Microcontroler vs plc: o comparație detaliată

Apariția Arduino și a zeci de alte plăci bazate pe microcontrolere în ultima perioadă a crescut interesul pentru sistemele încorporate, deschizând lumea microcontrolerelor la un număr mare. Acest lucru nu numai că a mărit numărul de utilizatori de microcontrolere, dar a sporit și domeniul de aplicare și aplicațiile în care sunt utilizați. De aceea, în ultimele câteva articole, am tratat câteva subiecte cheie, care sunt importante pentru construirea unor dispozitive de sisteme încorporate excelente, cum ar fi; selectarea microcontrolerului potrivit pentru proiectul dvs., selectarea dintre un microcontroler și un microprocesor. În același sens, pentru articolul de astăzi, voi compara microcontrolerele cu controlerul logic programabil (PLC).

Controler logic programabil

Un controler logic programabil (PLC) este pur și simplu un dispozitiv de calcul special conceput pentru utilizare în sistemele de control industrial și alte sisteme în care fiabilitatea sistemului este ridicată.

Au fost inițial dezvoltate pentru a înlocui releele, secvențele și temporizatoarele cu cabluri utilizate în procesul de fabricație de industria automatizării, dar astăzi au fost reduse și sunt utilizate de tot felul de procese de fabricație, inclusiv de linii bazate pe roboți. În aceste zile, probabil că nu există o singură fabrică în cuvânt care să nu aibă o mașină sau echipament care să ruleze pe PLC-uri. Motivul principal pentru adoptarea și utilizarea lor pe scară largă poate fi găsit adânc înrădăcinat în rezistența și capacitatea lor de a rezista manipulării aspre / mediului asociat cu pardoselile de fabricație. Sunt, de asemenea, un bun exemplu de sisteme de operare în timp real deoarece au o capacitate mare de a produce ieșiri către intrări specifice într-un interval de timp foarte scurt, ceea ce este o cerință cheie pentru setările industriale, deoarece o a doua întârziere ar putea perturba întreaga operațiune.

Microcontrolere

Microcontrolerele, pe de altă parte, sunt mici dispozitive de calcul pe un singur cip care conțin unul sau mai multe nuclee de procesare, cu dispozitive de memorie încorporate alături de porturi de intrare și ieșire (I / O) cu scop special și general programabile. Acestea sunt utilizate în tot felul de dispozitive de zi cu zi, în special în aplicații în care trebuie efectuate doar sarcini repetitive specifice. De obicei, acestea sunt goale și nu pot fi utilizate ca dispozitive independente fără conexiunile necesare. Spre deosebire de PLC-uri, acestea nu au interfețe precum afișajul și comutatoarele încorporate, deoarece de obicei au doar GPIO-uri la care aceste componente pot fi conectate.

Tutorialul de astăzi se va concentra pe compararea PLC-urilor și a sistemelor de microcontroler sub diferite rubrici care includ;

1. Arhitectură
2. Interfețe
3. Performanță și fiabilitate
4. Nivelul necesar de abilități
5. Programare
6. Aplicații

1. Arhitectura

Arhitectura PLC-urilor:

PLC-urile pot fi denumite în general microcontroler de nivel înalt. Acestea sunt realizate în esență, dintr - un modul de procesor, sursa de alimentare, iar modulele I / O. Modulul procesor este format din unitatea centrală de procesare (CPU) și memorie. Pe lângă un microprocesor, CPU conține, de asemenea, cel puțin o interfață prin care poate fi programat (USB, Ethernet sau RS232) împreună cu rețelele de comunicații. Sursa de alimentare este de obicei un modul separat, iar modulele I / O sunt separate de procesor. Tipurile de module I / O includ module discrete (pornite / oprite), analogice (variabile continue) și module speciale, cum ar fi controlul mișcării sau contoare de mare viteză. Dispozitivele de teren sunt conectate la modulele I / O.

În funcție de cantitatea de module I / Os deținute de PLC, acestea pot fi în aceeași incintă ca PLC sau într-o incintă separată. Anumite PLC-uri mici numite nano / micro PLC-uri au de obicei toate părțile lor, inclusiv puterea, procesorul etc. în aceeași incintă.

Arhitectura microcontrolerului

Arhitectura PLC-urilor descrisă mai sus este oarecum similară cu microcontrolerele din punct de vedere al componentelor, dar microcontrolerul implementează totul pe un singur cip, de la CPU până la porturile I / O și interfețele necesare comunicării cu lumea exterioară. Arhitectura microcontrolerului este prezentată mai jos.

Un exemplu de cod bazat pe logică / diagramă este prezentat mai sus. De obicei, arată ca o scară care este motivul din spatele numelui său. Acest aspect simplificat face PLC-urile foarte ușor de programat, astfel încât, dacă puteți analiza o schemă, puteți programa PLC-uri.

Datorită popularității recente a limbajelor moderne de programare la nivel înalt, PLC-urile sunt acum programate folosind aceste limbaje, cum ar fi C, C ++ și de bază, dar toate PLC-urile, în general, aderă la standardul IEC 61131/3 din industrie și acceptă limbajele de programare stipulate de standard care includ; Diagrama scării, textul structurat, diagrama blocului funcțional, lista instrucțiunilor și diagrama de flux secvențială.

PLC-urile moderne sunt de obicei programate prin intermediul aplicațiilor software bazate pe oricare dintre limbile menționate mai sus, care rulează pe un PC conectat la PLC folosind oricare dintre interfețele USB, Ethernet, RS232, RS-485, RS-422.

Microcontrolerele, pe de altă parte, sunt programate folosind limbaje de nivel scăzut, cum ar fi asamblarea sau limbaje de nivel înalt, cum ar fi C și C ++, printre altele. De obicei necesită un nivel ridicat de experiență cu limbajul de programare utilizat și o înțelegere generală a principiilor dezvoltării firmware-ului. Programatorii trebuie de obicei să înțeleagă concepte precum structurile de date și este necesară o înțelegere profundă a arhitecturii microcontrolerului pentru a dezvolta un firmware foarte bun pentru proiect.

Microcontrolerele sunt, de obicei, programate și prin intermediul aplicațiilor software care rulează pe un PC și sunt de obicei conectate la acel PC printr-o componentă hardware suplimentară numită de obicei programatori.

Funcționarea programelor de pe PLC este totuși foarte similară cu cea a microcontrolerului. PLC folosește un controler dedicat, prin urmare procesează un singur program din nou și din nou. Un ciclu prin program se numește scanare și este similar cu un microcontroler care trece printr-o buclă.

Un ciclu de funcționare prin programul care rulează pe PLC este prezentat mai jos.

6. Aplicații

PLC-urile sunt elementele principale de control utilizate în sistemele de control industrial. Aceștia își găsesc aplicația în controlul mașinilor industriale, al transportoarelor, al roboților și al altor mașini de producție. Ele sunt, de asemenea, utilizate în sistemele bazate pe SCADA și în sistemele care necesită un nivel ridicat de fiabilitate și capacitate de a rezista condițiilor extreme. Sunt utilizate în industrii, inclusiv;

1. Sistem de umplere continuă a sticlelor 2. Sistem de

amestecare a

lotului 3. sistem de aer condiționat în

etapă 4. Controlul traficului

Microcontrolerele, pe de altă parte, găsesc aplicații în dispozitivele electronice de zi cu zi. Acestea sunt elementele principale ale mai multor dispozitive electronice de consum și dispozitive inteligente.

Înlocuirea PLC-urilor în aplicații industriale cu microcontrolere

Apariția plăcilor de microcontrolere ușor de utilizat a mărit domeniul de aplicare în care sunt utilizate microcontrolerele, acestea fiind acum adaptate pentru anumite aplicații pentru care microcontrolerele au fost considerate inadecvate de la computere mini DIY la mai multe sisteme de control complexe. Acest lucru a dus la întrebări cu privire la motivele pentru care microcontrolerele nu sunt utilizate în locul PLC-urilor, argumentul principal fiind costul PLC-urilor în comparație cu cel al microcontrolerelor. Este important să se facă o mulțime de microcontrolere obișnuite înainte de a putea fi utilizate în aplicații industriale.

Deși răspunsul poate fi găsit din punctele deja menționate în acest articol, este suficient să evidențiem două puncte cheie.

1. Microcontrolerele nu sunt proiectate cu rezistența și capacitatea de a rezista la condiții extreme precum PLC-urile. Acest lucru îi face să nu fie pregătiți pentru aplicații industriale.

2. Senzorii și actuatorii industriali sunt de obicei proiectați conform standardului IEC, care este de obicei la o gamă de curent / tensiune și interfețe care pot să nu fie direct compatibile cu microcontrolerele și să necesite un fel de hardware de susținere care crește costurile.

Există alte puncte, dar pentru a rămâne în sfera acestui articol, ar trebui să ne oprim aici.

Completând, fiecare dintre aceste dispozitive de control este conceput pentru a fi utilizat în anumite sisteme și ar trebui să fie bine luate în considerare înainte de a lua o decizie cu privire la cel mai bun pentru o anumită aplicație. Este important să rețineți că anumiți producători construiesc PLC-uri bazate pe microcontroler, precum ecranele industriale fac acum PLC-uri pe bază de Arduino prezentate mai jos.