Przegląd plc i różnych płyt plc opartych na Arduino

Arduino zostało wprowadzone po raz pierwszy w 2005 roku w celu zapewnienia niedrogiego i łatwego sposobu dla nowicjuszy i profesjonalistów na tworzenie urządzeń, które współdziałają z otoczeniem za pomocą czujników i elementów wykonawczych.

Przed wprowadzeniem Arduino projekt osadzony był postrzegany jako złożony temat, a hobbyści (lub inżynierowie) musieli znaleźć profesjonalistę, aby uzyskać działający model ich problemu. Jeśli chcesz mieć prostą drukarkę 3D, musisz uzyskać profesjonalną pomoc, ponieważ istnieją tysiące kontrolerów z ich kompatybilnym IDE. A hobbysta nie może poznać wszystkich mikrokontrolerów i sposobów ich programowania. Sytuacja dobiegła końca, gdy wprowadzono powszechnie akceptowane ARDUINO. Dzięki temu hobbystowie lub inżynierowie mogą projektować i rozwijać własne projekty bez specjalistycznej pomocy.

I powód, dla którego stała się tak powszechnie akceptowana, ponieważ jest to platforma elektroniczna typu open source oparta na łatwym w użyciu sprzęcie i oprogramowaniu. Płytki Arduino są w stanie odczytać dane wejściowe, takie jak światło na czujniku, palec na przycisku i przekształcić je w programowalne wyjście, takie jak aktywacja silnika, włączenie diody LED i opublikowanie czegoś w Internecie.

Z biegiem lat Arduino stało się coraz bardziej popularne i wraz z tym powstało wiele zaawansowanych płyt o podobnych celach, takich jak Raspberry PI, Panda itp. Arduino jest wykorzystywane jako mózg w tysiącach projektów, od przedmiotów codziennego użytku po złożone instrumenty naukowe. Studenci, hobbyści, artyści, programiści i profesjonaliści z całego świata zgromadzili się wokół tej platformy open source i opracowali wiele projektów, gromadząc w ten sposób niesamowitą ilość wiedzy, która może być bardzo pomocna zarówno dla nowicjuszy, jak i ekspertów.

Dzięki zgromadzonej wiedzy i niedawnemu wprowadzeniu IoT, szum na Arduino zrobił kolejny krok naprzód, stając się niezbędnym narzędziem do nauki dla inżynierów i hobbystów. Teraz płyta Arduino zaczęła się zmieniać, aby dostosować się do nowych potrzeb i wyzwań, takich jak aplikacje IoT, urządzenia do noszenia, drukowanie 3D, środowiska wbudowane i wreszcie PLC (programowalny kontroler logiczny). W tym artykule dowiemy się, czym jest PLC i jak Arduino może być używane jako PLC.

Wprowadzenie do PLC (programowalny sterownik logiczny)

Najpierw zrozummy termin automatyka przemysłowa, zanim przejdziemy do PLC. Jak wszyscy wiemy, używanie maszyn do pracy w przemyśle jest bardziej opłacalne niż używanie ludzi, ponieważ maszyny nie potrzebują pieniędzy, wakacji ani przerw, więc jeśli maszyny są używane zamiast ludzi, przemysł może wytwarzać swoje produkty 24 * 7 bez problemu. Ta konfiguracja polegająca na zastępowaniu ludzi maszynami lub robotycznymi ramionami nazywa się automatyzacją przemysłową.

PLC to jednostka sterująca specjalnie zaprojektowana do obsługi maszyn używanych w automatyce przemysłowej. Zostały zaprojektowane tak, aby były niezawodne w trudnych warunkach przemysłowych (takich jak ekstremalne temperatury, wilgotność, wilgoć, zapylenie). Zastosowania PLC można zobaczyć na linii montażowej zakładu produkcyjnego, w zakładzie przeróbki rudy, spawaniu zrobotyzowanym, rzeźbieniu CNC itp. Ponieważ ten sprzęt jest zaprojektowany z myślą o wysokiej wydajności i trudnym środowisku, jest kosztowny zarówno w instalacji, jak i naprawie.

PLC (Programmable Logic Controller) ma wiele funkcji podobnych do naszego domowego komputera osobistego. Oba mają zasilacz, procesor (jednostka centralna), porty wejść i wyjść (I / O), pamięć RAM i ROM oraz oprogramowanie sterujące. Największą różnicą między nimi jest to, że PLC może wykonywać dyskretne i ciągłe funkcje w trudnym środowisku, którego nie może wykonać komputer PC. Możesz również odczytać różnicę między PLC a mikrokontrolerem, aby uzyskać przegląd jego porównania z mikrokontrolerami.

Na rynku istnieje wiele różnych typów sterowników PLC w zależności od wymagań klienta. Chociaż istnieje wiele typów sterowników PLC, spełniają one określone standardy, które użytkownik może łatwo wybrać.

Podstawowa funkcja PLC

Aby zrozumieć podstawowe działanie PLC, przyjmijmy prosty przykład, jak pokazano poniżej.

Powiedzmy, że w tej konfiguracji musimy zapalać żarówkę na pierwsze pięćdziesiąt sekund i wyłączać żarówkę na następne dwadzieścia sekund, a następnie musimy użyć przełącznika w obwodzie, aby stale zamykać i otwierać pętlę. Jest to proste, ale bardzo męczące zadanie dla człowieka, a kupowanie za każdym razem przekaźników czasowych do tego typu problemów nie jest opłacalne. We wszystkich tych przypadkach do rozwiązania problemu możemy użyć jednego sterownika PLC.

Tutaj widać, że PLC jest podłączony w pętli konfiguracji, utrzymując przełącznik zamknięty. Możemy użyć programowania do ustawienia timera dla PLC w obwodzie. Po zakończeniu sterownik PLC może w sposób ciągły zamykać i otwierać pętlę, co zastępuje potrzebę interwencji człowieka. Gdy PLC rozpocznie wykonywanie programu, nie zatrzyma się do czasu przerwania.

To tylko prosta konfiguracja, a sterownik PLC ma możliwość sterowania znacznie większymi i bardziej złożonymi procesami, takimi jak sterowanie PWM, wykrywanie itp. Sterownik PLC jest zwykle projektowany w taki sposób, aby klient był w stanie dostosować PLC funkcjonuje w zależności od aplikacji i potrzeb.

Schemat blokowy sterownika PLC

Spójrzmy teraz na ważne moduły obecne w PLC.

Moduł zasilacza: ten moduł jest czasami umieszczany jako oddzielna konfiguracja, jak adapter, aw innych przypadkach będzie projektowany bezpośrednio na głównej płytce drukowanej. Zadaniem modułu jest dostarczenie wymaganej mocy do całej konfiguracji PLC (Programmable Logic Controller). Moduł jest konwerterem, który przekształca dostępną moc AC na prąd stały, który jest wymagany przez CPU i inne moduły. Zwykle PLC działa na szynie zasilającej 12V i 24V.

Central Processing Unit: ten moduł jest najlepiej chroniony, ponieważ stanowi rdzeń funkcjonowania całego PLC. Moduł CPU składa się z mikroprocesora lub mikrokontrolera, pamięci programu, pamięci flash i pamięci RAMS. Pamięć flash lub pamięć ROM przechowuje system operacyjny, sterownik i aplikację. Pamięć RAM jest używana przez mikroprocesor w celu uzyskania dostępu do danych i informacji.

Zadaniem CPU jest wykonanie programu zapisanego w pamięci i postępowanie zgodnie z pisemnymi instrukcjami. Tak więc w zasadzie procesor odczytuje dane wejściowe z czujników w celu przetworzenia i ostatecznie wysyła odpowiednią odpowiedź na podstawie programu.

Moduł wejściowy i wyjściowy: Moduł wejściowy służy do ustanowienia połączenia między różnymi czujnikami i klawiaturami do CPU, a moduł wyjściowy jest używany przez procesor do zapewniania odpowiedzi światu zewnętrznemu.

Moduł urządzenia programującego: Moduł ten służy do nawiązywania komunikacji między komputerem a PLC. Podstawową funkcją jest przeprogramowanie mikroprocesora PLC.

Rodzaje PLC (programowalny sterownik logiczny)

PLC jest podzielony na dwa typy, mianowicie stały (lub kompaktowy) i modułowy PLC.

1. Kompaktowy lub stacjonarny sterownik PLC: Zwykle jest to niskobudżetowy sterownik PLC, popularny w wielu branżach. Kompaktowy sterownik PLC ma stałą liczbę modułów I / O i zewnętrznych kart I / O i nie można ich później rozszerzyć w celu wykonania bardziej złożonej konfiguracji. Na poniższym rysunku widać stały sterownik PLC.

2. Modułowy sterownik PLC: Modułowy sterownik PLC pozwala na wielokrotne rozszerzenia poprzez równoległe układanie „modułów” w stos. Porty I / O modułowego PLC można zwiększyć w celu wykonania bardziej złożonych operacji w przemyśle. Modułowy sterownik PLC jest również łatwiejszy w użyciu, ponieważ każdy element jest od siebie niezależny. Ten typ PLC jest popularny w wielu branżach

Arduino vs PLC (programowalny kontroler logiczny)

Jak wspomnieliśmy wcześniej, ważne moduły PLC są podobne do komputerów PC (komputer osobisty) i są jeszcze bardziej podobne do komputerów jednopłytkowych, takich jak Arduino. Tak więc wewnętrznie na pewnym poziomie działanie zarówno PLC, jak i Arduino jest takie samo i możemy użyć tego Arduino do zaprojektowania PLC (programowalny sterownik logiczny). Sterowniki Arduino są już obecne na rynku i są tańsze w porównaniu do konwencjonalnych sterowników PLC. Tak więc Arduino-PLC staje się obecnie popularny, a jego zastosowania będą coraz bardziej popularne w przyszłości. Są to pewne różnice między Arduino PLC a konwencjonalnym PLC, a kilka z nich zostało wymienionych poniżej.

Arduino PLC	PLC (programowalny sterownik logiczny)
Potrzebne komponenty zewnętrzne do pracy jako PLC	Nie wymaga dodatkowych komponentów zewnętrznych
Powszechnie akceptowane	Promowany głównie w branżach
Niska cena	Wysoki koszt
Musisz nauczyć się podstawowego programowania, aby przepisać program Arduino	Potrzebna była tylko podstawowa technika operacyjna do przeprogramowania PLC
Przeprogramowanie jest stosunkowo trudne	Przeprogramowanie jest stosunkowo łatwe
Zadowalający występ	Wysoka wydajność
Nie może pracować w trudnych warunkach	Potrafi pracować w trudnych warunkach
Kompaktowy i mały	Nieporęczne i ciężkie
Układanie w stos nie może być używane do dalszego działania sterownika PLC Arduino PLC	Układanie w stosy może być wykorzystane do usprawnienia działania normalnego sterownika PLC
Więcej opcji komunikacji	Mniej opcji komunikacyjnych
Łatwa do wymiany i naprawy	Trudne do wymiany i naprawy
Mniejsze opcje do wyboru	Wiele opcji do wyboru

Omówmy teraz pokrótce popularne sterowniki PLC oparte na Arduino, które są obecnie na rynku.

1. Przemysłowe osłony Arduino PLC

Industrial Shields to popularna firma, która dostarcza osłony PLC oparte na Arduino do wielu zastosowań przemysłowych. Powszechnie używane tarcze omówiono pokrótce poniżej.

Osłony przemysłowe ARDBOX:

ARDBOX to oparty na Arduino sterownik PLC przeznaczony do małych i średnich zastosowań przemysłowych. Zdjęcie ARDBOX pokazano poniżej.

ARDBOX został zaprojektowany w oparciu o ARDUINO LEONARO, więc zasadniczo wszystkie specyfikacje techniczne ARDBOX są specyfikacjami LEONARO. Podstawowe cechy i dane techniczne ARDBOX są podane poniżej.

Napięcie wejściowe	12 V lub 24 V.
Moc znamionowa	30Watt
Maksymalny prąd	1.5A
Szybkośc zegara	16 MHz
Rozmiar	100x45x115 mm
Język programowania	Arduino IDE.
Pamięć flash	32 KB, z czego 4 KB jest używane przez program ładujący
SRAM	2,5 KB
EEPROM	1 KB
Komunikacja	I2C - USB - RS232 - RS485 - SPI - TTL
SUMA Punkty wejściowe	10
SUMA Punkty wyjściowe	10
Wyjście izolowane PWM	do 24Vdc I max: 70 mA Izolacja galwaniczna Dioda chroniona dla przekaźnika Napięcie znamionowe: 24 V DC

Osłony przemysłowe M-Duino:

M-DUINO to oparty na Arduino sterownik PLC przeznaczony do małych i średnich zastosowań przemysłowych. Zdjęcie sterownika PLC pokazano poniżej.

Płyta M-DUINO została zaprojektowana w oparciu o płytę ARDUINO MEGA, więc wszystkie specyfikacje techniczne płyty MEGA są specyfikacjami M-DUINO. Podstawowe cechy i dane techniczne M-DUINO podano poniżej.

Napięcie wejściowe	12 V lub 24 V.
Moc znamionowa	40Watt
Maksymalny prąd wyjściowy	0,5A
Szybkośc zegara	16 MHz
Rozmiar	101x119x70mm
Język programowania	Arduino IDE.
Pamięć flash	32 KB, z czego 0,5 KB jest używane przez program ładujący
SRAM	2 KB
EEPROM	1 KB
Komunikacja	I2C1 - Port Ethernet - USB - RS485 - SPI - (3x) Rx, Tx (piny Arduino)
SUMA Punkty wejściowe	13,26,36
SUMA Punkty wyjściowe	8,16,22
Wyjście izolowane PWM	24 V DC (3,6,8) I max: 70 mA

2. PLC PLDuino Arduino

PLDuino to programowalny kontroler logiczny (PLC) oparty na architekturze Arduino firmy Digital Loggers, który jest dostępny na rynku za około 150 USD. Ten sterownik PLC łączy Arduino Mega (ATmega2560) z modułem Wi-Fi ESP8266 i ekranem dotykowym TFT o przekątnej 2,4 cala, dzięki czemu nadaje się do zastosowań przemysłowych IoT i innych aplikacji robotów fabrycznych.

PLDuino można łatwo zaprogramować za pomocą prostego kabla USB, również wraz z popularnym Arduino IDE PLDuino można również programować za pomocą Lua, GNU lub nawet AVR Studio. PLDuino zapewnia również kody demonstracyjne i biblioteki, aby pomóc początkującym w szybkim rozpoczęciu programowania. Zaawansowanym użytkownikom PLDuino umożliwiło również otwarcie pokrywy i eksplorację wnętrza PLC, aby dostosować sprzęt do wymagań ich aplikacji, pełne schematy i specyfikacje komponentów są również dostępne online. Pełną specyfikację PLDuino przedstawia poniższy obrazek

3. Sterowniki PLC Controllino Arduino

Controllino to nic innego jak uprzemysłowione Arduino. Łączy w sobie elastyczność i otwarty charakter ekosystemu Arduino z bezpieczeństwem i niezawodnością przemysłowych sterowników PLC.

Firma dostarcza trzy moduły zaprojektowane w oparciu o trzy płytki Arduino.

Controllino MINI:

Zaprojektowany na płycie Arduino Uno.

Napięcie wejściowe	12 V lub 24 V.
Temperatura robocza	5ºC do 55ºC
Maksymalny prąd przekaźnika	6A
Szybkośc zegara	16 MHz
Rozmiar	36x90x60 mm
Język programowania	Arduino IDE.
Pamięć flash	32 KB, z czego 0,5 KB jest używane przez program ładujący
SRAM	2 KB
EEPROM	1 KB
Komunikacja	I2C1– USB - SPI
SUMA Punkty wejściowe	8
SUMA Punkty wyjściowe	8

Controllino MAXI:

Jest to zaprojektowane na mikrokontrolerze ATMEGA2560 Atmel lub na płycie Arduino Mega.

Napięcie wejściowe	12 V lub 24 V.
Temperatura robocza	0ºC do 55ºC
Maksymalny prąd wyjściowy przekaźnika	6A
Szybkośc zegara	16 MHz
Rozmiar	72x90x62mm
Język programowania	Arduino IDE
Pamięć flash	256 KB
SRAM	8 KB
EEPROM	4KB
Komunikacja	I2C1, port Ethernet, USB, SPI
SUMA Punkty wejściowe	12
SUMA Punkty wyjściowe	12, wyjście przekaźnikowe-10

Controllino Mega:

Mega PLC został zaprojektowany na mikrokontrolerze ATMEGA2560 Atmel lub na płycie Arduino Mega.

Napięcie wejściowe	12 V lub 24 V.
Temperatura robocza	0ºC do 55ºC
Maksymalny prąd wyjściowy przekaźnika	6A
Szybkośc zegara	16 MHz
Rozmiar	107x90x62mm
Język programowania	Arduino IDE
Pamięć flash	256 KB
SRAM	8 KB
EEPROM	4KB
Komunikacja	I2C1, port Ethernet, USB, SPI
SUMA Punkty wejściowe	21
SUMA Punkty wyjściowe	24, wyjście przekaźnikowe-16

Zalety Arduino PLC

• Można kupić po niskich kosztach.
• Możliwość programowania za pomocą oprogramowania Arduino IDE.
• Wysoka kompatybilność.
• Duża przestrzeń do regulacji.
• Łatwy do wymiany w porównaniu do konwencjonalnego PLC.

Wady Arduino PLC

• Dostępnych jest bardzo niewiele opcji do wyboru.
• Nie nadaje się do zastosowań na dużą skalę.
• Czuły w porównaniu do konwencjonalnego PLC.
• Wymagane więcej konserwacji.
• Mniej profesjonalny.