- Программируемый логический контроллер
- Микроконтроллеры
- 1. Архитектура
- 6. Приложения
- Замена ПЛК в промышленных приложениях на микроконтроллеры
Появление Arduino и множества других плат на базе микроконтроллеров в последнее время повысило интерес к встроенным системам, открыв мир микроконтроллеров большому количеству людей. Это не только увеличило количество пользователей микроконтроллеров, но также увеличило объем и области применения, в которых они используются. Вот почему в последних нескольких статьях мы рассмотрели некоторые ключевые темы, которые важны для создания отличных устройств со встроенными системами, таких как; выбор подходящего микроконтроллера для вашего проекта, выбор между микроконтроллером и микропроцессором. В том же ключе в сегодняшней статье я буду сравнивать микроконтроллеры с программируемым логическим контроллером (ПЛК).
Программируемый логический контроллер
Программируемый логический контроллер (PLC), это просто специальное назначение вычислительного устройства, предназначенное для использования в промышленных системах управления и других системах, в которых надежность системы является высокой.
Первоначально они были разработаны для замены проводных реле, последовательностей и таймеров, используемых в производственном процессе промышленностью автоматизации, но сегодня они масштабируются и используются во всех видах производственных процессов, включая линии на основе роботов. В наши дни, вероятно, нет ни одной фабрики в мире, на которой не было бы машины или оборудования, работающего на ПЛК. Основная причина их широкого распространения и использования кроется в их прочности и способности противостоять грубому обращению / окружающей среде, связанным с производственными полами. Они также являются хорошим примером операционных систем реального времени. поскольку они обладают высокой способностью выдавать выходные сигналы на определенные входы в очень короткие сроки, что является ключевым требованием для промышленных установок, поскольку вторая задержка может нарушить всю работу.
Микроконтроллеры
С другой стороны, микроконтроллеры - это небольшие вычислительные устройства на одной микросхеме, которые содержат одно или несколько процессорных ядер с устройствами памяти, встроенными вместе с программируемыми специальными и универсальными портами ввода и вывода (I / O). Они используются во всех типах повседневных устройств, особенно в приложениях, где необходимо выполнять только определенные повторяющиеся задачи. Обычно они являются пустыми и не могут использоваться в качестве автономных устройств без необходимых подключений. В отличие от ПЛК, они не имеют встроенных интерфейсов, таких как дисплей, и переключателей, поскольку обычно имеют только GPIO, к которым эти компоненты могут быть подключены.
Сегодняшнее руководство будет сосредоточено на сравнении систем ПЛК и микроконтроллеров под разными заголовками, включая:
- Архитектура
- Интерфейсы
- Производительность и надежность
- Требуемый уровень навыков
- Программирование
- Приложения
1. Архитектура
Архитектура ПЛК:
ПЛК обычно называют микроконтроллером высокого уровня. По сути, они состоят из модуля процессора, источника питания и модулей ввода-вывода. Процессорный модуль состоит из центрального процессора (ЦП) и памяти. В дополнение к микропроцессору, ЦП также содержит как минимум интерфейс, через который он может быть запрограммирован (USB, Ethernet или RS232) вместе с сетями связи. Блок питания обычно представляет собой отдельный модуль, а модули ввода-вывода отделены от процессора. Типы модулей ввода-вывода включают дискретные (вкл. / Выкл.), Аналоговые (непрерывная переменная) и специальные модули, такие как управление движением или высокоскоростные счетчики. Полевые устройства подключаются к модулям ввода / вывода.
В зависимости от количества модулей ввода / вывода, имеющихся в ПЛК, они могут находиться в том же корпусе, что и ПЛК, или в отдельном корпусе. Некоторые небольшие ПЛК, называемые нано / микро ПЛК, обычно имеют все свои части, включая питание, процессор и т. Д., В одном корпусе.
Архитектура микроконтроллера
Описанная выше архитектура ПЛК в некоторой степени похожа на микроконтроллеры с точки зрения компонентов, но микроконтроллер реализует все на одном кристалле, от ЦП до портов ввода-вывода и интерфейсов, необходимых для связи с внешним миром. Архитектура микроконтроллера представлена ниже.
Пример кода на основе релейной логики / диаграммы показан выше. Обычно он выглядит как лестница, что и является причиной его названия. Такой упрощенный вид позволяет очень легко программировать ПЛК, так что если вы можете анализировать схему, вы можете программировать и ПЛК.
В связи с недавней популярностью современных языков программирования высокого уровня, ПЛК теперь программируются с использованием этих языков, таких как C, C ++ и базовый, но все ПЛК, как правило, по-прежнему соответствуют отраслевому стандарту систем управления IEC 61131/3 и поддерживают языки программирования, предусмотренные стандартные, которые включают; Релейная диаграмма, структурированный текст, функциональная блок-схема, список инструкций и последовательная блок-схема.
Современные ПЛК обычно программируются с помощью прикладного программного обеспечения на любом из упомянутых выше языков, работающих на ПК, подключенном к ПЛК с использованием любого из интерфейсов: USB, Ethernet, RS232, RS-485, RS-422.
С другой стороны, микроконтроллеры запрограммированы с использованием языков низкого уровня, таких как ассемблер, или языков высокого уровня, таких как C и C ++, среди других. Обычно это требует большого опыта работы с используемым языком программирования и общего понимания принципов разработки микропрограмм. Программистам обычно необходимо понимать такие концепции, как структуры данных, а для разработки очень хорошей прошивки для проекта требуется глубокое понимание архитектуры микроконтроллера.
Микроконтроллеры обычно также программируются с помощью прикладного программного обеспечения, работающего на ПК, и они обычно подключаются к этому ПК через дополнительное оборудование, обычно называемое программатором.
Однако работа программ на ПЛК очень похожа на работу микроконтроллера. В ПЛК используется специальный контроллер, поэтому они обрабатывают только одну программу снова и снова. Один цикл выполнения программы называется сканированием, и он похож на цикл микроконтроллера.
Рабочий цикл программы, работающей на ПЛК, показан ниже.
6. Приложения
ПЛК - это основные элементы управления, используемые в промышленных системах управления. Они находят применение в управлении промышленными машинами, конвейерами, роботами и другим оборудованием производственных линий. Они также используются в системах на основе SCADA и в системах, требующих высокого уровня надежности и способности выдерживать экстремальные условия. Они используются в отраслях промышленности, в том числе;
1. Система непрерывного наполнения бутылок
2. Система периодического смешивания
3. Ступенчатая система кондиционирования воздуха
4. Управление движением
С другой стороны, микроконтроллеры находят применение в повседневных электронных устройствах. Они являются основными строительными блоками некоторых бытовых электронных устройств и интеллектуальных устройств.
Замена ПЛК в промышленных приложениях на микроконтроллеры
Появление простых в использовании плат микроконтроллеров расширило сферу применения микроконтроллеров, в настоящее время они адаптируются для определенных приложений, для которых микроконтроллеры считались неподходящими - от мини-компьютеров DIY до нескольких сложных систем управления. Это вызвало вопросы о том, почему микроконтроллеры не используются вместо ПЛК, главным аргументом в пользу которых является стоимость ПЛК по сравнению со стоимостью микроконтроллеров. Важно, чтобы с обычными микроконтроллерами нужно было многое сделать, прежде чем их можно будет использовать в промышленных приложениях.
Хотя ответ можно найти по пунктам, уже упомянутым в этой статье, достаточно выделить два ключевых момента.
1. Микроконтроллеры не обладают прочностью и не способны выдерживать экстремальные условия, как ПЛК. Это делает их не готовыми к промышленному применению.
2. Промышленные датчики и исполнительные механизмы обычно проектируются в соответствии со стандартом IEC, который обычно находится в диапазоне тока / напряжения и интерфейсов, которые могут быть напрямую несовместимы с микроконтроллерами и требуют какого-либо вспомогательного оборудования, что увеличивает стоимость.
Есть и другие моменты, но, чтобы оставаться в рамках этой статьи, мы должны остановиться на этом.
Подводя итоги, можно сказать, что каждое из этих устройств управления предназначено для использования в определенных системах, и их следует тщательно изучить, прежде чем будет принято решение о наиболее подходящем для конкретного приложения. Важно отметить, что некоторые производители создают ПЛК на базе микроконтроллеров, например, промышленные щиты теперь производят ПЛК на базе Arduino, показанные ниже.