Prezentare generală a plc-urilor și a diverselor plc-uri bazate pe arduino

Arduino a fost introdus pentru prima dată în 2005, cu scopul de a oferi un mod ușor și ieftin novicilor și profesioniștilor de a crea dispozitive care interacționează cu mediul lor folosind senzori și actuatori.

Înainte de introducerea Arduino, designul încorporat a fost privit ca un subiect complex, iar pasionații (sau inginerii) au trebuit să găsească un profesionist pentru a obține un model de lucru pentru problema lor. Ca și cum doriți o imprimantă 3D simplă, atunci trebuie să obțineți ajutor profesional, deoarece există mii de controlere cu IDE-ul lor compatibil. Și pasionatul nu poate afla despre toate microcontrolerele și despre modalitățile lor de programare. Această situație a luat sfârșit când a fost introdus ARDUINO universal acceptat. Și cu aceasta, pasionații sau inginerii își pot proiecta și dezvolta propriile proiecte fără prea mult ajutor profesional.

Și motivul pentru care a devenit atât de universal acceptat, deoarece este o platformă electronică open-source bazată pe hardware și software ușor de utilizat. Plăcile Arduino pot citi intrări precum lumina pe un senzor, un deget pe un buton și o transformă într-o ieșire programabilă, cum ar fi activarea unui motor, pornirea unui LED și publicarea ceva online.

De-a lungul anilor, Arduino a devenit mai popular și, prin urmare, multe plăci avansate cu scopuri similare sunt dezvoltate, cum ar fi Raspberry PI, Panda etc. Arduino este folosit ca creier în mii de proiecte, de la obiecte de zi cu zi la instrumente științifice complexe. Studenți, pasionați, artiști, programatori și profesioniști din întreaga lume s-au adunat în jurul acestei platforme open-source și au dezvoltat multe proiecte, adunând astfel o cantitate incredibilă de cunoștințe care pot fi de mare ajutor atât pentru începători, cât și pentru experți.

Cu cunoștințele acumulate și introducerea recentă a IoT, hype-ul de pe Arduino a făcut un alt pas înainte, devenind astfel un instrument necesar de învățare pentru ingineri și pasionați. Acum, placa Arduino a început să se schimbe pentru a se adapta la noile nevoi și provocări, cum ar fi aplicațiile IoT, portabile, imprimarea 3D, mediile încorporate și în cele din urmă PLC (Programmable Logic Controller). Aici, în acest articol, vom afla despre ce este PLC și cum poate fi utilizat Arduino ca PLC.

Introducere în PLC (Controller Logic Programabil)

În primul rând, să înțelegem termenul de automatizare industrială înainte de a merge la PLC. După cum știm cu toții, utilizarea mașinilor pentru muncă în industrii este mai rentabilă decât utilizarea oamenilor, deoarece mașinile nu au nevoie de bani, sărbători sau pauze, deci dacă mașinile sunt folosite în locul oamenilor, industriile își pot produce produsele 24 * 7 fără probleme. Acum, această configurație de înlocuire a oamenilor cu mașini sau brațe robotice se numește automatizare industrială.

PLC este o unitate de control special concepută pentru a opera mașinile utilizate pentru automatizarea industrială. Acestea sunt concepute pentru a fi fiabile în medii industriale dure (cum ar fi temperaturi extreme, condiții umede, umede, prăfuite). Aplicațiile PLC pot fi văzute la linia de asamblare a uzinei de fabricație, o instalație de prelucrare a minereului, sudare robotizată, sculptură CNC etc. Deoarece acest echipament este conceput pentru o eficiență ridicată și un mediu robust, acestea sunt costisitoare atât pentru instalare, cât și pentru reparații.

PLC (Programmable Logic Controller) are multe caracteristici similare cu computerul nostru personal de acasă. Ambele au o unitate de alimentare, un procesor (unitate centrală de procesare), porturi de intrări și ieșiri (I / O), memorie RAM și ROM și software de control. Cea mai mare diferență dintre cele două este că PLC poate îndeplini funcții discrete și continue într-un mediu dur pe care un PC nu îl poate face. De asemenea, puteți citi diferența dintre PLC și microcontroler pentru a obține o imagine de ansamblu asupra comparației sale cu microcontrolerele.

Există multe tipuri diferite de PLC pe piață în funcție de cerințele clientului. Deși există multe tipuri de PLC prezente, acestea respectă anumite standarde pentru ca utilizatorul să le aleagă cu ușurință.

Funcția de bază a PLC

Pentru a înțelege funcționarea PLC de bază, să presupunem un exemplu simplu, așa cum se arată mai jos.

Să spunem în această configurație că trebuie să aprindem becul în primele cincizeci de secunde și să OPRIM becul în următoarele douăzeci de secunde, apoi trebuie să folosim comutatorul din circuit pentru a închide și a deschide bucla continuu. Aceasta este o sarcină simplă, dar foarte obositoare pentru un om și nu este rentabil să cumperi un relee temporizate pentru acest tip de problemă de fiecare dată. În toate aceste cazuri putem folosi un singur PLC pentru a rezolva problema.

Aici puteți vedea un PLC conectat în bucla de configurare, menținând întrerupătorul închis. Putem folosi programarea pentru a seta temporizatorul pentru PLC în circuit. Odată ce ați terminat, PLC poate închide și deschide continuu bucla, care înlocuiește necesitatea intervenției umane. Odată ce PLC începe să execute programul, acesta nu se va opri până când nu se va produce o întrerupere.

Aceasta este doar o configurare simplă și un PLC are capacitatea de a controla procese mult mai mari și mai complexe, cum ar fi controlul PWM, Sensing, etc. PLC funcționează în funcție de aplicație și nevoie.

Diagrama bloc a PLC

Acum să ne uităm la modulele importante prezente în PLC.

Modul de alimentare: Acest modul este uneori plasat ca o configurație separată ca un adaptor și, în alte cazuri, va fi proiectat direct pe PCB-ul principal. Funcția modulului este de a furniza puterea necesară întregului setare PLC (Programmable Logic Controller). Modulul este un convertor care convertește puterea alternativă disponibilă în curent continuu, care este necesară de către CPU și alte module. De obicei, PLC funcționează pe șina electrică de 12V și 24V.

Unitate centrală de procesare: Acest modul este cel mai protejat, deoarece este nucleul de funcționare pentru întregul PLC. Modulul CPU constă dintr-un microprocesor sau microcontroler, memorie de program, memorie flash și memorie RAMS. Memoria Flash sau memoria ROM stochează sistemul de operare, driverul și programul de aplicație. RAM-ul este utilizat de microprocesor pentru a accesa date și informații.

Funcția CPU este de a executa programul stocat în memorie și de a acționa conform instrucțiunilor scrise. Deci, în principiu, CPU citește datele de intrare de la senzori pentru procesare și în cele din urmă trimite un răspuns adecvat pe baza programului.

Modul de intrare și ieșire: modulul de intrare este utilizat pentru stabilirea unei legături între diferiți senzori și tastaturi către CPU, iar modulul de ieșire este utilizat de procesor pentru a oferi un răspuns către lumea exterioară.

Modulul dispozitivului de programare: Acest modul este utilizat pentru stabilirea comunicării între PC și PLC. Funcția de bază este reprogramarea microprocesorului PLC.

Tipuri de PLC (controler logic programabil)

PLC-ul este împărțit în două tipuri și anume PLC fix (sau compact) și PLC modular.

1. PLC compact sau fix: este de obicei un PLC low-end, care este popular în multe industrii. Compact PLC are un număr fix de module I / O și carduri I / O externe și nu pot fi extinse ulterior pentru a face o configurare mai complexă. Puteți vedea un PLC fix în figura de mai jos.

2. PLC modular: PLC modular permite extinderi multiple prin stivuirea paralelă a „modulelor”. Porturile I / O ale PLC-ului modular pot fi mărite pentru operațiuni mai complexe din industrie. PLC modular este, de asemenea, mai ușor de utilizat, deoarece fiecare componentă este independentă una de cealaltă. Acest tip de PLC este popular în multe industrii

Arduino vs PLC (controler logic programabil)

După cum am menționat mai devreme, modulele importante ale unui PLC sunt similare cu un PC (computer personal) și sunt chiar mai asemănătoare cu computerele cu o singură placă, cum ar fi Arduino. Deci, intern, la un anumit nivel, funcționarea atât a PLC-ului, cât și a Arduino-ului este aceeași și putem folosi acest Arduino pentru a proiecta un PLC (Controller Logic Programabil). De PLCs Arduino sunt deja prezente pe piață și sunt disponibile mai ieftine în comparație cu PLC convențională. Așadar, Arduino-PLC devine popular în aceste zile și aplicațiile sale vor crește mai mult în viitor. Acestea sunt anumite diferențe între PLC Arduino și PLC convențional și câteva dintre ele sunt menționate mai jos.

PLC Arduino	PLC (Controller Logic Programabil)
Componente externe necesare pentru a funcționa ca PLC	Nu are nevoie de componente externe suplimentare
Acceptat universal	Promovat în principal în industrii
Cost scăzut	Cost ridicat
Trebuie să învățați programarea de bază pentru a rescrie programul Arduino	Avea nevoie doar de tehnica de operare de bază pentru reprogramarea PLC
Reprogramarea este relativ dificilă	Reprogramarea este relativ ușoară
Performanță satisfăcătoare	Performanta ridicata
Nu pot funcționa în condiții dure	Poate lucra în condiții dure
Compact și mic	Voluminos și greu
Stivuirea nu poate fi utilizată pentru a continua funcționarea PLC a Arduino PLC	Stivuirea poate fi utilizată pentru a continua funcționarea PLC a PLC-ului normal
Mai multe opțiuni de comunicare	Mai puține opțiuni de comunicare
Ușor de înlocuit și de reparat	Greu de înlocuit și de reparat
Opțiuni mai mici pentru alegere	Multe opțiuni pentru alegere

Acum, să discutăm pe scurt despre PLC-urile populare pe bază de Arduino, care se află în prezent pe piață.

1. Scuturi industriale Arduino PLC-uri

Industrial Shields este o companie populară care oferă scuturi PLC bazate pe Arduino pentru multe aplicații industriale. Scuturile utilizate în mod popular sunt discutate pe scurt mai jos.

Scuturi industriale ARDBOX:

ARDBOX este un PLC bazat pe Arduino conceput pentru aplicații industriale la scară mică și medie. Imaginea ARDBOX este prezentată mai jos.

ARDBOX este proiectat pe baza ARDUINO LEONARO, deci, în principiu, toate specificațiile tehnice ale ARDBOX sunt specificații LEONARO. Caracteristicile de bază și specificațiile tehnice ale ARDBOX sunt prezentate mai jos.

Tensiune de intrare	12Vor 24V
Putere nominală	30Watt
Curent maxim	1,5A
Viteza ceasului	16MHz
mărimea	100x45x115 mm
Limbaj de programare	IDE Arduino.
Memorie flash	32 KB din care 4KB sunt folosiți de bootloader
SRAM	2,5 KB
EEPROM	1KB
Comunicări	I2C - USB - RS232 - RS485 - SPI - TTL
TOTAL Puncte de intrare	10
TOTAL puncte de ieșire	10
Ieșire izolată PWM	la 24Vcc I max: 70 mA Izolarea galvanică Diodă protejată pentru releu Tensiune nominală: 24Vcc

Scuturi industriale M-Duino:

M-DUINO este un PLC bazat pe Arduino conceput pentru aplicații industriale la scară mică și medie. Imaginea PLC este prezentată mai jos.

M-DUINO este proiectat pe baza plăcii ARDUINO MEGA, deci toate specificațiile tehnice ale plăcii MEGA sunt specificațiile M-DUINO. Caracteristicile de bază și specificațiile tehnice ale M-DUINO sunt prezentate mai jos.

Tensiune de intrare	12V sau 24V
Putere nominală	40Watt
Curent maxim de ieșire	0,5A
Viteza ceasului	16MHz
mărimea	101x119x70mm
Limbaj de programare	IDE Arduino.
Memorie flash	32 KB din care 0,5 KB sunt folosiți de încărcătorul de încărcare
SRAM	2KB
EEPROM	1KB
Comunicări	I2C1 - Port Ethernet - USB - RS485 - SPI - (3x) Rx, Tx (pini Arduino)
TOTAL Puncte de intrare	13,26,36
TOTAL puncte de ieșire	8,16,22
Ieșire izolată PWM	24Vcc (3,6,8) I max: 70 mA

2. PLC-uri PLDuino Arduino

PLDuino este un controler logic programabil (PLC) bazat pe Arduino Open Source de la Digital Loggers care este disponibil pe piață la aproximativ 150 USD Acest PLC combină Arduino Mega (ATmega2560) cu modulul Wi-Fi ESP8266 și un ecran tactil TFT de 2,4 ”, pentru a-l face potrivit pentru aplicații industriale IoT și alte aplicații de robotică din fabrică.

PLDuino poate fi programat cu ușurință utilizând un cablu USB simplu, de asemenea, împreună cu popularul IDE Arduino, PLDuino poate fi programat și utilizând Lua, GNU sau chiar AVR Studio. PLDuino oferă, de asemenea, coduri demonstrative și biblioteci pentru a ajuta începătorii să înceapă rapid dezvoltarea. Pentru utilizatorii avansați, PLDuino a făcut, de asemenea, posibilă deschiderea capacului și explorarea în interiorul PLC, astfel încât să personalizați hardware-ul după cum este necesar pentru aplicația lor, schemele complete și specificațiile componentelor sunt, de asemenea, disponibile online. Specificațiile complete ale PLDuino sunt prezentate în imaginea de mai jos

3. Controllino Arduino PLC-uri

Controllino nu este altceva decât un Arduino industrializat. Acesta combină flexibilitatea și natura open-source a ecosistemului Arduino cu siguranța și fiabilitatea PLC-urilor de nivel industrial.

Compania oferă trei module care sunt proiectate pe baza a trei plăci Arduino.

Controllino MINI:

Este proiectat pe placa Arduino Uno.

Tensiune de intrare	12V sau 24V
Temperatura de Operare	5ºC la 55ºC
Curentul maxim de releu	6A
Viteza ceasului	16MHz
mărimea	36x90x60 mm
Limbaj de programare	IDE Arduino.
Memorie flash	32 KB din care 0,5 KB sunt folosiți de încărcătorul de încărcare
SRAM	2KB
EEPROM	1KB
Comunicări	I2C1– USB - SPI
TOTAL Puncte de intrare	8
TOTAL puncte de ieșire	8

Controllino MAXI:

Acesta este proiectat pe microcontrolerul ATMEGA2560 Atmel sau pe placa Arduino Mega.

Tensiune de intrare	12V sau 24V
Temperatura de Operare	0ºC la 55ºC
Curent maxim de releu de ieșire	6A
Viteza ceasului	16MHz
mărimea	72x90x62mm
Limbaj de programare	IDE Arduino
Memorie flash	256 KB
SRAM	8KB
EEPROM	4KB
Comunicări	I2C1, port Ethernet, USB, SPI
TOTAL Puncte de intrare	12
TOTAL puncte de ieșire	12, ieșire releu-10

Controllino Mega:

Mega PLC este proiectat pe microcontrolerul ATMEGA2560 Atmel sau pe placa Mega Arduino.

Tensiune de intrare	12V sau 24V
Temperatura de Operare	0ºC la 55ºC
Curent maxim de releu de ieșire	6A
Viteza ceasului	16MHz
mărimea	107x90x62mm
Limbaj de programare	IDE Arduino
Memorie flash	256 KB
SRAM	8KB
EEPROM	4KB
Comunicări	I2C1, port Ethernet, USB, SPI
TOTAL Puncte de intrare	21
TOTAL puncte de ieșire	24, ieșire releu-16

Avantajele PLC Arduino

• Poate fi achiziționat la un cost redus.
• Poate fi programat utilizând software-ul Arduino IDE.
• Compatibilitate ridicată.
• Spațiu ridicat pentru ajustări.
• Ușor de înlocuit în comparație cu PLC convențional.

Dezavantaje ale programului Arduino

• Foarte puține opțiuni sunt disponibile pentru selecție.
• Nu este potrivit pentru aplicații la scară înaltă.
• Sensibil în comparație cu PLC convențional.
• A fost necesară mai multă întreținere.
• Mai puțin profesionist.