Mikrokontroler vs PLC: szczegółowe porównanie

Pojawienie się Arduino i wielu innych płyt opartych na mikrokontrolerach w ostatnim czasie zwiększyło zainteresowanie systemami wbudowanymi, otwierając świat mikrokontrolerów dla dużej liczby. Zwiększyło to nie tylko liczbę użytkowników mikrokontrolerów, ale także zwiększyło zakres i zastosowania, w których są wykorzystywane. Dlatego w ostatnich kilku artykułach omówiliśmy kilka kluczowych tematów, które są ważne przy tworzeniu wspaniałych urządzeń z systemami wbudowanymi, takich jak; wybór odpowiedniego mikrokontrolera dla twojego projektu, wybór między mikrokontrolerem a mikroprocesorem. W tym samym duchu, w dzisiejszym artykule, będę porównywać mikrokontrolery z programowalnymi sterownikami logicznymi (PLC).

Programowalny sterownik logiczny

Programowalny sterownik logiczny (PLC), jest po prostu wyspecjalizowane urządzenie przeznaczone do stosowania w przemysłowych systemach sterowania i innych systemów komputerowych, w których niezawodność systemu jest wysoka.

Początkowo zostały opracowane w celu zastąpienia przekaźników przewodowych, sekwencji i timerów używanych w procesie produkcyjnym przez przemysł automatyki, ale dziś skalują się i są używane we wszelkiego rodzaju procesach produkcyjnych, w tym w liniach robotów. Obecnie prawdopodobnie nie ma jednej fabryki na świecie, która nie miałaby maszyny lub sprzętu działającego na sterownikach PLC. Głównym powodem ich szerokiego przyjęcia i zastosowania jest ich głęboko zakorzeniona wytrzymałość i zdolność do wytrzymywania nieostrożnego obchodzenia się / środowiska związanego z produkcją podłóg. Są również dobrym przykładem systemów operacyjnych czasu rzeczywistego ponieważ mają one dużą zdolność do wytwarzania danych wyjściowych na określone wejścia w bardzo krótkim czasie, co jest kluczowym wymogiem dla ustawień przemysłowych, ponieważ drugie opóźnienie może zakłócić całą operację.

Mikrokontrolery

Z drugiej strony mikrokontrolery to małe urządzenia obliczeniowe na pojedynczym chipie, które zawierają jeden lub więcej rdzeni przetwarzających, z urządzeniami pamięci wbudowanymi obok programowalnych portów wejścia i wyjścia (I / O) specjalnego i ogólnego przeznaczenia. Są używane we wszelkiego rodzaju urządzeniach codziennego użytku, szczególnie w aplikacjach, w których trzeba wykonywać tylko określone, powtarzalne zadania. Zwykle są puste i nie mogą być używane jako samodzielne urządzenia bez niezbędnych połączeń. W przeciwieństwie do sterowników PLC nie mają interfejsów, takich jak wyświetlacz, i wbudowanych przełączników, ponieważ zwykle mają tylko GPIO, do których można podłączyć te komponenty.

Dzisiejszy poradnik będzie koncentrował się na porównaniu sterowników PLC i systemów mikrokontrolerów pod różnymi nagłówkami, które obejmują;

Architektura
Interfejsy
Wydajność i niezawodność
Wymagany poziom umiejętności
Programowanie
Aplikacje

1. Architektura

Architektura sterowników PLC:

Sterowniki PLC ogólnie można nazwać mikrokontrolerem wysokiego poziomu. Zasadniczo składają się z modułu procesora, zasilacza i modułów we / wy. Moduł procesora składa się z jednostki centralnej (CPU) i pamięci. Oprócz mikroprocesora CPU zawiera również co najmniej interfejs, przez który może być programowany (USB, Ethernet lub RS232) wraz z sieciami komunikacyjnymi. Zasilacz jest zwykle oddzielnym modułem, a moduły I / O są oddzielone od procesora. Typy modułów we / wy obejmują dyskretne (wł. / Wył.), Analogowe (zmienne ciągłe) oraz moduły specjalne, takie jak sterowanie ruchem lub szybkie liczniki. Urządzenia polowe są podłączone do modułów I / O.

W zależności od ilości modułów I / O posiadanych przez PLC, mogą one znajdować się w tej samej obudowie co PLC lub w oddzielnej obudowie. Niektóre małe sterowniki PLC zwane nano / mikro PLC zazwyczaj mają wszystkie części, w tym zasilanie, procesor itp., W tej samej obudowie.

Architektura mikrokontrolera

Architektura opisanych powyżej sterowników PLC jest nieco podobna do mikrokontrolerów pod względem elementów składowych, ale mikrokontroler realizuje wszystko na jednym chipie, od procesora po porty I / O i interfejsy wymagane do komunikacji ze światem zewnętrznym. Architekturę mikrokontrolera przedstawiono poniżej.

Przykład kodu opartego na logice drabinkowej / diagramie pokazano powyżej. Zwykle wygląda jak drabina, co jest powodem jego nazwy. Ten uproszczony wygląd sprawia, że programowanie PLC jest bardzo łatwe, tak że jeśli potrafisz analizować schemat, możesz programować sterowniki PLC.

Ze względu na niedawną popularność nowoczesnych języków programowania wysokiego poziomu, sterowniki PLC są obecnie programowane przy użyciu tych języków, takich jak C, C ++ i basic, ale wszystkie sterowniki PLC generalnie nadal są zgodne z branżowym standardem systemów sterowania IEC 61131/3 i obsługują języki programowania określone przez standard, który obejmuje; Schemat drabinkowy, tekst strukturalny, schemat bloków funkcyjnych, lista instrukcji i sekwencyjny schemat blokowy.

Współczesne sterowniki PLC są zwykle programowane za pomocą oprogramowania aplikacyjnego opartego na dowolnym z wymienionych powyżej języków, działającego na komputerze PC podłączonym do PLC za pomocą dowolnego z interfejsów, USB, Ethernet, RS232, RS-485, RS-422.

Z drugiej strony mikrokontrolery są programowane przy użyciu języków niskiego poziomu, takich jak asembler lub języki wysokiego poziomu, takie jak między innymi C i C ++. Zwykle wymaga dużego doświadczenia z używanym językiem programowania i ogólnego zrozumienia zasad tworzenia oprogramowania układowego. Programiści zwykle muszą rozumieć takie pojęcia, jak struktury danych, a do opracowania bardzo dobrego oprogramowania układowego dla projektu wymagane jest głębokie zrozumienie architektury mikrokontrolera.

Mikrokontrolery są zwykle również programowane za pomocą oprogramowania uruchomionego na komputerze PC i są zwykle podłączane do tego komputera za pośrednictwem dodatkowego sprzętu, zwanego programistami.

Działanie programów na PLC jest jednak bardzo podobne do działania mikrokontrolera. PLC wykorzystuje dedykowany sterownik, dzięki czemu przetwarza tylko jeden program w kółko. Jeden cykl programu nazywa się skanowaniem i jest podobny do mikrokontrolera przechodzącego przez pętlę.

Poniżej przedstawiono cykl operacyjny programu działającego na PLC.

6. Aplikacje

Sterowniki PLC to podstawowe elementy sterujące stosowane w przemysłowych systemach sterowania. Znajdują zastosowanie w sterowaniu maszynami przemysłowymi, przenośnikami, robotami i innymi maszynami liniowymi. Są również wykorzystywane w systemach opartych na SCADA oraz w systemach wymagających wysokiego poziomu niezawodności i odporności na ekstremalne warunki. Są wykorzystywane w branżach, w tym;

1. System ciągłego napełniania butelek 2. System

mieszania

partii 3. System klimatyzacji

stopniowej 4. Kontrola ruchu

Z kolei mikrokontrolery znajdują zastosowanie w codziennych urządzeniach elektronicznych. Są głównymi elementami składowymi wielu elektroniki użytkowej i inteligentnych urządzeń.

Zastąpienie sterowników PLC w zastosowaniach przemysłowych mikrokontrolerami

Pojawienie się łatwych w użyciu płytek mikrokontrolerów zwiększyło zakres, w jakim mikrokontrolery są używane, są one obecnie dostosowywane do niektórych zastosowań, dla których mikrokontrolery zostały uznane za nieodpowiednie, od małych komputerów do majsterkowania po kilka złożonych systemów sterowania. Doprowadziło to do pytań o to, dlaczego mikrokontrolery nie są używane zamiast sterowników PLC, a głównym argumentem jest koszt PLC w porównaniu z mikrokontrolerami. Ważne jest, aby wiele zrobić z zwykłymi mikrokontrolerami, zanim będzie można je wykorzystać w zastosowaniach przemysłowych.

Chociaż odpowiedź można znaleźć w punktach już wspomnianych w tym artykule, wystarczy podkreślić dwie kluczowe kwestie.

1. Mikrokontrolery nie są zaprojektowane tak, aby były odporne i odporne na ekstremalne warunki, takie jak PLC. To sprawia, że nie są gotowe do zastosowań przemysłowych.

2. Przemysłowe czujniki i aktuatory są zwykle projektowane zgodnie ze standardem IEC, który zwykle dotyczy zakresu prądu / napięcia i interfejsów, które mogą nie być bezpośrednio kompatybilne z mikrokontrolerami i będą wymagały pewnego rodzaju sprzętu pomocniczego, co zwiększa koszty.

Istnieją inne kwestie, ale aby pozostać w zakresie tego artykułu, powinniśmy się tutaj zatrzymać.

Podsumowując, każde z tych urządzeń sterujących jest przeznaczone do użytku w określonych systemach i należy je dobrze rozważyć przed podjęciem decyzji o najlepszym z nich do konkretnego zastosowania. Należy zauważyć, że niektórzy producenci budują sterowniki PLC oparte na mikrokontrolerach, podobnie jak osłony przemysłowe, które teraz tworzą sterowniki PLC oparte na Arduino, pokazane poniżej.