- Програмований логічний контролер
- Мікроконтролери
- 1. Архітектура
- 6. Додатки
- Заміна ПЛК у промислових додатках на мікроконтролери
Поява Arduino та багатьох інших плат на базі мікроконтролерів останнім часом збільшила інтерес до вбудованих систем, відкривши світ мікроконтролерів для великої кількості. Це не тільки збільшило кількість користувачів мікроконтролерів, але й збільшило сферу застосування та додатки, в яких вони використовуються. Ось чому протягом останніх кількох статей ми розглянули деякі ключові теми, важливі для побудови чудових вбудованих системних пристроїв, таких як; вибір правильного мікроконтролера для вашого проекту, вибір між мікроконтролером та мікропроцесором. У тому ж ключі для сьогоднішньої статті я буду порівнювати мікроконтролери з програмованим логічним контролером (ПЛК).
Програмований логічний контролер
Програмований логічний контролер (PLC), це просто спеціальне призначення обчислювального пристрою, призначене для використання в промислових системах управління та інших системах, в яких надійність системи є високою.
Спочатку вони були розроблені для заміни дротових реле, послідовностей та таймерів, що використовуються у виробничому процесі промисловістю автоматики, але сьогодні вони масштабуються та використовуються у всіх видах виробничих процесів, включаючи роботи на базі роботів. На сьогоднішній день, мабуть, немає жодної фабрики, яка б не мала машини чи обладнання, що працюють на ПЛК. Основна причина їх широкого прийняття та використання може бути глибоко вкорінена в їх міцності та здатності протистояти грубому поводженню / навколишньому середовищу, пов'язаному з виробничими підлогами. Вони також є хорошим прикладом операційних систем реального часу оскільки вони мають високу здатність виробляти виходи на конкретні входи за дуже короткий проміжок часу, що є ключовою вимогою для промислових налаштувань, оскільки друга затримка може порушити всю роботу.
Мікроконтролери
Мікроконтролери, з іншого боку, - це невеликі обчислювальні пристрої на одному мікросхемі, які містять одне або кілька процесорних ядер, з пристроями пам'яті, вбудованими поряд із програмованими портами вводу-виводу (вводу-виводу) спеціального та загального призначення. Вони використовуються у всіх видах повсякденних пристроїв, особливо в додатках, де потрібно виконувати лише певні повторювані завдання. Зазвичай вони голі і не можуть використовуватися як самостійні пристрої без необхідних з'єднань. На відміну від ПЛК, вони не мають таких інтерфейсів, як дисплей, і вбудованих комутаторів, оскільки зазвичай вони просто мають GPIO, до яких ці компоненти можуть бути підключені.
Сьогоднішній підручник буде зосереджений на порівнянні ПЛК та систем мікроконтролера під різними заголовками, які включають;
- Архітектура
- Інтерфейси
- Продуктивність та надійність
- Необхідний рівень навичок
- Програмування
- Програми
1. Архітектура
Архітектура ПЛК:
ПЛК зазвичай можна назвати мікроконтролером високого рівня. Вони, по суті, складаються з процесорного модуля, джерела живлення та модулів вводу-виводу. Модуль процесора складається з центрального процесора (ЦП) і пам'яті. Окрім мікропроцесора, ЦП також містить щонайменше інтерфейс, за допомогою якого він може бути запрограмований (USB, Ethernet або RS232) разом із мережами зв'язку. Зазвичай блок живлення є окремим модулем, а модулі вводу-виводу - окремими від процесора. Типи модулів вводу-виводу включають дискретні (увімкнення / вимкнення), аналогові (безперервна змінна) та спеціальні модулі, такі як управління рухом або високошвидкісні лічильники. Польові пристрої підключені до модулів вводу-виводу.
Залежно від кількості модулів вводу-виводу, якими володіє ПЛК, вони можуть знаходитися в тому ж корпусі, що і ПЛК, або в окремому корпусі. Деякі невеликі ПЛК, які називаються нано / мікро ПЛК, зазвичай мають усі свої частини, включаючи живлення, процесор тощо в одному корпусі.
Архітектура мікроконтролера
Описана вище архітектура ПЛК дещо схожа на мікроконтролери з точки зору складових, але мікроконтролер реалізує все на одному мікросхемі, починаючи від центрального процесора і закінчуючи портами вводу-виводу та інтерфейсів, необхідних для зв'язку із зовнішнім світом. Архітектура мікроконтролера показана нижче.
Приклад коду на основі логічної схеми / схеми наведено вище. Зазвичай вона схожа на сходи, що є причиною її назви. Цей спрощений вигляд робить ПЛК дуже простими для програмування, так що якщо ви можете проаналізувати схему, ви можете запрограмувати ПЛК.
Через недавню популярність сучасних мов програмування високого рівня, ПЛК зараз програмуються з використанням таких мов, як C, C ++ та базовий, але всі ПЛК, як правило, досі відповідають галузевому стандарту IEC 61131/3 та підтримують мови програмування, передбачені стандарт, який включає; Східна діаграма, структурований текст, функціональна блок-схема, список інструкцій та послідовна блок-схема.
Сучасні ПЛК зазвичай програмуються за допомогою прикладного програмного забезпечення на основі будь-якої з вищезазначених мов, що працює на ПК, підключеному до ПЛК, за допомогою будь-якого з інтерфейсів USB, Ethernet, RS232, RS-485, RS-422.
Мікроконтролери, з іншого боку, програмуються з використанням мов низького рівня, таких як складання, або мов високого рівня, таких як C та C ++, серед інших. Зазвичай для цього потрібен високий рівень досвіду роботи з мовою програмування та загальне розуміння принципів розробки мікропрограми. Програмістам, як правило, потрібно розуміти такі поняття, як структури даних, і для глибокого розуміння архітектури мікроконтролера потрібно розробити дуже хорошу прошивку для проекту.
Мікроконтролери зазвичай також програмуються за допомогою прикладного програмного забезпечення, що працює на ПК, і вони, як правило, підключаються до цього ПК за допомогою додаткового апаратного забезпечення, яке зазвичай називають програмістами.
Однак робота програм на ПЛК дуже схожа на роботу мікроконтролера. ПЛК використовує спеціальний контролер, в результаті чого вони обробляють лише одну програму знову і знову. Один цикл програми називається скануванням, і він схожий на мікроконтролер, що проходить через цикл.
Нижче наведено робочий цикл програми, що працює на ПЛК.
6. Додатки
ПЛК є основними елементами управління, що використовуються в промислових системах управління. Вони знаходять застосування в управлінні промисловими машинами, конвеєрами, роботами та іншими механізмами виробництва. Вони також використовуються в системах на основі SCADA та в системах, які вимагають високого рівня надійності та здатності протистояти екстремальним умовам. Вони використовуються в галузях промисловості, в тому числі;
1. Система безперервного наповнення пляшок 2. Система
змішування партії 3. система
кондиціонування повітря на
етапі 4. Контроль руху
Мікроконтролери, навпаки, знаходять застосування в повсякденних електронних пристроях. Вони є основними будівельними елементами ряду побутової електроніки та розумних пристроїв.
Заміна ПЛК у промислових додатках на мікроконтролери
Поява простих у використанні плат мікроконтролерів збільшила сферу використання мікроконтролерів, тепер вони адаптуються для певних програм, для яких мікроконтролери вважалися невідповідними від міні-комп’ютерів “зроби сам” до декількох складних систем управління. Це призвело до питань, чому мікроконтролери не використовуються замість ПЛК, головним аргументом є вартість ПЛК порівняно з ціною мікроконтролерів. Важливо, що багато потрібно зробити із звичайними мікроконтролерами, перш ніж його можна буде використовувати в промислових цілях.
Хоча відповідь можна знайти з пунктів, згаданих у цій статті, досить виділити два ключові моменти.
1. Мікроконтролери не розроблені з такою міцністю та здатністю витримувати екстремальні умови, як ПЛК. Це робить їх не готовими до промислового застосування.
2. Промислові датчики та виконавчі пристрої, як правило, розробляються відповідно до стандарту IEC, який, як правило, знаходиться в діапазоні струму / напруги та інтерфейсів, які можуть бути непрямо сумісні з мікроконтролерами і потребуватимуть якогось допоміжного обладнання, що збільшує вартість.
Існують інші моменти, але, щоб залишитися в рамках цієї статті, слід зупинитися на цьому.
Зрештою, кожен з цих контрольних пристроїв призначений для використання в певних системах, і їх слід добре продумати, перш ніж приймати рішення про найкращий для конкретного застосування. Важливо зазначити, що певні виробники будують ПЛК на основі мікроконтролера, як промислові щити, зараз виробляють ПЛК на базі Arduino, показані нижче.
