基于OpenVINO? 與CMC模塊的AI-PAC的開發(fā)實戰(zhàn)

AI時代的PAC

可編程自動化控制器(Programmable Automation Controller，簡稱PAC）是一種先進(jìn)的工業(yè)自動化設(shè)備，它結(jié)合了傳統(tǒng)可編程邏輯控制器（PLC）和工業(yè)個人計算機（IPC）的優(yōu)點，旨在提供一個更加集成化、功能強大且靈活的控制解決方案。PAC的設(shè)計目標(biāo)是滿足現(xiàn)代工業(yè)環(huán)境中日益復(fù)雜的控制需求，包括高速數(shù)據(jù)處理、高級計算能力、豐富的通信接口、以及對多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的支持。

如今，人工智能（Artificial Intelligence，簡稱AI）的快速發(fā)展正在為工業(yè)帶來新的機遇和挑戰(zhàn)：

首先，工業(yè)領(lǐng)域正逐漸向智能化、自動化和數(shù)字化轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式已經(jīng)無法滿足當(dāng)今復(fù)雜多變的市場需求和競爭壓力。工業(yè)企業(yè)迫切需要提升生產(chǎn)效率、降低成本、優(yōu)化資源利用，以及提供高質(zhì)量的產(chǎn)品和服務(wù)。這些要求推動了工業(yè)智能化的發(fā)展，AI作為其中的核心技術(shù)之一，成為實現(xiàn)智能化目標(biāo)的重要工具。

其次，當(dāng)前AI應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域面臨的一個困難是，AI模型往往局限于算法仿真，無法直接與硬件IO打通。在工廠應(yīng)用中，涉及到眾多IO端口和總線，需要AI從設(shè)計、仿真到部署階段都參與進(jìn)來。然而，由于算法仿真只是在虛擬環(huán)境中進(jìn)行，很難準(zhǔn)確模擬實際工廠的各種硬件接口和通信協(xié)議。這使得在實際部署過程中，需要額外的工作來適配AI模型與硬件之間的接口，增加了工程師的工作量和復(fù)雜度。

最后，部署于邊緣端的AI需要與云上的AI進(jìn)行互通，才能實現(xiàn)工廠級別的AI。在工業(yè)生產(chǎn)中，往往需要將數(shù)據(jù)從邊緣設(shè)備收集到云端進(jìn)行處理和分析。然而，邊緣設(shè)備通常具有有限的計算和存儲資源，無法直接處理復(fù)雜的AI模型。因此，需要將AI模型部署在云端進(jìn)行計算，然后將結(jié)果傳輸回邊緣設(shè)備。這就需要邊緣端的AI與云上的AI進(jìn)行有效的通信和數(shù)據(jù)傳輸，以實現(xiàn)實時的工廠級別的AI應(yīng)用。這種邊緣與云的互通性需要考慮網(wǎng)絡(luò)延遲、數(shù)據(jù)安全性和通信協(xié)議等方面的問題，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和實施的挑戰(zhàn)。

由此，一個具備AI算力的可編程控制器+配套的集成開發(fā)環(huán)境則是PAC的未來，即AI-PAC。

什么是AI-PAC

AI-PAC（AI Programmable Automation Controller）是一種集成了AI功能的可編程控制器，它具備硬件加速AI、硬件通信和邊云協(xié)同等功能。其功能架構(gòu)可以描述如下：

AI模塊：

AI-PAC內(nèi)部包含了專門設(shè)計的AI加速硬件模塊，該模塊能夠高效地執(zhí)行AI算法，提供快速的AI推理能力。這個硬件加速模塊可以處理大規(guī)模的數(shù)據(jù)和復(fù)雜的AI模型，實現(xiàn)高性能的實時決策和分析。

控制器模塊：

AI-PAC具備可編程的控制器模塊，用于實現(xiàn)工廠設(shè)備的自動化控制和監(jiān)控。該模塊具有豐富的輸入輸出（IO）端口和通信接口，可以與各種傳感器、執(zhí)行器和其他設(shè)備進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)交互和控制操作。

硬件通信模塊：

AI-PAC內(nèi)置了多種通信接口和總線，用于與工廠設(shè)備進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)交換。這些通信接口可以支持多種通信協(xié)議，如以太網(wǎng)、Modbus、CAN等，實現(xiàn)與工廠設(shè)備的快速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

邊云協(xié)同平臺：

AI-PAC能夠?qū)崿F(xiàn)邊緣端與云端的協(xié)同工作。它可以將采集到的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的處理和分析，然后通過安全的通信協(xié)議將部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?。在云端，AI-PAC可以與云上的AI平臺進(jìn)行交互，進(jìn)行更深入的數(shù)據(jù)分析和模型訓(xùn)練，得出更準(zhǔn)確的預(yù)測和決策結(jié)果。同時，云端的AI模型也可以下發(fā)到AI-PAC進(jìn)行本地的AI推理，實現(xiàn)邊緣端的實時響應(yīng)和決策能力。

通過以上功能架構(gòu)，AI-PAC能夠?qū)?a href="http://www.ttokpm.com/soft/data/42-102/" target="_blank">AI技術(shù)與工業(yè)自動化控制相結(jié)合，實現(xiàn)高效、智能的工廠生產(chǎn)和管理。它不僅具備高性能的AI計算能力和靈活的控制功能，還能與硬件設(shè)備、云平臺之間實現(xiàn)快速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)同工作。

寧波工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院

AI PAC方案

寧波工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院作為一家主攻工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造、人工智能等前沿領(lǐng)域的新型研發(fā)機構(gòu)，研究院致力于推動國家工業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展、重大關(guān)鍵核心技術(shù)的創(chuàng)新突破和技術(shù)成果轉(zhuǎn)化， 2020年入選首批“浙江省省級新型研發(fā)機構(gòu)”，2021年研究院牽頭建設(shè)的“浙江省智能工廠操作系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新中心”入選浙江省級首批技術(shù)創(chuàng)新中心，2022年8月，入選首批“科創(chuàng)中國”創(chuàng)新基地，2022年10月，獲批建設(shè)智能制造國家新一代人工智能開放創(chuàng)新平臺。

基于行業(yè)積累和自身優(yōu)勢，寧波工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院推出了AI-PAC平臺，該平臺特點如下：

01

提供多種AI大模型的支持，包括OpenVINO 等在內(nèi)的主流模型，結(jié)合Intel提供的主板大幅度提升算力運行效能。

02

全自主研發(fā)CMC模塊，覆蓋工業(yè)IO全部需求：AI-PAC不僅提供強大的算力，還具備全自主研發(fā)的IO模塊，可滿足工業(yè)領(lǐng)域中各種常見的IO需求，如GPIO（通用輸入輸出）、總線接口等。AI-PAC可以直接與工業(yè)設(shè)備和傳感器進(jìn)行無縫連接，實現(xiàn)與現(xiàn)有工業(yè)系統(tǒng)的集成。

03

supOS云接入實現(xiàn)智能邊緣節(jié)點：結(jié)合supOS操作系統(tǒng)（supOS工業(yè)操作系統(tǒng)是我國首個具備自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)操作系統(tǒng)，為中國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級打造“統(tǒng)一的數(shù)字化底座”攻關(guān)工業(yè)操作系統(tǒng)核心關(guān)鍵技術(shù)）AI-PAC能夠方便地將數(shù)據(jù)接入云端，實現(xiàn)智能邊緣節(jié)點的功能。通過將AI-PAC與云端服務(wù)相連，工業(yè)數(shù)據(jù)可以實時上傳到云端進(jìn)行分析和處理，從而實現(xiàn)智能化的決策和優(yōu)化。這樣，通過工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用可以促進(jìn)人工智能在工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用。

04

軟硬件無縫鏈接：AI-PAC提供了一個全面的軟件平臺，使開發(fā)人員能夠方便地調(diào)用主流的模型進(jìn)行原型設(shè)計和部署。通過提供的API接口，AI-PAC實現(xiàn)了硬件通訊與AI模型的無縫打通，包括GPIO、CAN、Ethernet、EtherCAT、Modbus、Serial、AI/AO等各種硬件通訊方式。這使得在AI模型的設(shè)計過程中和在部署過程中，開發(fā)人員能夠輕松地與硬件進(jìn)行交互和通信。

在原型設(shè)計階段，開發(fā)人員可以利用AI PAC提供的軟件平臺，輕松調(diào)用主流的AI模型，并通過API接口與各種硬件通訊進(jìn)行交互。例如，可以將AI模型與GPIO接口結(jié)合，實現(xiàn)對外部設(shè)備的控制和監(jiān)測；可以利用CAN或Ethernet接口與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通信；還可以通過Modbus、Serial、AI/AO等通訊方式與工業(yè)控制設(shè)備進(jìn)行連接和控制。

在部署階段，AI-PAC同樣提供軟硬件無縫鏈接的能力。開發(fā)人員可以將經(jīng)過訓(xùn)練和優(yōu)化的AI模型部署到AI-PAC上，通過API接口與各種硬件通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和控制。例如，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，可以利用AI PAC與傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行實時數(shù)據(jù)交換和控制，實現(xiàn)智能化的生產(chǎn)和優(yōu)化。

行業(yè)應(yīng)用

01

四足機器人平臺（云深處）

AI-PAC助力云深處四足大狗機器人構(gòu)建四足機器人通用移動平臺。AI-PAC 使能人工智能算力作為大腦處理復(fù)雜信息，構(gòu)建云上通訊，四足機器人本體控制器作為小腦，控制信號融合，步態(tài)控制，快速適配不同工業(yè)場景應(yīng)用。

02

智能工廠

通過AI-PAC集成了傳統(tǒng)的工控機加PLC的功能，更加緊湊?？梢詫崿F(xiàn)針對機器視覺檢測中對于AI 模型的訓(xùn)練，并且通過內(nèi)置的CMC可以提供執(zhí)行器的控制和信號采集，比如傳輸機，機械臂控制，限位開關(guān)等。同時通過Niii Edge Pro軟件平臺可以在集成的環(huán)境中進(jìn)行AI圖像算法和IO端口的控制，保證學(xué)生在有限的課時中完成整個工業(yè)測試站的開發(fā)。同時可以通過內(nèi)置的supOS 數(shù)據(jù)采集點擴展工業(yè)大數(shù)據(jù)，工業(yè)智能的內(nèi)容。內(nèi)置的CMC也可以進(jìn)一步通過PLC梯形圖環(huán)境進(jìn)行具體執(zhí)行器算法的控制。實現(xiàn)一個平臺覆蓋多個課程內(nèi)容。

總結(jié)

在智改數(shù)轉(zhuǎn)的大背景下，AI-PAC可以方便快速的實現(xiàn)智能化控制，賦能制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級。跟AI-PAC配套的Niii Edge Pro軟件平臺可以在集成的環(huán)境中一站式實現(xiàn)AI圖像算法和運動控制。supOS工業(yè)操作系統(tǒng)將AI-PAC與云端服務(wù)相連，工業(yè)數(shù)據(jù)可以實時上傳到云端進(jìn)行分析和處理，從而實現(xiàn)智能化的決策和執(zhí)行。

作者：劉洋

寧波工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院 機器人事業(yè)部副總監(jiān)




審核編輯：劉清