Microcontroller vs plc: en detaljeret sammenligning

Fremkomsten af Arduino og snesevis af andre mikrocontroller-baserede kort i nyere tid har øget interessen for indlejrede systemer og åbnet mikrokontrollers verden for et stort antal. Dette har ikke kun øget antallet af mikrocontroller-brugere, men også øget omfanget og applikationerne, som de bruges i. Derfor har vi i løbet af de sidste par artikler dækket nogle nøgleemner, der er vigtige for at opbygge store indlejrede systemenheder som f.eks. vælge den rigtige mikrokontroller til dit projekt, vælge mellem en mikrokontroller og mikroprocessor. På samme måde sammenligner jeg til dagens artikel, at jeg sammenligner mikrocontrollere med PLC'er (Programmable logic controller).

Programmerbar Logic Controller

En programmerbar logisk controller (PLC) er simpelthen en speciel beregningsenhed designet til brug i industrielle kontrolsystemer og andre systemer, hvor systemets pålidelighed er høj.

De blev oprindeligt udviklet til at erstatte hardwired-relæer, sekvenser og timere, der blev brugt i fremstillingsprocessen af automatiseringsindustrien, men i dag er de skaleret og bruges af alle slags fremstillingsprocesser, herunder robotbaserede linjer. I disse dage er der sandsynligvis ingen enkelt fabrik i ordet, der ikke har en maskine eller udstyr, der kører på PLC'er. Hovedårsagen til deres brede anvendelse og anvendelse kan findes dybt rodfæstet i deres robusthed og evne til at modstå den hårde håndtering / miljø, der er forbundet med fremstilling af gulve. De er også et godt eksempel på realtidsoperativsystemer da de har stor evne til at producere output til specifikke input inden for en meget kort tidsramme, hvilket er et nøglekrav til industrielle indstillinger, da en anden forsinkelse kan forstyrre hele operationen.

Mikrocontrollere

Microcontrollers er derimod små computerenheder på en enkelt chip, der indeholder en eller flere processorkerner med hukommelsesenheder indlejret sammen med programmerbare I / O-porte til special- og generelle formål. De bruges i alle slags daglige enheder, især i applikationer, hvor kun specifikke gentagne opgaver skal udføres. De er normalt bare og kan ikke bruges som enkeltstående enheder uden de nødvendige forbindelser. I modsætning til PLC'er har de ikke grænseflader som skærm og indbyggede switche, da de normalt kun har GPIO'er, som disse komponenter kan tilsluttes.

Dagens tutorial vil fokusere på at sammenligne PLC'er og Microcontroller-systemer under forskellige overskrifter, der inkluderer;

Arkitektur
Grænseflader
Ydeevne og pålidelighed
Påkrævet færdighedsniveau
Programmering
Ansøgninger

1. Arkitektur

PLC'er Arkitektur:

PLC'er kan generelt omtales som en mikrocontroller på højt niveau. De består hovedsageligt af et processormodul, strømforsyningen og I / O-modulerne. Processormodulet består af den centrale processorenhed (CPU) og hukommelse. Ud over en mikroprocessor indeholder CPU'en i det mindste en grænseflade, hvorigennem den kan programmeres (USB, Ethernet eller RS232) sammen med kommunikationsnetværk. Strømforsyningen er normalt et separat modul, og I / O-modulerne er adskilt fra processoren. Typerne af I / O-moduler inkluderer diskrete (til / fra), Analog (kontinuerlig variabel) og specielle moduler som bevægelseskontrol eller højhastighedstællere. Feltapparatet er tilsluttet I / O-modulerne.

Afhængig af mængden af I / O-moduler, som PLC besidder, kan de være i samme kabinet som PLC eller i en separat kabinet. Visse små PLC'er kaldet nano / micro PLC'er har normalt alle deres dele inklusive strøm, processor osv. I samme kabinet.

Microcontrollers arkitektur

Arkitekturen af PLC'er beskrevet ovenfor ligner noget på mikrokontrollerne med hensyn til bestanddele, men mikrokontrolleren implementerer alt på en enkelt chip, fra CPU til I / O-porte og grænseflader, der kræves til kommunikation med omverdenen. Arkitekturen af mikrokontrolleren er vist nedenfor.

Et eksempel på en stigenlogik / diagrambaseret kode er vist ovenfor. Det ligner normalt en stige, der er årsagen til navnet. Dette forenklede udseende gør PLC'er meget nemme at programmere, så hvis du kan analysere en skematisk, kan du programmere PLC'er.

På grund af den nylige popularitet af moderne programmeringssprog på højt niveau programmeres PLC'er nu ved hjælp af disse sprog som C, C ++ og basic, men alle PLC'er overholder generelt stadig industrien IEC 61131/3 kontrolsystemer standard og understøtter programmeringssprog, der er fastsat af standard, som inkluderer; Stigediagram, struktureret tekst, funktionsblokdiagram, instruktionsliste og sekventielt flowdiagram.

Moderne PLC programmeres normalt via applikationssoftware baseret på et af de ovennævnte sprog, der kører på en pc, der er tilsluttet PLC'en ved hjælp af en af USB-, Ethernet-, RS232-, RS-485-, RS-422-grænseflader.

Microcontrollers er derimod programmeret ved hjælp af sprog på lavt niveau som montage eller sprog på højt niveau som C og C ++ blandt andre. Det kræver normalt en høj erfaring med det programmeringssprog, der bruges, og en generel forståelse af principperne for firmwareudvikling. Programmører har normalt brug for at forstå begreber som datastrukturer, og der kræves en dyb forståelse af mikrokontrollerarkitekturen for at udvikle en meget god firmware til projektet.

Mikrocontrollere er normalt også programmeret via applikationssoftware, der kører på en pc, og de er normalt forbundet til den pc via et ekstra stykke hardware, der normalt kaldes en programmør.

Driften af programmer på PLC er dog meget lig den med mikrocontrolleren. PLC'en bruger en dedikeret controller, som et resultat, at de kun behandler et program igen og igen. En cyklus gennem programmet kaldes en scanning, og den ligner en mikrocontroller, der går gennem en løkke.

En driftscyklus gennem programmet, der kører på PLC, er vist nedenfor.

6. Ansøgninger

PLC'er er de primære kontrolelementer, der anvendes i industrielle kontrolsystemer. De finder anvendelse i styringen af industrimaskiner, transportbånd, robotter og andre produktionslinjemaskiner. De bruges også i SCADA-baserede systemer og i systemer, der kræver et højt niveau af pålidelighed og evne til at modstå ekstreme forhold. De bruges i industrier inklusive;

1. Kontinuerligt flaskepåfyldningssystem

2.Batchblandingssystem

3.trins klimaanlæg

4.Trafikstyring

Microcontrollers på den anden side finder anvendelse i elektroniske apparater til hverdag. De er de vigtigste byggesten i flere forbrugerelektronik og smarte enheder.

Udskiftning af PLC'er i industrielle applikationer med mikrokontrollere

Fremkomsten af brugervenlige mikrocontroller-kort har øget omfanget, inden for hvilket der anvendes mikrokontroller, de er nu tilpasset til bestemte applikationer, hvor mikrokontroller blev anset for upassende fra mini-DIY-computere til flere komplekse kontrolsystemer. Dette har ført til spørgsmål omkring, hvorfor mikrokontrollere ikke bruges i stedet for PLC'er, hvor hovedargumentet er prisen på PLC'er sammenlignet med mikrokontrollers. Det er vigtigt, at der skal gøres meget med de almindelige mikrokontroller, før det kan bruges i industrielle applikationer.

Mens svaret kan findes fra de punkter, der allerede er nævnt i denne artikel, er det tilstrækkeligt at fremhæve to nøglepunkter.

1. Mikrocontrollere er ikke designet med robusthed og evne til at modstå ekstreme forhold som PLC'er. Dette gør dem ikke klar til industrielle applikationer.

2. Industrielle sensorer og aktuatorer er normalt designet i henhold til IEC-standarden, som normalt har en række strøm / spændinger og grænseflader, som muligvis ikke er direkte kompatible med mikrocontrollere og kræver en slags understøttende hardware, hvilket øger omkostningerne.

Der findes andre punkter, men for at forblive inden for denne artikels anvendelsesområde, skal vi stoppe her.

Afrunding er hver af disse kontrolenheder designet til brug i visse systemer, og de bør overvejes, inden der træffes beslutning om den bedste til en bestemt applikation. Det er vigtigt at bemærke, at visse producenter bygger mikrocontroller-baserede PLC'er, ligesom industrielle skærme nu fremstiller Arduino-baserede PLC'er vist nedenfor.