Обзор ПЛК и различных ПЛК на базе Arduino

Arduino была впервые представлена ​​в 2005 году с целью предоставить недорогой и простой способ для новичков и профессионалов создавать устройства, которые взаимодействуют с окружающей средой с помощью датчиков и исполнительных механизмов.

До появления Arduino дизайн встроенных систем считался сложной задачей, и любителям (или инженерам) приходилось искать профессионала, чтобы получить рабочую модель для своей проблемы. Например, если вам нужен простой 3D-принтер, вам понадобится профессиональная помощь, поскольку существуют тысячи контроллеров с их совместимой IDE. А любитель не может узнать обо всех микроконтроллерах и способах их программирования. Эта ситуация закончилась, когда был введен общепризнанный ARDUINO. Благодаря этому любители или инженеры могут проектировать и разрабатывать свои собственные проекты без особой профессиональной помощи.

И причина того, что он стал настолько универсальным, потому что это электронная платформа с открытым исходным кодом, основанная на простом в использовании аппаратном и программном обеспечении. Платы Arduino могут считывать входные данные, такие как свет на датчике, палец на кнопке, и превращать их в программируемый выход, например, активацию двигателя, включение светодиода и публикацию чего-либо в Интернете.

С годами Arduino стала более популярной, и благодаря этому было разработано множество продвинутых плат с аналогичными целями, таких как Raspberry PI, Panda и т. Д. Arduino используется в качестве мозга в тысячах проектов, от повседневных объектов до сложных научных инструментов. Студенты, любители, художники, программисты и профессионалы со всего мира собрались вокруг этой платформы с открытым исходным кодом и разработали множество проектов, накопив, таким образом, невероятный объем знаний, которые могут оказать большую помощь как новичкам, так и экспертам.

Благодаря накопленным знаниям и недавнему внедрению Интернета вещей шумиха вокруг Arduino сделала еще один шаг вперед, став необходимым инструментом обучения для инженеров и любителей. Теперь плата Arduino начала меняться, чтобы адаптироваться к новым потребностям и задачам, таким как приложения Интернета вещей, носимые устройства, 3D-печать, встроенные среды и, наконец, ПЛК (программируемый логический контроллер). В этой статье мы узнаем о том, что такое ПЛК и как Arduino можно использовать в качестве ПЛК.

Введение в PLC (программируемый логический контроллер)

Прежде чем переходить на ПЛК, давайте разберемся с термином « Промышленная автоматизация». Как мы все знаем, использование машин для работы в промышленности более рентабельно, чем использование людей, поскольку машинам не нужны деньги, праздники или перерывы, поэтому, если машины используются вместо людей, отрасли могут производить свою продукцию 24 часа в сутки без проблем.. Эта установка замены людей машинами или роботизированными руками называется промышленной автоматизацией.

ПЛК - это блок контроллера, специально разработанный для управления машинами, используемыми для промышленной автоматизации. Они рассчитаны на надежность в суровых промышленных условиях (например, при экстремальных температурах, влажных, влажных и пыльных условиях). Приложения PLC можно увидеть на сборочной линии производственного предприятия, на заводе по переработке руды, на роботизированной сварке, резьбе с ЧПУ и т. Д. Поскольку это оборудование разработано для обеспечения высокой эффективности и работы в суровых условиях, его установка и ремонт являются дорогостоящими.

PLC (Programmable Logic Controller) имеет много функций, аналогичных нашему домашнему компьютеру. У них обоих есть блок питания, ЦП (центральный процессор), порты ввода-вывода (I / O), RAM и ROM, а также управляющее программное обеспечение. Самая большая разница между ними заключается в том, что ПЛК может выполнять дискретные и непрерывные функции в суровых условиях, чего ПК не может. Вы также можете прочитать разницу между ПЛК и микроконтроллером, чтобы получить представление о его сравнении с микроконтроллерами.

На рынке существует множество различных типов ПЛК в соответствии с требованиями заказчика. Хотя существует много типов ПЛК, они соответствуют определенным стандартам, чтобы пользователь мог легко их выбрать.

Основная функция ПЛК

Для понимания основной работы ПЛК давайте рассмотрим простой пример, показанный ниже.

Допустим, в этой настройке мы должны включить лампочку на первые пятьдесят секунд и выключить лампочку на следующие двадцать секунд, затем мы должны использовать переключатель в цепи, чтобы постоянно замкнуть и разомкнуть контур. Это простая, но очень утомительная задача для человека, и покупать реле таймера для решения такого рода проблем каждый раз нецелесообразно. Во всех этих случаях мы можем использовать один ПЛК для решения проблемы.

Здесь вы можете увидеть, что ПЛК подключен к контуру настройки, при этом переключатель остается в замкнутом состоянии. Мы можем использовать программу для установки таймера для ПЛК в схеме. Как только это будет сделано, ПЛК может непрерывно замыкать и размыкать контур, что устраняет необходимость вмешательства человека. Как только ПЛК начинает выполнение программы, он не остановится, пока не будет дано прерывание.

Это простая настройка, и ПЛК имеет возможность управлять гораздо более крупными и более сложными процессами, такими как управление ШИМ, зондирование и т. Д. ПЛК обычно проектируется таким образом, чтобы заказчик мог настраивать Функционирование ПЛК в зависимости от приложения и потребности.

Блок-схема ПЛК

Теперь давайте посмотрим на важные модули, присутствующие в ПЛК.

Модуль питания: этот модуль иногда размещается как отдельная установка, например, адаптер, а в других случаях он будет спроектирован непосредственно на основной плате. Функция модуля заключается в обеспечении необходимой мощности для всей настройки ПЛК (программируемого логического контроллера). Модуль представляет собой преобразователь, который преобразует доступную мощность переменного тока в мощность постоянного тока, необходимую для ЦП и других модулей. Обычно ПЛК работает от шины питания 12 В и 24 В.

Центральный процессор: этот модуль является наиболее защищенным, поскольку он является ядром функционирования всего ПЛК. Модуль ЦП состоит из микропроцессора или микроконтроллера, памяти программ, флэш-памяти и памяти RAMS. Флэш-память или ПЗУ хранят операционную систему, драйвер и прикладную программу. ОЗУ используется микропроцессором для доступа к данным и информации.

Функция ЦП - выполнять программу, хранящуюся в памяти, и действовать согласно записанным инструкциям. Таким образом, в основном ЦП считывает входные данные с датчиков для обработки и, наконец, отправляет соответствующий ответ на основе программы.

Модуль ввода и вывода: модуль ввода используется для установления связи между различными датчиками и клавиатурами с ЦП, а модуль вывода используется процессором для обеспечения реакции на внешний мир.

Модуль устройства программирования: этот модуль используется для установления связи между ПК и ПЛК. Основная функция - перепрограммировать микропроцессор ПЛК.

Типы ПЛК (программируемый логический контроллер)

ПЛК делятся на два типа: фиксированные (или компактные) и модульные ПЛК.

1. Компактный или фиксированный ПЛК. Обычно это ПЛК низкого уровня, популярный во многих отраслях промышленности. Компактный ПЛК имеет фиксированное количество модулей ввода-вывода и внешних плат ввода-вывода, и их нельзя расширить позже для более сложной настройки. Вы можете увидеть фиксированный ПЛК на рисунке ниже.

2. Модульный ПЛК: Модульный ПЛК допускает многократное расширение за счет параллельного стекирования «модулей». Порты ввода-вывода модульного ПЛК могут быть увеличены для более сложных операций в отрасли. Модульный ПЛК также проще в использовании, потому что каждый компонент независим друг от друга. Этот тип ПЛК популярен во многих отраслях промышленности.

Ардуино против ПЛК (программируемый логический контроллер)

Как мы упоминали ранее, важные модули ПЛК похожи на ПК (персональный компьютер) и даже больше похожи на одноплатные компьютеры, такие как Arduino. Таким образом, внутренне на определенном уровне работа ПЛК и Arduino одинакова, и мы можем использовать этот Arduino для разработки ПЛК (программируемого логического контроллера). В Arduino ПЛК уже присутствуют на рынке и доступны дешевле по сравнению с обычными ПЛК. Таким образом, Arduino-PLC становится популярным в наши дни, и его приложения будут расширяться в будущем. Это определенные различия между ПЛК Arduino и обычным ПЛК, и некоторые из них упомянуты ниже.

ПЛК Arduino	ПЛК (программируемый логический контроллер)
Необходимые внешние компоненты для работы в качестве ПЛК	Не требует дополнительных внешних компонентов
Общепринято	Продвигается в основном в отраслях
Бюджетный	Высокая стоимость
Необходимо изучить основы программирования, чтобы переписать программу Arduino	Требуется только базовая операционная техника для перепрограммирования ПЛК
Перепрограммирование относительно сложно	Перепрограммирование относительно просто
Удовлетворительная работа	Высокая производительность
Не может работать в тяжелых условиях	Может работать в суровых условиях
Компактный и маленький	Громоздкий и тяжелый
Стекирование не может использоваться для дальнейшей работы ПЛК Arduino PLC	Стекирование может использоваться для дальнейшей работы ПЛК обычного ПЛК.
Больше возможностей общения	Меньше возможностей для общения
Легко заменить и отремонтировать	Трудно заменить и отремонтировать
Меньшие варианты выбора	Множество вариантов выбора

Теперь давайте кратко обсудим популярные ПЛК на базе Arduino, которые в настоящее время представлены на рынке.

1. Промышленные щиты ПЛК Arduino

Industrial Shields - популярная компания, предоставляющая экраны для ПЛК на базе Arduino для многих промышленных приложений. Широко используемые экраны кратко описаны ниже.

Промышленные щиты ARDBOX:

ARDBOX - это ПЛК на базе Arduino, предназначенный для малых и средних промышленных приложений. Изображение ARDBOX показано ниже.

ARDBOX разработан на основе ARDUINO LEONARO, поэтому в основном все технические характеристики ARDBOX являются спецификациями LEONARO. Основные характеристики и технические характеристики ARDBOX приведены ниже.

Входное напряжение	12 В или 24 В
Номинальная мощность	30 Вт
Максимальный ток	1,5 А
Тактовая частота	16 МГц
Размер	100x45x115 мм
Язык программирования	Arduino IDE.
Флэш-память	32 КБ, из которых 4 КБ используются загрузчиком
SRAM	2,5 КБ
EEPROM	1 КБ
Связь	I2C - USB - RS232 - RS485 - SPI - TTL
ИТОГО точек входа	10
ИТОГО точек вывода	10
Изолированный выход ШИМ	до 24 В постоянного тока I макс: 70 мА Гальваническая развязка Диодная защита для реле Номинальное напряжение: 24 В постоянного тока

Промышленные щиты M-Duino:

M-DUINO - это ПЛК на базе Arduino, предназначенный для малых и средних промышленных приложений. Изображение ПЛК показано ниже.

M-DUINO разработан на основе платы ARDUINO MEGA, поэтому все технические характеристики платы MEGA являются спецификациями M-DUINO. Основные характеристики и технические характеристики M-DUINO приведены ниже.

Входное напряжение	12 В или 24 В
Номинальная мощность	40 Вт
Максимальный выходной ток	0,5 А
Тактовая частота	16 МГц
Размер	101x119x70 мм
Язык программирования	Arduino IDE.
Флэш-память	32 КБ, из которых 0,5 КБ используются загрузчиком
SRAM	2 КБ
EEPROM	1 КБ
Связь	I2C1 - Порт Ethernet - USB - RS485 - SPI - (3x) Rx, Tx (контакты Arduino)
ИТОГО точек входа	13,26,36
ИТОГО точек вывода	8,16,22
Изолированный выход ШИМ	24 В постоянного тока (3,6,8) I макс: 70 мА

2. ПЛК PLDuino Arduino

PLDuino - это программируемый логический контроллер (ПЛК) на базе Arduino с открытым исходным кодом от Digital Loggers, который доступен на рынке примерно за 150 долларов. Этот ПЛК сочетает в себе Arduino Mega (ATmega2560) с модулем Wi-Fi ESP8266 и сенсорным экраном TFT с диагональю 2,4 дюйма, что делает его пригодным для промышленных приложений Интернета вещей и других приложений заводской робототехники.

PLDuino можно легко запрограммировать с помощью простого USB-кабеля. Кроме того, наряду с популярной IDE Arduino, PLDuino также можно запрограммировать с помощью Lua, GNU или даже AVR Studio. PLDuino также предоставляет демонстрационные коды и библиотеки, чтобы помочь новичкам быстро приступить к разработке. Для опытных пользователей PLDuino также сделал возможным открывать крышку и исследовать внутри ПЛК, чтобы настроить оборудование в соответствии с требованиями их приложения, полные схемы и спецификации компонентов также доступны в Интернете. Полные спецификации PLDuino показаны на картинке ниже.

3. ПЛК Controllino Arduino

Controllino - это не что иное, как промышленный Arduino. Он сочетает в себе гибкость и открытый исходный код экосистемы Arduino с безопасностью и надежностью ПЛК промышленного уровня.

Компания предоставляет три модуля, разработанных на базе трех плат Arduino.

Controllino MINI:

Он разработан на плате Arduino Uno.

Входное напряжение	12 В или 24 В
Рабочая Температура	От 5ºC до 55ºC
Максимальный ток реле	6А
Тактовая частота	16 МГц
Размер	36x90x60 мм
Язык программирования	Arduino IDE.
Флэш-память	32 КБ, из которых 0,5 КБ используются загрузчиком
SRAM	2 КБ
EEPROM	1 КБ
Связь	I2C1– USB - SPI
ИТОГО точек входа	8
ИТОГО точек вывода	8

Controllino MAXI:

Он разработан на микроконтроллере ATMEGA2560 Atmel или на плате Arduino Mega.

Входное напряжение	12 В или 24 В
Рабочая Температура	От 0ºC до 55ºC
Максимальный выходной ток реле	6А
Тактовая частота	16 МГц
Размер	72x90x62 мм
Язык программирования	IDE Arduino
Флэш-память	256 КБ
SRAM	8 КБ
EEPROM	4 КБ
Связь	I2C1, порт Ethernet, USB, SPI
ИТОГО точек входа	12
ИТОГО точек вывода	12, релейный выход-10

Controllino Mega:

ПЛК Mega разработан на микроконтроллере ATMEGA2560 Atmel или на плате Arduino Mega.

Входное напряжение	12 В или 24 В
Рабочая Температура	От 0ºC до 55ºC
Максимальный выходной ток реле	6А
Тактовая частота	16 МГц
Размер	107x90x62 мм
Язык программирования	IDE Arduino
Флэш-память	256 КБ
SRAM	8 КБ
EEPROM	4 КБ
Связь	I2C1, порт Ethernet, USB, SPI
ИТОГО точек входа	21 год
ИТОГО точек вывода	24, релейный выход-16

Преимущества ПЛК Arduino

• Можно приобрести по невысокой цене.
• Может быть запрограммирован с использованием программного обеспечения Arduino IDE.
• Высокая совместимость.
• Большой простор для корректировок.
• Легко заменить по сравнению с обычным ПЛК.

Недостатки Arduino PLC

• Для выбора доступно очень мало вариантов.
• Не подходит для крупномасштабных приложений.
• Чувствительность по сравнению с обычным ПЛК.
• Требуется дополнительное обслуживание.
• Менее профессионально.