Microcontrollore vs plc: un confronto dettagliato

L'avvento di Arduino e di decine di altre schede basate su microcontrollori negli ultimi tempi ha aumentato l'interesse per i sistemi embedded, aprendo il mondo dei microcontrollori a un gran numero. Ciò non solo ha aumentato il numero di utenti del microcontrollore, ma ha anche aumentato l'ambito e le applicazioni in cui vengono utilizzati. Ecco perché negli ultimi articoli abbiamo trattato alcuni argomenti chiave che sono importanti per la creazione di ottimi dispositivi di sistemi embedded come; selezionando il microcontrollore giusto per il tuo progetto, selezionando tra un microcontrollore e un microprocessore. Allo stesso modo, per l'articolo di oggi, confronterò i microcontrollori con i controllori logici programmabili (PLC).

Controller logico programmabile

Un controllore logico programmabile (PLC) è semplicemente un dispositivo di elaborazione per scopi speciali progettato per l'uso in sistemi di controllo industriale e altri sistemi in cui l'affidabilità del sistema è elevata.

Inizialmente erano stati sviluppati per sostituire relè cablati, sequenze e timer utilizzati nel processo di produzione dall'industria dell'automazione, ma oggi sono stati ridimensionati e vengono utilizzati da tutti i tipi di processi di produzione, comprese le linee basate su robot. Al giorno d'oggi, probabilmente non esiste una sola fabbrica al mondo che non abbia una macchina o un'apparecchiatura funzionante su PLC. La ragione principale per la loro ampia adozione e utilizzo può essere trovata profondamente radicata nella loro robustezza e capacità di resistere alla movimentazione / ambiente difficili associati ai pavimenti di produzione. Sono anche un buon esempio di sistemi operativi in ​​tempo reale poiché hanno un'elevata capacità di produrre output su input specifici in un lasso di tempo molto breve, che è un requisito fondamentale per le impostazioni industriali poiché un secondo ritardo potrebbe interrompere l'intera operazione.

Microcontrollori

I microcontrollori d'altra parte sono piccoli dispositivi di elaborazione su un singolo chip che contengono uno o più core di elaborazione, con dispositivi di memoria incorporati accanto a porte di input e output (I / O) speciali e generiche programmabili. Sono utilizzati in tutti i tipi di dispositivi quotidiani, specialmente nelle applicazioni in cui devono essere eseguite solo attività ripetitive specifiche. Di solito sono nudi e non possono essere utilizzati come dispositivi autonomi senza le connessioni necessarie. A differenza dei PLC, non hanno interfacce come il display e switch integrati poiché di solito hanno solo GPIO a cui questi componenti possono essere collegati.

Il tutorial di oggi sarà incentrato sul confronto tra PLC e sistemi di microcontrollori sotto diversi titoli che includono;

1. Architettura
2. Interfacce
3. Prestazioni e affidabilità
4. Livello di abilità richiesto
5. Programmazione
6. Applicazioni

1. Architettura

Architettura PLC:

I PLC generalmente possono essere definiti microcontrollori di alto livello. Essi sono essenzialmente costituiti da un modulo processore, l'alimentatore ei moduli di I / O. Il modulo del processore è costituito dall'unità di elaborazione centrale (CPU) e dalla memoria. La CPU contiene oltre ad un microprocessore anche almeno un'interfaccia attraverso la quale può essere programmata (USB, Ethernet o RS232) insieme alle reti di comunicazione. L'alimentatore è generalmente un modulo separato ei moduli I / O sono separati dal processore. I tipi di moduli I / O includono moduli discreti (on / off), analogici (variabile continua) e speciali come il controllo del movimento o contatori ad alta velocità. I dispositivi di campo sono collegati ai moduli I / O.

A seconda della quantità di moduli I / O posseduti dal PLC, possono trovarsi nella stessa custodia del PLC o in una custodia separata. Alcuni piccoli PLC chiamati nano / micro PLC di solito hanno tutte le loro parti, inclusi alimentazione, processore, ecc. Nello stesso involucro.

Architettura del microcontrollore

L'architettura dei PLC sopra descritta è in qualche modo simile ai microcontrollori in termini di componenti, ma il microcontrollore implementa tutto su un singolo chip, dalla CPU alle porte I / O e alle interfacce necessarie per la comunicazione con il mondo esterno. L'architettura del microcontrollore è mostrata di seguito.

Un esempio di codice basato su logica ladder / diagramma è mostrato sopra. Di solito sembra una scala che è la ragione del suo nome. Questo aspetto semplificato rende i PLC molto facili da programmare in modo tale che se è possibile analizzare uno schema, è possibile programmare i PLC.

A causa della recente popolarità dei moderni linguaggi di programmazione di alto livello, i PLC vengono ora programmati utilizzando questi linguaggi come C, C ++ e basic, ma tutti i PLC generalmente aderiscono ancora allo standard dei sistemi di controllo IEC 61131/3 e supportano i linguaggi di programmazione stipulati dal standard che includono; Diagramma ladder, testo strutturato, diagramma a blocchi funzione, elenco di istruzioni e diagramma di flusso sequenziale.

I PLC moderni sono solitamente programmati tramite un software applicativo basato su uno dei linguaggi sopra menzionati, in esecuzione su un PC collegato al PLC utilizzando una qualsiasi delle interfacce USB, Ethernet, RS232, RS-485, RS-422.

I microcontrollori d'altra parte sono programmati utilizzando linguaggi di basso livello come assembly o linguaggi di alto livello come C e C ++ tra gli altri. Di solito richiede un alto livello di esperienza con il linguaggio di programmazione utilizzato e una comprensione generale dei principi dello sviluppo del firmware. I programmatori di solito hanno bisogno di comprendere concetti come le strutture dei dati ed è necessaria una profonda comprensione dell'architettura del microcontrollore per sviluppare un ottimo firmware per il progetto.

I microcontrollori sono solitamente programmati anche tramite software applicativo in esecuzione su un PC e di solito sono collegati a quel PC tramite un componente hardware aggiuntivo solitamente chiamato programmatori.

Il funzionamento dei programmi sul PLC è comunque molto simile a quello del microcontrollore. Il PLC utilizza un controller dedicato di conseguenza, elabora solo un programma più e più volte. Un ciclo attraverso il programma è chiamato scansione ed è simile a un microcontrollore che esegue un ciclo.

Di seguito è riportato un ciclo operativo del programma in esecuzione sul PLC.

6. Applicazioni

I PLC sono gli elementi di controllo primari utilizzati nei sistemi di controllo industriale. Trovano applicazione nel controllo di macchine industriali, trasportatori, robot e altri macchinari della linea di produzione. Sono inoltre utilizzati in sistemi basati su SCADA e in sistemi che richiedono un elevato livello di affidabilità e capacità di resistere a condizioni estreme. Sono utilizzati in industrie tra cui;

1. Sistema di riempimento continuo delle bottiglie

2. Sistema di miscelazione in

lotti Sistema di condizionamento

3.stage 4. Controllo del traffico

I microcontrollori invece trovano applicazione nei dispositivi elettronici di tutti i giorni. Sono i principali elementi costitutivi di numerosi dispositivi elettronici di consumo e dispositivi intelligenti.

Sostituzione di PLC in applicazioni industriali con microcontrollori

L'avvento di schede microcontrollore facili da usare ha aumentato l'ambito di applicazione dei microcontrollori, ora vengono adattati per alcune applicazioni per le quali i microcontrollori erano considerati inappropriati dai mini computer fai-da-te a diversi sistemi di controllo complessi. Ciò ha portato a domande sul motivo per cui i microcontrollori non vengono utilizzati al posto dei PLC, l'argomento principale è il costo dei PLC rispetto a quello dei microcontrollori. È importante che sia necessario fare molto per i normali microcontrollori prima che possano essere utilizzati in applicazioni industriali.

Mentre la risposta può essere trovata dai punti già menzionati in questo articolo, è sufficiente evidenziare due punti chiave.

1. I microcontrollori non sono progettati con la robustezza e la capacità di resistere a condizioni estreme come i PLC. Questo li rende non pronti per applicazioni industriali.

2. I sensori e gli attuatori industriali sono generalmente progettati secondo lo standard IEC che di solito è in un intervallo di corrente / tensione e interfacce che potrebbero non essere direttamente compatibili con i microcontrollori e richiederanno una sorta di hardware di supporto che aumenta i costi.

Esistono altri punti, ma per rimanere nell'ambito di questo articolo, dovremmo fermarci qui.

In conclusione, ciascuno di questi dispositivi di controllo è progettato per l'uso in determinati sistemi e dovrebbero essere ben considerati prima di prendere una decisione su quello migliore per una particolare applicazione. È importante notare che alcuni produttori stanno costruendo PLC basati su microcontrollore, come gli shield industriali ora producono PLC basati su Arduino mostrati di seguito.