Mikrokontrolér vs plc: podrobné srovnání

Nástup Arduina a mnoha dalších desek založených na mikrokontrolérech v poslední době zvýšil zájem o vestavěné systémy a otevřel svět mikrokontrolérů velkému počtu. To nejen zvýšilo počet uživatelů mikrokontroléru, ale také zvýšilo rozsah a aplikace, ve kterých se používají. Proto jsme se v posledních několika článcích zabývali některými klíčovými tématy, která jsou důležitá pro vytváření skvělých zařízení vestavěných systémů; výběr správného mikrokontroléru pro váš projekt, výběr mezi mikrokontrolérem a mikroprocesorem. Stejně tak budu v dnešním článku porovnávat mikrokontroléry s programovatelným logickým řadičem (PLC).

Programovatelný logický řadič

Programovatelný logický řadič (PLC) je jednoduše pro speciální účel výpočetní zařízení určené pro použití v průmyslových řídicích systémů a jiných systémů, kde se spolehlivost systému je vysoká.

Byly původně vyvinuty, aby nahradily drátová relé, sekvence a časovače používané ve výrobním procesu v automatizačním průmyslu, ale dnes mají měřítko a jsou používány všemi druhy výrobních procesů, včetně robotických linek. V dnešní době pravděpodobně neexistuje jediná továrna, která by neměla stroj nebo zařízení běžící na PLC. Hlavní důvod jejich širokého přijetí a použití lze hluboce zakořenit v jejich robustnosti a schopnosti odolat drsnému zacházení / prostředí spojenému s výrobou podlah. Jsou také dobrým příkladem operačních systémů v reálném čase protože mají vysokou schopnost produkovat výstupy na konkrétní vstupy ve velmi krátkém časovém rámci, což je klíčový požadavek pro průmyslová nastavení, protože druhé zpoždění by mohlo narušit celý provoz.

Mikrokontroléry

Mikrokontroléry na druhé straně jsou malá výpočetní zařízení na jednom čipu, která obsahují jedno nebo více procesorových jader, s paměťovými zařízeními zabudovanými vedle programovatelných speciálních a obecných vstupních a výstupních (I / O) portů. Používají se ve všech typech každodenních zařízení, zejména v aplikacích, kde je třeba provádět pouze konkrétní opakující se úkoly. Obvykle jsou holé a nelze je použít jako samostatná zařízení bez potřebného připojení. Na rozdíl od PLC nemají rozhraní, jako je displej, a vestavěné přepínače, protože obvykle mají pouze GPIO, ke kterým lze tyto komponenty připojit.

Dnešní tutoriál bude zaměřen na porovnání PLC a systémů mikrokontroléru pod různými hlavičkami, které zahrnují;

Architektura
Rozhraní
Výkon a spolehlivost
Požadovaná úroveň dovedností
Programování
Aplikace

1. Architektura

Architektura PLC:

PLC lze obecně označovat jako mikroprocesory na vysoké úrovni. V zásadě jsou tvořeny procesorovým modulem, napájecím zdrojem a I / O moduly. Procesorový modul se skládá z centrální procesorové jednotky (CPU) a paměti. Kromě mikroprocesoru obsahuje CPU také alespoň rozhraní, přes které jej lze programovat (USB, Ethernet nebo RS232) spolu s komunikačními sítěmi. Napájecí zdroj je obvykle samostatný modul a I / O moduly jsou oddělené od procesoru. Typy I / O modulů zahrnují diskrétní (zapnuto / vypnuto), analogové (spojité proměnné) a speciální moduly, jako je řízení pohybu nebo vysokorychlostní čítače. Polní zařízení jsou připojena k I / O modulům.

V závislosti na množství I / O modulů, které má PLC k dispozici, mohou být ve stejné skříni jako PLC nebo v samostatné skříni. Určité malé PLC nazývané nano / mikro PLC mají obvykle všechny své součásti včetně napájení, procesoru atd. Ve stejné skříni.

Architektura mikrokontroléru

Architektura výše popsaných PLC je do jisté míry podobná mikrokontrolérům, ale mikrokontrolér implementuje vše na jednom čipu, od CPU po I / O porty a rozhraní potřebná pro komunikaci s vnějším světem. Architektura mikrokontroléru je uvedena níže.

Příklad kódu založeného na logice / schématu žebříku je uveden výše. Obvykle to vypadá jako žebřík, který je důvodem jeho jména. Díky tomuto zjednodušenému vzhledu je programování PLC velmi snadné, takže pokud můžete analyzovat schéma, můžete programovat PLC.

Vzhledem k nedávné popularitě moderních programovacích jazyků na vysoké úrovni se nyní PLC programují pomocí těchto jazyků, jako jsou C, C ++ a základní, ale všechny PLC obecně stále dodržují průmyslový standard řídicích systémů IEC 61131/3 a podporují programovací jazyky stanovené standard, který zahrnuje; Žebříkový diagram, strukturovaný text, funkční blokové schéma, seznam instrukcí a sekvenční vývojový diagram.

Moderní PLC se obvykle programují pomocí aplikačního softwaru založeného na kterémkoli z výše uvedených jazyků, běží na počítači připojeném k PLC pomocí kteréhokoli z rozhraní USB, Ethernet, RS232, RS-485, RS-422.

Mikrokontroléry na druhé straně jsou programovány pomocí nízkoúrovňových jazyků, jako je montáž, nebo mezi jazyky na vysoké úrovni, jako jsou C a C ++. Obvykle to vyžaduje vysokou úroveň zkušeností s používaným programovacím jazykem a všeobecné znalosti principů vývoje firmwaru. Programátoři obvykle potřebují porozumět konceptům, jako jsou datové struktury, a pro vývoj velmi dobrého firmwaru pro projekt je nutné hluboké pochopení architektury mikrokontroléru.

Mikrokontroléry se obvykle programují také pomocí aplikačního softwaru běžícího na PC a obvykle se k tomuto počítači připojují pomocí dalšího hardwaru, který se obvykle nazývá programátory.

Činnost programů na PLC je však velmi podobná činnosti mikrokontroléru. PLC používá vyhrazený řadič, takže zpracovává pouze jeden program znovu a znovu. Jeden cyklus programem se nazývá skenování a je podobný mikrokontroléru procházejícímu smyčkou.

Níže je uveden provozní cyklus programem běžícím na PLC.

6. Aplikace

PLC jsou primární řídicí prvky používané v průmyslových řídicích systémech. Nacházejí uplatnění v řízení průmyslových strojů, dopravníků, robotů a dalších strojů na výrobní lince. Používají se také v systémech založených na SCADA a v systémech, které vyžadují vysokou úroveň spolehlivosti a schopnosti odolat extrémním podmínkám. Používají se v průmyslových odvětvích včetně;

1. Systém kontinuálního plnění lahví 2. Systém

míchání

dávek 3. Etapový klimatizační systém

4. Řízení dopravy

Mikrokontroléry na druhé straně nacházejí uplatnění v každodenních elektronických zařízeních. Jsou hlavními stavebními kameny několika spotřební elektroniky a inteligentních zařízení.

Výměna PLC v průmyslových aplikacích za mikrokontroléry

Nástup snadno použitelných desek mikrokontrolérů zvýšil rozsah, ve kterém se mikrokontroléry používají, nyní se přizpůsobují pro určité aplikace, pro které byly mikrokontroléry považovány za nevhodné, od mini DIY počítačů po několik složitých řídicích systémů. To vedlo k otázkám, proč se mikrokontroléry nepoužívají místo PLC, přičemž hlavním argumentem jsou náklady na PLC ve srovnání s náklady mikrokontrolérů. Je důležité, aby se běžné mikrokontroléry před použitím v průmyslových aplikacích musely hodně udělat.

I když odpověď lze najít z bodů již zmíněných v tomto článku, stačí zdůraznit dva klíčové body.

1. Mikrokontroléry nejsou navrženy s takovou robustností a schopností odolat extrémním podmínkám, jako jsou PLC. Díky tomu nejsou připraveni na průmyslové aplikace.

2. Průmyslové senzory a akční členy jsou obvykle konstruovány podle normy IEC, která je obvykle v rozsahu proudu / napětí a rozhraní, která nemusí být přímo kompatibilní s mikrokontroléry a budou vyžadovat určitý druh podpůrného hardwaru, který zvyšuje náklady.

Existují i další body, ale abychom zůstali v rozsahu tohoto článku, měli bychom se zastavit zde.

Zaokrouhlení nahoru, každé z těchto řídicích zařízení je navrženo pro použití v určitých systémech a mělo by být dobře zváženo, než bude rozhodnuto o tom nejlepším pro konkrétní aplikaci. Je důležité si uvědomit, že někteří výrobci staví PLC založené na mikrokontrolérech, stejně jako průmyslové štíty nyní vyrábějí PLC založené na Arduinu níže.