- Προγραμματιζόμενος Λογικός Ελεγκτής
- Μικροελεγκτές
- 1. Αρχιτεκτονική
- 6. Εφαρμογές
- Αντικατάσταση PLC σε βιομηχανικές εφαρμογές με μικροελεγκτές
Η έλευση του Arduino και δεκάδες άλλες πλακέτες που βασίζονται σε μικροελεγκτές τα τελευταία χρόνια αύξησε το ενδιαφέρον για ενσωματωμένα συστήματα, ανοίγοντας τον κόσμο των μικροελεγκτών σε μεγάλο αριθμό. Αυτό όχι μόνο αύξησε τον αριθμό των χρηστών του μικροελεγκτή, αλλά επίσης αύξησε το εύρος και τις εφαρμογές στις οποίες χρησιμοποιούνται. Γι 'αυτό τα τελευταία άρθρα, έχουμε καλύψει ορισμένα βασικά θέματα που είναι σημαντικά για την κατασκευή εξαιρετικών συσκευών ενσωματωμένων συστημάτων όπως: επιλέγοντας τον σωστό μικροελεγκτή για το έργο σας, Επιλέγοντας μεταξύ Μικροελεγκτή και Μικροεπεξεργαστή. Στο ίδιο πνεύμα, για το σημερινό άρθρο, θα συγκρίνω τους μικροελεγκτές με τον προγραμματιζόμενο λογικό ελεγκτή (PLC).
Προγραμματιζόμενος Λογικός Ελεγκτής
Ένας προγραμματιζόμενος λογικός ελεγκτής (PLC) είναι απλώς μια υπολογιστική συσκευή ειδικού σκοπού σχεδιασμένη για χρήση σε βιομηχανικά συστήματα ελέγχου και σε άλλα συστήματα όπου η αξιοπιστία του συστήματος είναι υψηλή.
Αρχικά αναπτύχθηκαν για να αντικαταστήσουν τα ενσύρματα ρελέ, τις ακολουθίες και τους χρονοδιακόπτες που χρησιμοποιήθηκαν στη διαδικασία κατασκευής από τη βιομηχανία αυτοματισμού, αλλά σήμερα έχουν κλιμακωθεί και χρησιμοποιούνται από κάθε είδους διαδικασίες κατασκευής, συμπεριλαμβανομένων γραμμών με βάση ρομπότ. Αυτές τις μέρες, πιθανότατα δεν υπάρχει κανένα εργοστάσιο στη λέξη που δεν διαθέτει μηχανή ή εξοπλισμό σε PLC. Ο κύριος λόγος για την ευρεία υιοθέτηση και χρήση τους μπορεί να βρεθεί βαθιά ριζωμένη στην ανθεκτικότητα και την ικανότητά τους να αντέχουν στον σκληρό χειρισμό / περιβάλλον που σχετίζεται με την κατασκευή δαπέδων. Είναι επίσης ένα καλό παράδειγμα λειτουργικών συστημάτων σε πραγματικό χρόνο δεδομένου ότι έχουν υψηλή ικανότητα παραγωγής εξόδων σε συγκεκριμένες εισόδους μέσα σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα που αποτελεί βασική απαίτηση για βιομηχανικές ρυθμίσεις καθώς μια δεύτερη καθυστέρηση θα μπορούσε να διαταράξει ολόκληρη τη λειτουργία.
Μικροελεγκτές
Οι μικροελεγκτές από την άλλη πλευρά είναι μικρές υπολογιστικές συσκευές σε ένα μόνο τσιπ που περιέχουν έναν ή περισσότερους πυρήνες επεξεργασίας, με συσκευές μνήμης ενσωματωμένες παράλληλα με προγραμματιζόμενες θύρες εισόδου και εξόδου ειδικού και γενικού σκοπού (I / O). Χρησιμοποιούνται σε όλες τις καθημερινές συσκευές, ειδικά σε εφαρμογές όπου πρέπει να εκτελούνται μόνο συγκεκριμένες επαναλαμβανόμενες εργασίες. Είναι συνήθως γυμνά και δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αυτόνομες συσκευές χωρίς τις απαραίτητες συνδέσεις. Σε αντίθεση με τα PLC, δεν έχουν διασυνδέσεις όπως οθόνη και ενσωματωμένους διακόπτες, καθώς συνήθως έχουν GPIO με τα οποία μπορούν να συνδεθούν αυτά τα στοιχεία.
Το σημερινό σεμινάριο θα επικεντρωθεί στη σύγκριση PLC και συστημάτων μικροελεγκτών σε διαφορετικές επικεφαλίδες που περιλαμβάνουν:
- Αρχιτεκτονική
- Διεπαφές
- Απόδοση και αξιοπιστία
- Απαιτούμενο επίπεδο δεξιοτήτων
- Προγραμματισμός
- Εφαρμογές
1. Αρχιτεκτονική
Αρχιτεκτονική PLC:
Τα PLC μπορούν γενικά να αναφέρονται ως μικροελεγκτής υψηλού επιπέδου. Είναι κατασκευασμένα ουσιαστικά από ένα δομοστοιχείο επεξεργαστή, την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος, και τις μονάδες I / O. Η μονάδα επεξεργαστή αποτελείται από την κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU) και τη μνήμη. Εκτός από έναν μικροεπεξεργαστή, η CPU περιέχει επίσης τουλάχιστον μια διεπαφή μέσω της οποίας μπορεί να προγραμματιστεί (USB, Ethernet ή RS232) μαζί με δίκτυα επικοινωνίας. Το τροφοδοτικό είναι συνήθως μια ξεχωριστή μονάδα και οι μονάδες I / O είναι ξεχωριστές από τον επεξεργαστή. Οι τύποι των μονάδων I / O περιλαμβάνουν διακριτές (on / off), Analog (συνεχείς μεταβλητές) και ειδικές ενότητες όπως έλεγχος κίνησης ή μετρητές υψηλής ταχύτητας. Οι συσκευές πεδίου συνδέονται με τις μονάδες I / O.
Ανάλογα με την ποσότητα των μονάδων I / Os που κατέχει το PLC, μπορεί να βρίσκονται στο ίδιο περίβλημα με το PLC ή σε ξεχωριστό περίβλημα. Ορισμένα μικρά PLC που ονομάζονται nano / micro PLC έχουν συνήθως όλα τα μέρη τους, συμπεριλαμβανομένης της ισχύος, του επεξεργαστή κ.λπ. στο ίδιο περίβλημα.
Αρχιτεκτονική μικροελεγκτή
Η αρχιτεκτονική των PLC που περιγράφηκε παραπάνω είναι κάπως παρόμοια με τους μικροελεγκτές όσον αφορά τα συστατικά, αλλά ο μικροελεγκτής εφαρμόζει τα πάντα σε ένα μόνο τσιπ, από την CPU έως τις θύρες I / O και διεπαφές που απαιτούνται για την επικοινωνία με τον έξω κόσμο. Η αρχιτεκτονική του μικροελεγκτή φαίνεται παρακάτω.
Ένα παράδειγμα κώδικα λογικής κλίμακας / διαγράμματος φαίνεται παραπάνω. Συνήθως μοιάζει με σκάλα που είναι ο λόγος πίσω από το όνομά του. Αυτή η απλοποιημένη εμφάνιση καθιστά τα PLC πολύ εύκολο να προγραμματιστούν έτσι ώστε αν μπορείτε να αναλύσετε ένα σχηματικό, μπορείτε να προγραμματίσετε PLC.
Λόγω της πρόσφατης δημοτικότητας των σύγχρονων γλωσσών προγραμματισμού υψηλού επιπέδου, τα PLC προγραμματίζονται τώρα χρησιμοποιώντας αυτές τις γλώσσες όπως C, C ++ και βασικά, αλλά όλα τα PLC γενικά εξακολουθούν να συμμορφώνονται με το πρότυπο των συστημάτων ελέγχου IEC 61131/3 του κλάδου και υποστηρίζουν τις γλώσσες προγραμματισμού που ορίζονται από το πρότυπο που περιλαμβάνει? Διάγραμμα σκάλας, δομημένο κείμενο, διάγραμμα μπλοκ λειτουργιών, λίστα οδηγιών και διάγραμμα διαδοχικών ροών.
Τα σύγχρονα PLC προγραμματίζονται συνήθως μέσω λογισμικού εφαρμογών που βασίζεται σε οποιαδήποτε από τις προαναφερθείσες γλώσσες, που εκτελούνται σε έναν υπολογιστή συνδεδεμένο στο PLC χρησιμοποιώντας οποιαδήποτε από τις διασυνδέσεις USB, Ethernet, RS232, RS-485, RS-422.
Οι μικροελεγκτές από την άλλη μεριά προγραμματίζονται χρησιμοποιώντας γλώσσες χαμηλού επιπέδου, όπως γλώσσες συναρμολόγησης ή υψηλού επιπέδου, όπως C και C ++, μεταξύ άλλων. Συνήθως απαιτεί υψηλό επίπεδο εμπειρίας με τη γλώσσα προγραμματισμού που χρησιμοποιείται και γενική κατανόηση των αρχών της ανάπτυξης υλικολογισμικού. Οι προγραμματιστές συνήθως πρέπει να κατανοήσουν έννοιες όπως δομές δεδομένων και απαιτείται βαθιά κατανόηση της αρχιτεκτονικής του μικροελεγκτή για να αναπτυχθεί ένα πολύ καλό υλικολογισμικό για το έργο.
Οι μικροελεγκτές συνήθως προγραμματίζονται επίσης μέσω λογισμικού εφαρμογών που εκτελούνται σε υπολογιστή και συνήθως συνδέονται με αυτόν τον υπολογιστή μέσω ενός πρόσθετου υλικού που συνήθως ονομάζεται προγραμματιστής.
Ωστόσο, η λειτουργία προγραμμάτων στο PLC είναι παρόμοια με αυτή του μικροελεγκτή. Το PLC χρησιμοποιεί έναν ειδικό ελεγκτή με αποτέλεσμα να επεξεργάζεται μόνο ένα πρόγραμμα ξανά και ξανά. Ένας κύκλος μέσω του προγράμματος ονομάζεται σάρωση και είναι παρόμοιος με έναν μικροελεγκτή που περνάει ένα βρόχο.
Ένας κύκλος λειτουργίας μέσω του προγράμματος που εκτελείται σε PLC φαίνεται παρακάτω.
6. Εφαρμογές
Τα PLC είναι τα κύρια στοιχεία ελέγχου που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικά συστήματα ελέγχου. Βρίσκουν εφαρμογή στον έλεγχο βιομηχανικών μηχανημάτων, μεταφορέων, ρομπότ και άλλων μηχανημάτων γραμμής παραγωγής. Χρησιμοποιούνται επίσης σε συστήματα που βασίζονται σε SCADA και σε συστήματα που απαιτούν υψηλό επίπεδο αξιοπιστίας και ικανότητα αντοχής σε ακραίες συνθήκες. Χρησιμοποιούνται σε βιομηχανίες όπως:
1. Σύστημα συνεχούς πλήρωσης μπουκαλιών 2. Σύστημα
ανάμειξης
παρτίδας 3. σύστημα κλιματισμού
σταδίων 4. Έλεγχος κυκλοφορίας
Οι μικροελεγκτές από την άλλη πλευρά βρίσκουν εφαρμογή σε καθημερινές ηλεκτρονικές συσκευές. Είναι τα κύρια δομικά στοιχεία πολλών καταναλωτικών ηλεκτρονικών και έξυπνων συσκευών.
Αντικατάσταση PLC σε βιομηχανικές εφαρμογές με μικροελεγκτές
Η έλευση εύχρηστων πλακέτων μικροελεγκτών έχει αυξήσει το πεδίο εντός του οποίου χρησιμοποιούνται μικροελεγκτές, τώρα προσαρμόζονται για ορισμένες εφαρμογές για τις οποίες οι μικροελεγκτές θεωρήθηκαν ακατάλληλοι από υπολογιστές mini DIY σε διάφορα πολύπλοκα συστήματα ελέγχου. Αυτό οδήγησε σε ερωτήσεις σχετικά με το γιατί οι μικροελεγκτές δεν χρησιμοποιούνται αντί των PLC, με κύριο επιχείρημα το κόστος των PLC σε σύγκριση με αυτό των μικροελεγκτών. Είναι σημαντικό ότι πρέπει να γίνουν πολλά στους κανονικούς μικροελεγκτές προτού χρησιμοποιηθούν σε βιομηχανικές εφαρμογές.
Ενώ η απάντηση μπορεί να βρεθεί από τα σημεία που αναφέρονται ήδη σε αυτό το άρθρο, αρκεί να επισημάνουμε δύο βασικά σημεία.
1. Οι μικροελεγκτές δεν έχουν σχεδιαστεί με την ανθεκτικότητα και την ικανότητα να αντέχουν σε ακραίες συνθήκες όπως PLC. Αυτό τους κάνει να μην είναι έτοιμοι για βιομηχανικές εφαρμογές.
2. Οι βιομηχανικοί αισθητήρες και οι ενεργοποιητές συνήθως σχεδιάζονται σύμφωνα με το πρότυπο IEC, το οποίο είναι συνήθως σε ένα εύρος ρεύματος / τάσης και διεπαφών που ενδέχεται να μην είναι άμεσα συμβατές με μικροελεγκτές και θα απαιτούν κάποιο είδος υποστηρικτικού υλικού που αυξάνει το κόστος.
Υπάρχουν και άλλα σημεία αλλά για να παραμείνουμε εντός του πεδίου αυτού του άρθρου, πρέπει να σταματήσουμε εδώ
Στρογγυλοποιώντας, καθεμία από αυτές τις συσκευές ελέγχου έχει σχεδιαστεί για χρήση σε ορισμένα συστήματα και θα πρέπει να εξεταστούν καλά πριν ληφθεί μια απόφαση για την καλύτερη για μια συγκεκριμένη εφαρμογή. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ορισμένοι κατασκευαστές κατασκευάζουν PLC με βάση μικροελεγκτές, όπως οι βιομηχανικές ασπίδες που κάνουν τώρα PLC με βάση το Arduino που φαίνονται παρακάτω.
