Přehled plc a různých plc desek založených na Arduinu

Arduino bylo poprvé představeno v roce 2005 s cílem poskytnout nízkonákladovým a snadným způsobem pro nováčky a profesionály vytváření zařízení, která interagují s jejich prostředím pomocí senzorů a akčních členů.

Před zavedením Arduina byl integrovaný design považován za složitý předmět a fandové (nebo inženýři) museli najít profesionála, aby získali funkční model jejich problému. Pokud chcete jednoduchou 3D tiskárnu, musíte získat odbornou pomoc, protože existují tisíce řadičů s jejich kompatibilním IDE. A fanda se nemůže dozvědět o všech mikrokontrolérech a jejich programovacích způsobech. Tato situace skončila, když byl představen všeobecně přijímaný ARDUINO. A díky tomu mohou fandové nebo inženýři navrhovat a rozvíjet své vlastní projekty bez velké profesionální pomoci.

A důvod, proč se stal tak všeobecně přijímaným, protože se jedná o platformu elektroniky typu open-source založenou na snadno použitelném hardwaru a softwaru. Desky Arduino jsou schopny číst vstupy, jako je světlo na senzoru, prst na tlačítku, a přeměnit jej na programovatelný výstup, jako je aktivace motoru, rozsvícení LED a publikování něčeho online.

V průběhu let se Arduino stalo populárnějším a díky tomu se vyvíjí mnoho pokročilých desek s podobnými účely, jako jsou Raspberry PI, Panda atd. Arduino se používá jako mozek v tisících projektů, od každodenních předmětů až po složité vědecké přístroje. Studenti, fandové, umělci, programátoři a profesionálové z celého světa se shromáždili kolem této platformy s otevřeným zdrojovým kódem a vyvinuli mnoho projektů, čímž nashromáždili neuvěřitelné množství znalostí, které mohou velmi pomoci začátečníkům i odborníkům.

Díky nashromážděným znalostem a nedávnému zavedení IoT učinil humbuk na Arduinu další krok vpřed, čímž se stal nezbytným nástrojem učení pro inženýry a fandy. Nyní se deska Arduino začala měnit, aby se přizpůsobila novým potřebám a výzvám, jako jsou aplikace IoT, nositelná zařízení, 3D tisk, vestavěná prostředí a nakonec PLC (Programmable Logic Controller). Zde v tomto článku se dozvíme o Co je PLC a jak lze Arduino použít jako PLC.

Úvod do PLC (Programmable Logic Controller)

Nejprve pochopíme pojem Průmyslová automatizace, než se vydáme na PLC. Jak všichni víme, používání strojů pro práci v průmyslových odvětvích je nákladově efektivnější než používání lidí, protože stroje nepotřebují peníze, prázdniny ani přestávky, takže pokud jsou stroje používány místo lidí, mohou průmyslová odvětví vyrábět své výrobky 24 * 7 bez problémů. Nyní se toto nastavení nahrazování lidí stroji nebo robotickými rameny nazývá Průmyslová automatizace.

PLC je řídicí jednotka speciálně navržená pro provoz strojů používaných pro průmyslovou automatizaci. Jsou navrženy tak, aby byly spolehlivé v drsném průmyslovém prostředí (jako jsou extrémní teploty, vlhké, mokré nebo prašné podmínky). Aplikace PLC lze vidět na montážní lince výrobního závodu, v závodě na zpracování rud, robotickém svařování, CNC řezbě atd. Protože toto zařízení je navrženo pro vysokou účinnost a drsné prostředí, je nákladné jak pro instalaci, tak pro opravy.

PLC (Programmable Logic Controller) má mnoho funkcí podobných našemu osobnímu počítači doma. Oba mají napájecí jednotku, CPU (centrální procesorovou jednotku), porty vstupů a výstupů (I / O), paměť RAM a ROM a ovládací software. Největší rozdíl mezi nimi je, že PLC může provádět diskrétní a spojité funkce v drsném prostředí, které PC nedokáže. Můžete si také přečíst rozdíl mezi PLC a mikrokontrolérem, abyste získali přehled o jeho srovnání s mikrokontroléry.

Na trhu existuje mnoho různých typů PLC podle požadavků zákazníka. Přestože existuje mnoho typů PLC, dodržují určité standardy, které si uživatel může snadno vybrat.

Základní funkce PLC

Pro pochopení základního fungování PLC předpokládejme jednoduchý příklad, jak je znázorněno níže.

Řekněme, že v tomto nastavení musíme zapnout žárovku na prvních padesát sekund a vypnout žárovku na následujících dvacet sekund, pak musíme použít spínač v obvodu k nepřetržitému uzavírání a otevírání smyčky. Jedná se o jednoduchý, ale velmi obtížný úkol pro člověka a není nákladné nakupovat časová relé pro tento typ problému pokaždé. Ve všech těchto případech můžeme k vyřešení problému použít jeden PLC.

Zde můžete vidět, že PLC je připojeno ve smyčce nastavení, zatímco spínač zůstává uzavřený. Můžeme použít programování k nastavení časovače pro PLC v obvodu. Jakmile je hotovo, PLC může smyčku nepřetržitě uzavírat a otevírat, což nahrazuje potřebu lidského zásahu. Jakmile PLC začne vykonávat program, nezastaví se, dokud nedojde k přerušení.

Jedná se pouze o jednoduché nastavení a PLC má schopnost řídit mnohem větší a složitější procesy, jako je řízení PWM, snímání atd. PLC je obvykle navrženo tak, aby si zákazník mohl přizpůsobit Fungování PLC v závislosti na aplikaci a potřebě.

Blokové schéma PLC

Nyní se podívejme na důležité moduly přítomné v PLC.

Napájecí modul: Tento modul je někdy umístěn jako samostatná sestava jako adaptér a v ostatních případech bude navržen přímo na hlavní desce plošných spojů. Funkcí modulu je dodávat požadovaný výkon do celého nastavení PLC (Programmable Logic Controller). Modul je převodník, který převádí dostupné střídavé napětí na stejnosměrné, které vyžaduje procesor a další moduly. PLC obvykle funguje na napájecí liště 12V a 24V.

Centrální procesorová jednotka: Tento modul je nejvíce chráněn, protože je jádrem fungování celého PLC. CPU modul se skládá z mikroprocesoru nebo mikrokontroléru, programové paměti, flash paměti a paměti RAMS. Flash paměť nebo paměť ROM ukládá operační systém, ovladač a aplikační program. RAM používá mikroprocesor pro přístup k datům a informacím.

Úkolem CPU je vykonávat program uložený v paměti a jednat podle písemných pokynů. CPU tedy v zásadě čte vstupní data ze senzorů ke zpracování a nakonec na základě programu odešle příslušnou odpověď.

Vstupní a výstupní modul: Vstupní modul se používá k navázání spojení mezi různými senzory a klávesnicemi s CPU a výstupní modul se používá k zajištění reakce na vnější svět.

Programovací modul zařízení: Tento modul slouží k navázání komunikace mezi PC a PLC. Základní funkcí je přeprogramování mikroprocesoru PLC.

Druhy PLC (Programmable Logic Controller)

PLC se dělí na dva typy, a to na pevné (nebo kompaktní PLC) a modulární PLC.

1. Kompaktní nebo pevné PLC: Jedná se obvykle o low-end PLC, který je populární v mnoha průmyslových odvětvích. Compact PLC má pevný počet I / O modulů a externích I / O karet a nelze je později rozšířit, aby bylo možné provést složitější nastavení. Na níže uvedeném obrázku můžete vidět pevné PLC.

2. Modulární PLC: Modulární PLC umožňuje vícenásobné rozšiřování paralelním stohováním „modulů“. I / O porty modulárního PLC lze zvýšit pro složitější operace v oboru. Modulární PLC je také jednodušší, protože každá součást je na sobě nezávislá. Tento typ PLC je populární v mnoha průmyslových odvětvích

Arduino vs PLC (programovatelný logický řadič)

Jak jsme již zmínili, důležité moduly PLC jsou podobné PC (Personal Computer) a ještě více se podobají jednodeskovým počítačům jako Arduino. Takže interně na určité úrovni jsou práce PLC i Arduina stejné a můžeme toto Arduino použít k návrhu PLC (Programmable Logic Controller). Tyto Arduino PLC jsou již na trhu, a jsou k dispozici levnější ve srovnání s konvenční PLC. Arduino-PLC se tedy v dnešní době stává populárním a jeho aplikací bude v budoucnu přibývat. Toto jsou určité rozdíly mezi PLC Arduino a konvenčním PLC a několik z nich je uvedeno níže.

Arduino PLC	PLC (Programmable Logic Controller)
Potřebné externí komponenty pro práci jako PLC	Nepotřebuje další externí komponenty
Všeobecně přijímáno	Propagováno hlavně v průmyslových odvětvích
Nízké náklady	Vysoká cena
Chcete-li přepsat program Arduino, musíte se naučit základní programování	K přeprogramování PLC byla zapotřebí pouze základní operační technika
Přeprogramování je poměrně obtížné	Přeprogramování je relativně snadné
Uspokojivý výkon	Vysoký výkon
Nelze pracovat v drsných podmínkách	Může pracovat v drsných podmínkách
Kompaktní a malý	Objemné a těžké
Stohování nelze použít k podpoře provozu PLC Arduino PLC	Stohování lze použít k podpoře provozu PLC normálního PLC
Více možností komunikace	Méně možností komunikace
Snadná výměna a oprava	Je těžké jej vyměnit a opravit
Menší možnosti výběru	Mnoho možností pro výběr

Nyní pojďme stručně diskutovat o populárních PLC založených na Arduinu, které jsou v současné době na trhu.

1. Průmyslové štíty Arduino PLC

Industrial Shields je populární společnost, která poskytuje štíty PLC založené na Arduinu pro mnoho průmyslových aplikací. Štíty, které se běžně používají, jsou stručně popsány níže.

Průmyslové štíty ARDBOX:

ARDBOX je PLC založené na Arduinu určené pro malé a střední průmyslové aplikace. Obrázek ARDBOXu je uveden níže.

ARDBOX je navržen na základě ARDUINO LEONARO, takže v zásadě jsou všechny technické specifikace ARDBOXu specifikacemi LEONARO. Níže jsou uvedeny základní vlastnosti a technické specifikace ARDBOX.

Vstupní napětí	12V nebo 24V
Jmenovitý výkon	30 W
Maximální proud	1,5 A.
Rychlost hodin	16 MHz
Velikost	100x45x115 mm
Programovací jazyk	Arduino IDE.
Flash paměť	32 kB, z nichž 4 kB používá bootloader
SRAM	2,5 kB
EEPROM	1 kB
komunikace	I2C - USB - RS232 - RS485 - SPI - TTL
CELKEM Vstupní body	10
CELKEM Výstupní body	10
Izolovaný výstup PWM	na 24 Vdc I max: 70 mA Galvanická izolace Dioda chráněna pro relé Jmenovité napětí: 24Vdc

Průmyslové štíty M-Duino:

M-DUINO je PLC založené na Arduinu určené pro malé a střední průmyslové aplikace. Obrázek PLC je uveden níže.

M-DUINO je navrženo na základě desky ARDUINO MEGA, takže všechny technické specifikace desky MEGA jsou specifikacemi M-DUINO. Níže jsou uvedeny základní vlastnosti a technické specifikace M-DUINO.

Vstupní napětí	12V nebo 24V
Jmenovitý výkon	40 Watt
Maximální výstupní proud	0,5A
Rychlost hodin	16 MHz
Velikost	101x119x70mm
Programovací jazyk	Arduino IDE.
Flash paměť	32 kB, z nichž 0,5 kB používá zavaděč
SRAM	2 kB
EEPROM	1 kB
komunikace	I2C1 - Ethernetový port - USB - RS485 - SPI - (3x) Rx, Tx (piny Arduino)
CELKEM Vstupní body	13,26,36
CELKEM Výstupní body	8,16,22
Izolovaný výstup PWM	24 Vdc (3,6,8) I max: 70 mA

2. PLDuino Arduino PLC

PLDuino je programovatelný logický řadič (PLC) s otevřeným zdrojovým kódem Arduino od společnosti Digital Loggers, který je na trhu k dispozici za přibližně 150 USD. Tento PLC kombinuje Arduino Mega (ATmega2560) s ESP8266 Wi-Fi modulem a 2,4 ”TFT dotykovou obrazovkou, aby byl vhodný pro průmyslové IoT aplikace a další tovární robotické aplikace.

PLDuino lze snadno programovat pomocí jednoduchého kabelu USB, společně s populárním IDE Arduino lze programovat PLDuino také pomocí Lua, GNU nebo dokonce AVR Studio. PLDuino také poskytuje ukázkové kódy a knihovny, které začátečníkům pomohou rychle začít s vývojem. Pro pokročilé uživatele PLDuino také umožnilo odhalit obal a prozkoumat uvnitř PLC tak, aby bylo možné přizpůsobit hardware tak, jak to vyžaduje jejich aplikace, úplné schémata a specifikace komponent jsou také k dispozici online. Kompletní specifikace PLDuino jsou uvedeny na obrázku níže

3. Controllino Arduino PLC

Controllino není nic jiného než industrializované Arduino. Kombinuje flexibilitu a open-source povahu ekosystému Arduino s bezpečností a spolehlivostí průmyslových PLC.

Společnost poskytuje tři moduly, které jsou navrženy na základě tří desek Arduino.

Controllino MINI:

Je navržen na desce Arduino Uno.

Vstupní napětí	12V nebo 24V
Provozní teplota	5 ° C až 55 ° C
Maximální proud relé	6A
Rychlost hodin	16 MHz
Velikost	36x90x60 mm
Programovací jazyk	Arduino IDE.
Flash paměť	32 kB, z nichž 0,5 kB používá zavaděč
SRAM	2 kB
EEPROM	1 kB
komunikace	I2C1– USB - SPI
CELKEM Vstupní body	8
CELKEM Výstupní body	8

Controllino MAXI:

Toto je navrženo na mikrokontroléru ATMEGA2560 Atmel nebo na desce Arduino Mega.

Vstupní napětí	12V nebo 24V
Provozní teplota	0 ° C až 55 ° C
Maximální proud výstupního relé	6A
Rychlost hodin	16 MHz
Velikost	72x90x62mm
Programovací jazyk	Arduino IDE
Flash paměť	256 kB
SRAM	8 kB
EEPROM	4 kB
komunikace	I2C1, ethernetový port, USB, SPI
CELKEM Vstupní body	12
CELKEM Výstupní body	12, reléový výstup-10

Controllino Mega:

Mega PLC je navrženo na mikrokontroléru ATMEGA2560 Atmel nebo na desce Arduino Mega.

Vstupní napětí	12V nebo 24V
Provozní teplota	0 ° C až 55 ° C
Maximální proud výstupního relé	6A
Rychlost hodin	16 MHz
Velikost	107x90x62mm
Programovací jazyk	Arduino IDE
Flash paměť	256 kB
SRAM	8 kB
EEPROM	4 kB
komunikace	I2C1, ethernetový port, USB, SPI
CELKEM Vstupní body	21
CELKEM Výstupní body	24, reléový výstup-16

Výhody Arduino PLC

• Lze zakoupit za nízkou cenu.
• Lze programovat pomocí softwaru Arduino IDE.
• Vysoká kompatibilita.
• Vysoký prostor pro úpravy.
• Snadná výměna ve srovnání s konvenčním PLC.

Nevýhody PLC Arduino

• K výběru je k dispozici jen velmi málo možností.
• Není vhodné pro aplikace ve velkém měřítku.
• Citlivé ve srovnání s konvenčním PLC.
• Vyžadována větší údržba.
• Méně profesionální.