Огляд plc та різних плат на основі arduino

Вперше Arduino було представлено в 2005 році, маючи на меті забезпечити недорогий та простий спосіб для початківців та професіоналів створювати пристрої, які взаємодіють із своїм середовищем за допомогою датчиків та виконавчих механізмів.

До того, як Arduino був представлений, вбудований дизайн розглядався як складна тема, і любителі (або інженери) повинні були знайти професіонала, щоб отримати робочу модель для своєї проблеми. Якщо вам потрібен простий 3D-принтер, вам доведеться отримати професійну допомогу, оскільки є тисячі контролерів із сумісним IDE. І любитель не може дізнатися про всі мікроконтролери та способи їх програмування. Ця ситуація закінчилася, коли був введений загальновизнаний ARDUINO. А завдяки цьому любителі або інженери можуть розробляти та розробляти власні проекти без особливої ​​професійної допомоги.

І причина того, що він став настільки загальновизнаним, що це електронна платформа з відкритим кодом, заснована на простому у використанні програмному забезпеченні. Плати Arduino здатні зчитувати входи, такі як світло на датчику, пальцем на кнопці, і перетворювати його на програмований вихід, такий як активація двигуна, включення світлодіода та публікація чогось в мережі.

З роками Arduino стає більш популярним, і завдяки цьому розробляється багато вдосконалених плат із подібними цілями, таких як Raspberry PI, Panda тощо. Arduino використовується як мозок у тисячах проектів, від повсякденних об'єктів до складних наукових інструментів. Студенти, любителі, художники, програмісти та професіонали у всьому світі зібралися навколо цієї платформи з відкритим кодом і розробили безліч проектів, тим самим накопичивши неймовірну кількість знань, які можуть бути дуже корисними як для новачків, так і для експертів.

Завдяки накопиченню знань та недавньому впровадженню IoT, ажіотаж на Arduino зробив ще один крок вперед, ставши необхідним інструментом навчання для інженерів та любителів. Тепер плата Arduino почала змінюватися, щоб адаптуватися до нових потреб і проблем, таких як програми IoT, носні засоби, 3D-друк, вбудовані середовища і, нарешті, PLC (програмований логічний контролер). У цій статті ми дізнаємося про те, що таке PLC та як Arduino може використовуватися як PLC.

Вступ до PLC (програмований логічний контролер)

По-перше, давайте зрозуміємо термін Промислова автоматизація перед тим, як піти на PLC. Як ми всі знаємо, використання машин для роботи в галузях економічно вигідніше, ніж використання людей, оскільки машинам не потрібні гроші, відпустки чи перерви, тому якщо машини використовуються замість людей, ніж галузі можуть виробляти свою продукцію 24 * 7 без проблем. Зараз ця установка заміни людей машинами або робототехнічною зброєю називається промисловою автоматизацією.

PLC - це блок контролера, спеціально розроблений для роботи з машинами, що використовуються для промислової автоматизації. Вони розроблені для надійності в суворих промислових умовах (таких як екстремальні температури, волога, волога, запилена місцевість). Застосування ПЛК можна побачити на складальній лінії заводу-виробника, на заводі з переробки руди, роботизованому зварюванні, різьбленні з ЧПУ тощо. Оскільки це обладнання розроблене для високої ефективності та важких умов, воно дороге як для встановлення, так і для ремонту.

ПЛК (програмований логічний контролер) має безліч функцій, подібних до нашого персонального комп’ютера вдома. Вони обидва мають блок живлення, центральний процесор (CPU), порти входів / виходів (введення / виведення), оперативну пам'ять і ПЗУ, а також програмне забезпечення управління. Найбільша різниця між ними полягає в тому, що PLC може виконувати дискретні та постійні функції в суворих умовах, які ПК не може зробити. Ви також можете прочитати різницю між PLC та мікроконтролером, щоб отримати огляд його порівняння з мікроконтролерами.

На ринку існує багато різних типів ПЛК відповідно до вимог замовника. Хоча існує багато типів ПЛК, вони дійсно відповідають певним стандартам, щоб користувач міг їх легко вибрати.

Основна функція PLC

Для розуміння базової роботи ПЛК припустимо простий приклад, як показано нижче.

Скажімо, у цій установці ми повинні увімкнути лампочку протягом перших п’ятдесяти секунд і вимкнути лампочку на наступні двадцять секунд, тоді нам доведеться використовувати перемикач в ланцюзі, щоб постійно закривати і відкривати цикл. Це просте, але дуже виснажливе завдання для людини, і купувати реле часу для цього типу випуску кожен раз не вигідно. У всіх цих випадках ми можемо використовувати один PLC для вирішення проблеми.

Тут ви можете побачити, що ПЛК підключений в циклі налаштування, зберігаючи перемикач замкнутим. Ми можемо використовувати програмування для встановлення таймера для ПЛК в ланцюзі. Після цього PLC може постійно закривати і відкривати цикл, що замінює необхідність людського втручання. Як тільки ПЛК почне виконувати програму, він не зупиниться, поки не буде дано переривання.

Це просто просте налаштування, і ПЛК має можливість керувати набагато більшими та складнішими процесами, такими як ШІМ-управління, зондування тощо. ПЛК зазвичай розробляється таким чином, щоб клієнт мав змогу налаштувати Функціонування ПЛК залежно від програми та потреби.

Блок-схема PLC

Тепер давайте розглянемо важливі модулі, присутні в PLC.

Модуль живлення: Цей модуль іноді розміщується як окрема установка, наприклад адаптер, а в інших випадках він розроблятиметься безпосередньо на головній друкованій платі. Функція модуля полягає у забезпеченні необхідного живлення всієї установки ПЛК (Програмований логічний контролер). Модуль - це перетворювач, який перетворює наявне джерело змінного струму в джерело постійного струму, яке потрібно процесору та іншим модулям. Зазвичай ПЛК працює на силовій шині 12 В і 24 В.

Центральний процесор: Цей модуль є найбільш захищеним, оскільки є ядром функціонування для всього ПЛК. Модуль ЦП складається з мікропроцесора або мікроконтролера, пам'яті програм, флеш-пам'яті та пам'яті RAMS. Флеш-пам’ять або пам’ять ПЗУ зберігає операційну систему, драйвер та прикладну програму. Оперативна пам'ять використовується мікропроцесором для доступу до даних та інформації.

Функція центрального процесора - виконувати програму, що зберігається в пам'яті, і діяти відповідно до письмових інструкцій. Отже, в основному процесор зчитує вхідні дані з датчиків для обробки і, нарешті, відправляє відповідну відповідь на основі програми.

Модуль введення та виведення: Модуль введення використовується для встановлення зв'язку між різними датчиками та клавіатурами з центральним процесором, а модуль виводу використовується процесором для забезпечення реакції на зовнішній світ.

Модуль пристрою програмування: Цей модуль використовується для встановлення зв'язку між ПК та ПЛК. Основна функція - перепрограмувати мікропроцесор PLC.

Типи PLC (програмований логічний контролер)

ПЛК ділиться на два типи, а саме фіксований (або компактний ПЛК) та модульний ПЛК.

1. Компактний або фіксований PLC: це, як правило, низькоякісний PLC, який популярний у багатьох галузях промисловості. Компактний ПЛК має фіксовану кількість модулів вводу-виводу та зовнішніх карт вводу-виводу, і їх неможливо розширити пізніше, щоб зробити більш складну настройку. Ви можете побачити фіксований PLC на малюнку нижче.

2. Модульний ПЛК: Модульний ПЛК дозволяє здійснювати багаторазове розширення шляхом паралельного розміщення «Модулів». Порти вводу-виводу модульного ПЛК можна збільшити для більш складних операцій у галузі. Модульний PLC також простіший у використанні, оскільки кожен компонент не залежить один від одного. Цей тип ПЛК популярний у багатьох галузях промисловості

Arduino проти PLC (програмований логічний контролер)

Як ми вже згадували раніше, важливі модулі ПЛК схожі на ПК (персональний комп'ютер) і ще більше схожі на одноплатні комп'ютери, такі як Arduino. Отже, на певному рівні робота і PLC, і Arduino однакова, і ми можемо використовувати цей Arduino для проектування PLC (програмований логічний контролер). В Arduino ПЛК вже присутні на ринку і доступні дешевше за порівнянні зі звичайними ПЛК. Тож Arduino-PLC стає популярним в наші дні, і його додатки будуть збільшуватися в майбутньому. Це певні відмінності між PLC Arduino та звичайними PLC, і деякі з них згадані нижче.

PLC Arduino	PLC (програмований логічний контролер)
Потрібні зовнішні компоненти для роботи в якості ПЛК	Не потребує додаткових зовнішніх компонентів
Загальновизнаний	Пропагується переважно у галузях промисловості
Низька вартість	Висока вартість
Потрібно вивчити базове програмування, щоб переписати програму Arduino	Для перепрограмування ПЛК потрібна була лише основна техніка роботи
Перепрограмування є відносно складним	Перепрограмування відносно легко
Задовільний показник	Висока працездатність
Не можна працювати в суворих умовах	Може працювати в суворих умовах
Компактний і маленький	Громіздкий і важкий
Стек не може бути використаний для подальшого функціонування ПЛК Arduino PLC	Укладання можна використовувати для подальшого функціонування ПЛК звичайного ПЛК
Більше варіантів спілкування	Менше варіантів спілкування
Легко замінити та відремонтувати	Важко замінити та відремонтувати
Менші варіанти вибору	Варіантів вибору безліч

Тепер давайте коротко обговоримо популярні ПЛК на базі Arduino, які зараз є на ринку.

1. Промислові щити Arduino PLC

Industrial Shields - популярна компанія, яка постачає екрановані PLC-екрани на базі Arduino для багатьох галузей промисловості. Щити, які широко використовуються, коротко обговорюються нижче.

Промислові щити ARDBOX:

ARDBOX - це ПЛК на базі Arduino, призначений для малого та середнього промислового застосування. Зображення ARDBOX показано нижче.

ARDBOX розроблений на основі ARDUINO LEONARO, тому в основному всі технічні характеристики ARDBOX є специфікаціями LEONARO. Основні характеристики та технічні характеристики ARDBOX наведені нижче.

Вхідна напруга	12Vor 24V
Номінальна потужність	30 Вт
Максимальний струм	1,5А
Тактова частота	16 МГц
Розмір	100x45x115 мм
Мова програмування	IDE Arduino.
Флеш-пам'ять	32 КБ, з яких 4 КБ використовуються завантажувачем
SRAM	2,5 КБ
EEPROM	1 КБ
Зв'язок	I2C - USB - RS232 - RS485 - SPI - TTL
ВСЬОГО Точки введення	10
ВСЬОГО Вихідні точки	10
ШІМ-ізольований вихід	до 24 В постійного струму I макс.: 70 мА Гальванічна ізоляція Діод захищений для реле Номінальна напруга: 24 В постійного струму

Промислові щити M-Duino:

M-DUINO - це ПЛК на базі Arduino, призначений для малого та середнього промислового застосування. Зображення ПЛК показано нижче.

M-DUINO розроблений на основі плати ARDUINO MEGA, тому всі технічні характеристики плати MEGA є характеристиками M-DUINO. Основні характеристики та технічні характеристики M-DUINO наведені нижче.

Вхідна напруга	12 В або 24 В
Номінальна потужність	40 Вт
Максимальний вихідний струм	0,5А
Тактова частота	16 МГц
Розмір	101x119x70мм
Мова програмування	IDE Arduino.
Флеш-пам'ять	32 КБ, з яких 0,5 КБ використовується завантажувачем
SRAM	2 КБ
EEPROM	1 КБ
Зв'язок	I2C1 - Порт Ethernet - USB - RS485 - SPI - (3x) Rx, Tx (шпильки Arduino)
ВСЬОГО Точки введення	13,26,36
ВСЬОГО Вихідні точки	8,16,22
ШІМ-ізольований вихід	24 В постійного струму (3,6,8) I макс.: 70 мА

2. PLDuino Arduino PLC

PLDuino - це програмований логічний контролер з відкритим кодом Arduino (PLC) від Digital Loggers, який доступний на ринку приблизно за 150 доларів. Цей ПЛК поєднує в собі Arduino Mega (ATmega2560) з модулем Wi-Fi ESP8266 та 2,4-дюймовим TFT-сенсорним екраном, щоб зробити його придатним для промислових програм IoT та інших заводських робототехнічних програм.

PLDuino можна легко запрограмувати за допомогою простого USB-кабелю, а також поряд із популярною IDE Arduino, PLDuino також можна запрограмувати за допомогою Lua, GNU або навіть AVR Studio. PLDuino також надає демонстраційні коди та бібліотеки, щоб допомогти початківцям швидко розпочати розробку. Для досвідчених користувачів PLDuino також дозволив відкрити обкладинку та дослідити всередині ПЛК, щоб налаштувати апаратне забезпечення відповідно до їх застосування, а також повну схему та специфікації компонентів. Повні характеристики PLDuino показані на малюнку нижче

3. PLC Controllino Arduino

Controllino - це не що інше, як індустріальний Arduino. Він поєднує гнучкість та природу екосистеми Arduino з відкритим кодом та безпеку та надійність ПЛК промислового класу.

Компанія пропонує три модулі, які розроблені на основі трьох плат Arduino.

Controllino MINI:

Він розроблений на платі Arduino Uno.

Вхідна напруга	12 В або 24 В
Робоча температура	Від 5ºC до 55ºC
Максимальний струм реле	6А
Тактова частота	16 МГц
Розмір	36x90x60 мм
Мова програмування	IDE Arduino.
Флеш-пам'ять	32 КБ, з яких 0,5 КБ використовується завантажувачем
SRAM	2 КБ
EEPROM	1 КБ
Зв'язок	I2C1– USB - SPI
ВСЬОГО Точки введення	8
ВСЬОГО Вихідні точки	8

Controllino MAXI:

Це розроблено на мікроконтролері ATMEGA2560 Atmel або на платі Arduino Mega.

Вхідна напруга	12 В або 24 В
Робоча температура	Від 0ºC до 55ºC
Максимальний вихідний струм реле	6А
Тактова частота	16 МГц
Розмір	72x90x62мм
Мова програмування	IDE Arduino
Флеш-пам'ять	256 КБ
SRAM	8 КБ
EEPROM	4 КБ
Зв'язок	I2C1, порт Ethernet, USB, SPI
ВСЬОГО Точки введення	12
ВСЬОГО Вихідні точки	12, релейний вихід-10

Controllino Mega:

Mega PLC розроблений на мікроконтролері ATMEGA2560 Atmel або на платі Arduino Mega.

Вхідна напруга	12 В або 24 В
Робоча температура	Від 0ºC до 55ºC
Максимальний вихідний струм реле	6А
Тактова частота	16 МГц
Розмір	107x90x62мм
Мова програмування	IDE Arduino
Флеш-пам'ять	256 КБ
SRAM	8 КБ
EEPROM	4 КБ
Зв'язок	I2C1, порт Ethernet, USB, SPI
ВСЬОГО Точки введення	21
ВСЬОГО Вихідні точки	24, релейний вихід-16

Переваги Arduino PLC

• Можна придбати за низькою вартістю.
• Можна програмувати за допомогою програмного забезпечення Arduino IDE.
• Висока сумісність.
• Висока кімната для регулювання.
• Легко замінити порівняно зі звичайними PLC.

Недоліки Arduino PLC

• На вибір доступно дуже мало варіантів.
• Не підходить для широкомасштабних застосувань.
• Чутливий у порівнянні зі звичайним PLC.
• Потрібно більше обслуговування.
• Менш професійні.