethernet、CAN、GPIO 等）和低功耗特性，满足工业现场的实时性与可靠性需求。
• OpenPLC 提供软件核心：作为开源 PLC runtime，摆脱传统封闭式 PLC 的厂商绑定，支持标准化编程、二次开发和云边协同，降低成本并提升灵活性。

二、ARM+OpenPLC 组合的核心优势

1. 性能与成本平衡

   • ARM 处理器（如工业级 Cortex-A 系列）的计算能力远超传统 PLC 的 8 位/16 位处理器，可同时处理逻辑控制、传感器数据解析、边缘计算（如简单 AI 算法）等任务。
   • 开源 OpenPLC 无需支付厂商授权费，搭配低成本 ARM 硬件（如树莓派工业版、NXP i.MX 系列），成本仅为传统 PLC 的 1/3-1/5。

2. 兼容性与扩展性

   • 支持 IEC 61131-3 标准编程语言（梯形图 LD、结构化文本 ST、功能块图 FBD 等），兼容传统 PLC 开发习惯。
   • ARM 硬件的丰富接口（Ethernet、Wi-Fi、4G、CANopen、Modbus 等）可轻松对接传感器、执行器、云平台（如 AWS IoT、阿里云 IoT）。

3. 适应工业 4.0 需求

   • 支持边缘计算：在本地处理实时数据（如设备状态监测、异常预警），减少云端传输压力。
   • 开源特性便于二次开发：可集成机器学习模型（如设备故障预测）、自定义通信协议，适配复杂场景（如智能工厂、物联网边缘节点）。

三、经典应用示例：智能仓储传送带控制系统

以“基于 ARM+OpenPLC 的仓储传送带物料分拣控制”为例，详细说明实现步骤。

1. 场景需求

• 传送带输送物料（如包裹），通过传感器检测物料尺寸（大/小）和重量。
• 当物料满足“尺寸=大且重量>5kg”时，触发侧面推杆将物料推至指定通道；否则继续输送。
• 实时上传物料数量、异常状态（如传感器故障）至云端监控平台。

2. 硬件选型（ARM 核心）

组件	型号/规格	作用
ARM 控制器	树莓派 CM4（工业级，Cortex-A72）	运行 OpenPLC 软件，处理控制逻辑
传感器	超声波传感器（测尺寸）、称重传感器（测重量）	采集物料数据
执行器	直流电机（传送带驱动）、伺服电机（推杆）	执行输送和分拣动作
通信模块	以太网模块、Wi-Fi 模块	连接云端平台和 HMI（人机界面）
扩展接口板	支持 Modbus、GPIO 接口	适配传感器/执行器的信号（模拟量/数字量）

3. 软件配置（OpenPLC 核心）

（1）OpenPLC 环境部署

• 在 ARM 控制器（树莓派 CM4）上安装 OpenPLC Runtime（支持 Linux 系统）：

  # 克隆开源仓库  
  git clone https://github.com/thiagoralves/OpenPLC_v3.git  
  # 运行安装脚本（支持自动适配 ARM 架构）  
  cd OpenPLC_v3  
  ./install.sh  
  

• 启动 OpenPLC 服务，通过浏览器访问 Web 控制台（默认地址：http://[ARM 设备 IP]:8080），进行编程和监控。

（2）控制逻辑编程（IEC 61131-3 结构化文本 ST）

使用 OpenPLC 支持的结构化文本（ST）编写核心逻辑（功能块 FB_SortingControl）：

FUNCTION_BLOCK FB_SortingControl  
VAR_INPUT  RunSignal: BOOL; // 启动信号（来自 HMI 按钮）  SizeData: REAL; // 超声波传感器检测的尺寸（单位：cm）  WeightData: REAL; // 称重传感器检测的重量（单位：kg）  
END_VAR  VAR_OUTPUT  ConveyorRun: BOOL; // 传送带运行信号（True=运行）  PusherAct: BOOL; // 推杆动作信号（True=推出）  ErrorFlag: BOOL; // 异常标志（传感器故障时为 True）  
END_VAR  VAR  IsLargeSize: BOOL; // 尺寸是否为“大”（>30cm）  IsHeavy: BOOL; // 重量是否>5kg  
END_VAR  // 逻辑处理  
IF RunSignal THEN  ConveyorRun := TRUE; // 启动传送带  // 判断尺寸和重量  IsLargeSize := (SizeData > 30.0);  IsHeavy := (WeightData > 5.0);  // 满足条件时触发推杆（持续 2 秒）  IF IsLargeSize AND IsHeavy THEN  PusherAct := TRUE;  // 延时 2 秒后复位推杆（调用 OpenPLC 内置延时函数）  TON(IN:=TRUE, PT:=T#2S);  IF TON.Q THEN  PusherAct := FALSE;  TON(IN:=FALSE);  END_IF;  ELSE  PusherAct := FALSE;  END_IF;  // 传感器故障检测（数据超出合理范围）  ErrorFlag := (SizeData < 0 OR SizeData > 100) OR (WeightData < 0 OR WeightData > 50);  
ELSE  ConveyorRun := FALSE; // 停止传送带  PusherAct := FALSE;  ErrorFlag := FALSE;  
END_IF;  
END_FUNCTION_BLOCK  

（3）通信与监控配置

• 本地 HMI：通过 OpenPLC 的 Web 控制台配置可视化界面，显示“运行状态、物料计数、错误信息”，并提供“启动/停止”按钮。
• 云端对接：在 OpenPLC 中启用 MQTT 协议，将数据（SizeData、WeightData、ErrorFlag）发送至阿里云 IoT 平台，实现远程监控。

4. 运行流程

1. 操作人员通过 HMI 点击“启动”，RunSignal 置为 True，传送带开始运行。
2. 物料进入检测区域，超声波传感器和称重传感器实时采集数据并传入 OpenPLC。
3. OpenPLC 执行 FB_SortingControl 逻辑，判断是否触发推杆；若传感器数据异常，ErrorFlag 置为 True，HMI 报警。
4. 所有数据通过 MQTT 上传至云端，管理人员可在远程平台查看实时状态和历史记录。

四、总结

ARM+OpenPLC 组合通过“高性能硬件+开源软件”的模式，打破了传统 PLC 的封闭性，在成本、扩展性和智能化方面具有显著优势，尤其适合中小规模工业自动化、物联网边缘控制等场景。上述示例可扩展至更复杂场景（如多通道分拣、AI 视觉识别），只需在 ARM 端集成相应算法（如 TensorFlow Lite 模型），并通过 OpenPLC 逻辑调用即可。