Tensor Flow Lite micro

Tensor Flow Lite micro与HIF3
博客提及了Tensor Flow Lite micro与HIF3相关内容,这属于信息技术领域。Tensor Flow Lite micro在相关技术应用中或有重要作用,HIF3与之结合可能带来新的技术发展。

Tensor Flow Lite micro  with HIF3  

在PLC(可编程逻辑控制器)中直接运行AI模型是工业自动化领域的一个前沿方向,传统PLC主要用于执行逻辑控制、顺序控制等任务,计算能力有限,但随着工业边缘计算的发展,部分高端PLC已具备运行轻量级AI模型的能力。 --- ## 一、可行性分析 ### 1.1 PLC运行AI模型的限制 | 限制因素 | 说明 | |----------|------| | CPU性能 | 多数PLC为嵌入式ARM或x86架构,计算能力有限 | | 内存容量 | 内存较小,不适合运行复杂模型 | | 实时性要求 | AI模型推理可能影响PLC原有控制任务 | | 编程语言限制 | 多数PLC使用IEC 61131-3语言(如ST、LD),不支持Python等 | ### 1.2 可行方案 | 方案 | 描述 | |------|------| | **边缘PLC + Linux系统** | 如倍福(Beckhoff)TwinCAT 3,支持在Windows/Linux下运行Python模型 | | **PLC嵌入AI协处理器** | 如使用FPGA、NPU协处理器加速推理 | | **模型部署在PLC的Soft PLC环境** | 使用TwinCAT、CODESYS等软PLC环境运行AI模型 | | **模型转换为C/C++代码嵌入PLC** | 使用TensorFlow Lite for Microcontrollers、ONNX Runtime等 | --- ## 二、实现方案详解(以TwinCAT 3为例) ### 2.1 硬件平台:倍福嵌入式PLC(如CX9020) 该PLC运行Linux系统,支持TwinCAT 3运行时,可安装Python环境。 ### 2.2 软件环境 - 操作系统:Linux(TwinCAT 3运行时) - 支持Python 3.x、TensorFlow Lite、ONNX Runtime - 支持C/C++、IEC 61131-3混合编程 --- ## 三、具体实现步骤 ### 3.1 模型准备(Python端) ```python # train_model.py from sklearn.ensemble import RandomForestRegressor import numpy as np import joblib # 示例数据 X = np.random.rand(1000, 5) y = np.random.rand(1000) # 训练模型 model = RandomForestRegressor() model.fit(X, y) # 保存模型 joblib.dump(model, 'boiler_efficiency_model.pkl') ``` ### 3.2 模型转换为ONNX格式(便于部署) ```python # convert_to_onnx.py from skl2onnx import convert_sklearn from skl2onnx.common.data_types import FloatTensorType import joblib model = joblib.load('boiler_efficiency_model.pkl') initial_type = [('float_input', FloatTensorType([None, 5]))] onnx_model = convert_sklearn(model, initial_types=initial_type) with open("boiler_efficiency_model.onnx", "wb") as f: f.write(onnx_model.SerializeToString()) ``` ### 3.3 在PLC中部署ONNX模型(使用ONNX Runtime) ```python # model_inference.py import onnxruntime as ort import numpy as np # 加载ONNX模型 ort_session = ort.InferenceSession("boiler_efficiency_model.onnx") # 输入数据 input_data = np.array([[1200, 1500, 100, 850, 3.5]], dtype=np.float32) # 推理 outputs = ort_session.run( None, {'float_input': input_data} ) print("预测效率:", outputs[0][0]) ``` --- ## 四、集成到TwinCAT项目中 1. 在TwinCAT 3中创建一个“T_SampleTask”任务 2. 使用TcCOM调用Python脚本(或使用.NET集成) 3. 或将模型转换为C代码,使用TwinCAT C++库调用 --- ## 五、轻量化部署方案(适用于低端PLC) ### 5.1 使用TensorFlow Lite for Microcontrollers ```c #include "tensorflow/lite/micro/all_ops_resolver.h" #include "tensorflow/lite/micro/micro_interpreter.h" #include "tensorflow/lite/schema/schema_generated.h" #include "model.h" // 编译后的TFLite模型 const tflite::Model* model = tflite::GetModel(g_model); tflite::AllOpsResolver resolver; const tflite::Interpreter* interpreter; // 初始化 TfLiteStatus init_status = interpreter->AllocateTensors(); if (init_status != kTfLiteOk) { // 错误处理 } // 设置输入 float* input = interpreter->typed_input_tensor<float>(0); input[0] = 1200.0; // primary_air_flow input[1] = 1500.0; // secondary_air_flow ... // 推理 interpreter->Invoke(); // 获取输出 float* output = interpreter->typed_output_tensor<float>(0); printf("预测效率:%f\n", output[0]); ``` --- ## 六、总结 | 方法 | 适用场景 | 优点 | 缺点 | |------|----------|------|------| | TwinCAT + Python | 高端PLC,边缘设备 | 灵活、开发快 | 资源消耗大 | | ONNX Runtime | 支持Linux的PLC | 跨平台、兼容性强 | 需要部署运行时 | | TensorFlow Lite | 微控制器、嵌入式PLC | 占用资源小 | 开发复杂 | | C/C++模型嵌入 | 定制化系统 | 性能高 | 开发周期长 | --- ###
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