在工業 4.0 與智能制造蓬勃發展的浪潮下，國內工控平板作為工業自動化與智能化的關鍵設備，其技術架構設計正經歷著從嵌入式到模塊化的深刻變革。這一轉變旨在賦予工控平板更強的柔性，使其能夠更高效、靈活地應對復雜多變的工業應用場景需求。

一、嵌入式技術架構在工控平板中的應用與局限

（一）嵌入式技術的優勢

嵌入式技術在工控平板發展初期占據重要地位。其高度集成的特性，將處理器、內存、存儲及各類功能模塊緊密整合在一個緊湊的系統中。例如，華北工控早期的部分嵌入式工控平板產品，通過優化電路設計，將核心組件集成在一塊小型主板上，使得設備體積小巧，便于安裝在空間有限的工業設備內部。這種集成化設計有效降低了功耗，提升了系統的穩定性，在一些對空間和功耗要求苛刻的工業場景，如小型自動化生產線、智能儀表控制等領域得到廣泛應用。

嵌入式工控平板還具備出色的實時性。通過定制化的嵌入式操作系統，如 Linux 的工業定制版本，能夠精確響應工業現場的各類信號。在工業自動化流水線中，嵌入式工控平板可實時采集傳感器數據，如產品尺寸檢測傳感器、設備運行狀態傳感器等信息，并在極短時間內做出分析和控制決策，確保生產流程的高效、穩定運行。

（二）嵌入式技術的局限

隨著工業應用場景日益復雜多樣，嵌入式技術架構的局限性逐漸顯現。其封閉性是一大突出問題，嵌入式系統一旦設計完成，后期進行硬件升級或功能擴展極為困難。當工業企業需要增加新的功能模塊，如在原有工控平板基礎上添加 5G 通信模塊以實現遠程設備監控時，由于嵌入式系統內部結構緊密，硬件接口和軟件驅動缺乏靈活性，往往難以實現，企業可能不得不更換整臺設備，造成高昂的成本浪費。

嵌入式工控平板在應對不同工業場景的差異化需求時靈活性不足。不同行業，如化工、汽車制造、物流倉儲等，對工控平板的功能需求差異巨大。化工行業需要工控平板具備更高的防爆、耐腐蝕性能；汽車制造行業則對設備的高精度數據采集和實時控制能力要求嚴苛；物流倉儲行業更注重設備的移動性和與各類物流設備的兼容性。而傳統嵌入式工控平板難以快速、低成本地進行針對性定制，限制了其在更廣泛工業領域的深入應用。

二、模塊化技術架構的興起與特點

（一）模塊化技術架構的發展背景

為突破嵌入式技術的局限，模塊化技術架構應運而生。工業物聯網（IIoT）的快速發展，使得工業設備之間的互聯互通需求呈爆發式增長。企業需要工控平板能夠便捷地接入各種網絡，支持多種通信協議，與不同品牌、不同類型的工業設備進行數據交互。同時，人工智能、大數據分析等新興技術在工業領域的應用不斷深入，要求工控平板具備更強的計算能力和可擴展性，以處理海量數據和運行復雜算法。模塊化技術架構正是順應這些趨勢，為國內工控平板的發展開辟了新路徑。

（二）模塊化技術架構的核心特點

硬件模塊化設計：國內眾多工控平板廠商，如聚徽，采用了 “樂高式” 的硬件模塊化設計理念。將工控平板的硬件系統拆分為多個獨立的功能模塊，包括處理器模塊、顯示模塊、存儲模塊、通信模塊等。以處理器模塊為例，廠商提供多種不同性能級別的選擇，從低功耗的 ARM 架構處理器模塊適用于對能耗敏感的移動工業場景，到高性能的 Intel 酷睿處理器模塊滿足對復雜數據處理需求較高的工業應用，如工業圖像識別、智能倉儲物流調度等。用戶可根據實際需求自由組合這些模塊，構建最適合自身業務的工控平板系統。

在通信模塊方面，提供了豐富的接口選項，包括 RS232/485 串口模塊用于連接傳統工業設備，以太網模塊實現高速網絡通信，以及支持 5G、Wi-Fi 6 等無線通信技術的模塊，滿足工業設備在不同環境下的聯網需求。這種硬件模塊化設計極大地提高了工控平板的可定制性和靈活性，企業可以根據業務發展和技術升級隨時更換或添加模塊，降低了設備更新換代的成本。

軟件模塊化與兼容性：模塊化技術架構不僅體現在硬件層面，軟件方面同樣實現了模塊化設計。工控平板的操作系統和應用軟件被拆分為多個功能模塊，各模塊之間通過標準化接口進行通信。例如，在工業自動化控制軟件中，數據采集模塊、數據分析模塊、設備控制模塊等相互獨立又協同工作。當企業需要升級數據分析功能時，只需更換對應的軟件模塊，而無需對整個軟件系統進行大規模修改，大大提高了軟件的可維護性和可擴展性。

同時，模塊化軟件設計增強了系統的兼容性。不同廠商開發的軟件模塊，只要遵循統一的接口標準，就可以在同一臺工控平板上協同運行。這使得工業企業能夠整合來自不同供應商的優質軟件資源，打造個性化的工業應用解決方案。例如，在一個智能工廠項目中，企業可以選用 A 廠商的設備監控軟件模塊、B 廠商的生產數據分析軟件模塊，通過標準化接口集成在同一臺模塊化工控平板上，實現生產過程的全方位智能化管理。

三、模塊化技術架構在不同工業場景中的應用實例

（一）智能工廠中的應用

在智能工廠環境下，模塊化工控平板發揮了重要作用。以汽車制造智能工廠為例，生產線上需要工控平板實現對各種自動化設備的實時監控與精準控制，同時還要處理大量的生產數據，如車輛零部件的裝配數據、設備運行狀態數據等，并將這些數據實時傳輸至工廠管理系統。模塊化工控平板通過搭載高性能的處理器模塊和大容量存儲模塊，能夠快速處理復雜的生產數據，確保設備控制的及時性和準確性。其豐富的通信模塊，如千兆以太網模塊和 5G 模塊，實現了與工廠內部局域網以及外部云平臺的高速穩定連接，保障了生產數據的實時上傳與下載，為工廠的智能化管理提供了有力支持。

（二）工業物流中的應用

在工業物流領域，尤其是自動化倉儲和智能分揀系統中，模塊化工控平板展現出獨特優勢。在自動化立體倉庫中，工控平板作為設備控制終端，需要具備良好的移動性和與各類物流設備的兼容性。模塊化設計使得平板可以選擇輕便的手持式外殼模塊，方便操作人員攜帶。同時，通過搭配 RFID 讀卡器模塊和高精度定位模塊，能夠實現對貨物的快速識別和精準定位，提高倉儲管理效率。在智能分揀系統中，工控平板利用其強大的圖像處理模塊和 AI 計算模塊，對傳送帶上的貨物進行圖像識別和分類，配合高速通信模塊將分揀指令快速傳輸至分揀設備，實現高效、準確的貨物分揀，大大提升了物流作業的自動化水平。

四、國內工控平板模塊化技術架構的發展趨勢與展望

（一）技術融合與創新

未來，國內工控平板的模塊化技術架構將不斷融合新興技術，實現創新發展。隨著人工智能技術在工業領域的深入應用，模塊化工控平板將集成更強大的 AI 計算模塊，如具有更高算力的 NPU（神經網絡處理單元）模塊，以實現更復雜的工業場景智能分析，如設備故障預測、產品質量檢測等。同時，量子計算技術的發展也可能為工控平板帶來新的機遇，未來有望出現集成量子計算加速模塊的工控平板，大幅提升數據處理速度和復雜算法的運算能力。

（二）生態系統建設

為推動模塊化技術架構的廣泛應用，國內工控平板廠商將加強生態系統建設。一方面，與上下游企業建立更緊密的合作關系，共同制定模塊化硬件和軟件的行業標準，提高不同廠商模塊之間的兼容性和互操作性。另一方面，通過搭建開發者社區、提供豐富的開發工具和資源，吸引更多的軟件開發者基于模塊化工控平板開發各類工業應用，豐富工業應用生態，為工業企業提供更多創新的解決方案，進一步推動工業智能化的發展進程。

從嵌入式到模塊化的技術架構轉變，為國內工控平板帶來了前所未有的柔性和適應性，在工業領域的應用中展現出巨大優勢。隨著技術的不斷進步和生態系統的逐步完善，模塊化技術架構將助力國內工控平板在工業 4.0 的征程中發揮更為關鍵的作用，推動工業智能化邁向新的高度。

審核編輯 黃宇