Panoramica di plc e varie schede plc basate su arduino

Arduino è stato introdotto per la prima volta nel 2005 con l'obiettivo di fornire un modo economico e semplice per principianti e professionisti per creare dispositivi che interagiscono con il loro ambiente utilizzando sensori e attuatori.

Prima dell'introduzione di Arduino, il design integrato era visto come un argomento complesso e gli hobbisti (o ingegneri) dovevano trovare un professionista per ottenere un modello funzionante per il loro problema. Ad esempio, se vuoi una semplice stampante 3D, devi ottenere un aiuto professionale poiché ci sono migliaia di controller con il loro IDE compatibile. E l'hobbista non può conoscere tutti i microcontrollori e le loro modalità di programmazione. Questa situazione si è conclusa quando è stato introdotto ARDUINO universalmente accettato. E con questo, gli hobbisti o gli ingegneri possono progettare e sviluppare i propri progetti senza molto aiuto professionale.

E il motivo per cui è diventato così universalmente accettato perché è una piattaforma elettronica open source basata su hardware e software di facile utilizzo. Le schede Arduino sono in grado di leggere input come la luce su un sensore, un dito su un pulsante e trasformarlo in un'uscita programmabile come l'attivazione di un motore, l'accensione di un LED e la pubblicazione di qualcosa online.

Negli anni Arduino è diventato sempre più popolare e con questo vengono sviluppate molte schede avanzate con scopi simili come Raspberry PI, Panda, ecc. Arduino è usato come cervello in migliaia di progetti, da oggetti di uso quotidiano a complessi strumenti scientifici. Studenti, hobbisti, artisti, programmatori e professionisti di tutto il mondo si sono riuniti attorno a questa piattaforma open source e hanno sviluppato molti progetti accumulando così un'incredibile quantità di conoscenza che può essere di grande aiuto sia per i principianti che per gli esperti.

Con la conoscenza accumulata e la recente introduzione dell'IoT, l'hype su Arduino ha fatto un altro passo avanti diventando così uno strumento di apprendimento necessario per ingegneri e hobbisti. Ora la scheda Arduino ha iniziato a cambiare per adattarsi a nuove esigenze e sfide come applicazioni IoT, indossabili, stampa 3D, ambienti embedded e infine PLC (Programmable Logic Controller). Qui in questo articolo, impareremo cosa è il PLC e come Arduino può essere utilizzato come PLC.

Introduzione al PLC (Programmable Logic Controller)

Innanzitutto, comprendiamo il termine automazione industriale prima di passare a PLC. Come tutti sappiamo, l'uso di macchine per il lavoro nelle industrie è più conveniente rispetto all'utilizzo di esseri umani poiché le macchine non hanno bisogno di soldi, vacanze o pause, quindi se le macchine vengono utilizzate al posto degli esseri umani, le industrie possono produrre i loro prodotti 24 ore su 24, 7 giorni su 7 senza problemi. Ora, questa configurazione di sostituzione degli esseri umani con macchine o bracci robotici si chiama automazione industriale.

Il PLC è un'unità di controllo appositamente progettata per azionare le macchine utilizzate per l'automazione industriale. Sono progettati per essere affidabili in ambienti industriali difficili (come temperature estreme, condizioni umide, bagnate e polverose). Le applicazioni PLC possono essere viste nella linea di assemblaggio dello stabilimento di produzione, in un impianto di lavorazione del minerale, saldatura robotizzata, intaglio CNC, ecc. Poiché queste apparecchiature sono progettate per un'elevata efficienza e l'ambiente robusto, sono costose sia per l'installazione che per la riparazione.

Il PLC (Programmable Logic Controller) ha molte caratteristiche simili al nostro personal computer di casa. Entrambi hanno un alimentatore, una CPU (Central Processing Unit), porte Inputs & Outputs (I / O), memoria RAM e ROM e software di controllo. La più grande differenza tra i due è che il PLC può eseguire funzioni discrete e continue in un ambiente difficile che un PC non può fare. È inoltre possibile leggere la differenza tra PLC e microcontrollore per ottenere una panoramica del suo confronto con i microcontrollori.

Esistono molti diversi tipi di PLC sul mercato a seconda delle esigenze del cliente. Sebbene siano presenti molti tipi di PLC, essi seguono determinati standard che l'utente può scegliere facilmente.

Funzione di base del PLC

Per comprendere il funzionamento di base del PLC assumiamo un semplice esempio come mostrato di seguito.

Diciamo che in questa configurazione dobbiamo accendere la lampadina per i primi cinquanta secondi e spegnere la lampadina per i successivi venti secondi, quindi dobbiamo usare l'interruttore nel circuito per chiudere e aprire il circuito continuamente. Questo è un compito semplice ma molto faticoso per un essere umano e non è redditizio acquistare ogni volta un timer per questo tipo di problema. In tutti questi casi possiamo utilizzare un unico PLC per risolvere il problema.

Qui puoi vedere che un PLC è collegato nel loop della configurazione mantenendo l'interruttore chiuso. Possiamo usare la programmazione per impostare il timer per il PLC nel circuito. Una volta fatto, il PLC può chiudere e aprire continuamente il loop, il che sostituisce la necessità dell'intervento umano. Una volta che il PLC inizia a eseguire il programma, non si fermerà finché non viene fornito un interrupt.

Questa è solo una semplice configurazione e un PLC ha la capacità di controllare processi molto più grandi e complessi come il controllo PWM, il rilevamento, ecc. Un PLC è solitamente progettato in modo che il cliente sia in grado di personalizzare il PLC funzionante a seconda dell'applicazione e delle necessità.

Schema a blocchi del PLC

Vediamo ora i moduli importanti presenti nel PLC.

Modulo di alimentazione: questo modulo a volte viene posizionato come configurazione separata come un adattatore e in altri casi verrà progettato direttamente sul PCB principale. La funzione del modulo è fornire l'alimentazione richiesta all'intera configurazione del PLC (Programmable Logic Controller). Il modulo è un convertitore che converte l'alimentazione CA disponibile in alimentazione CC richiesta dalla CPU e da altri moduli. Di solito, il PLC funziona su barra di alimentazione 12V e 24V.

Central Processing Unit: Questo modulo è il più protetto in quanto è il cuore di funzionamento dell'intero PLC. Il modulo CPU è costituito da un microprocessore o microcontrollore, memoria di programma, memoria flash e memoria RAM. La memoria flash o la memoria ROM memorizza il sistema operativo, il driver e il programma applicativo. La RAM viene utilizzata dal microprocessore per accedere a dati e informazioni.

La funzione della CPU è quella di eseguire il programma memorizzato e agire secondo le istruzioni scritte. Quindi fondamentalmente la CPU legge i dati di input dai sensori al processo e infine invia una risposta appropriata in base al programma.

Modulo di ingresso e uscita: il modulo di ingresso viene utilizzato per stabilire un collegamento tra vari sensori e tastiere alla CPU e il modulo di uscita viene utilizzato dal processore per fornire una risposta al mondo esterno.

Modulo dispositivo di programmazione: questo modulo viene utilizzato per stabilire la comunicazione tra PC e PLC. La funzione di base è riprogrammare il microprocessore del PLC.

Tipi di PLC (controllore logico programmabile)

Il PLC è diviso in due tipi: fisso (o PLC compatto) e PLC modulare.

1. PLC compatto o fisso: di solito è un PLC di fascia bassa popolare in molti settori. Il PLC compatto ha un numero fisso di moduli I / O e schede I / O esterne e non possono essere estesi in seguito per effettuare una configurazione più complessa. È possibile vedere un PLC fisso nella figura seguente.

2. PLC modulare: il PLC modulare consente espansioni multiple impilando i "moduli" in parallelo. Le porte I / O del PLC modulare possono essere aumentate per operazioni più complesse nel settore. Il PLC modulare è anche più facile da usare perché ogni componente è indipendente l'uno dall'altro. Questo tipo di PLC è popolare in molti settori

Arduino vs PLC (controllore logico programmabile)

Come accennato in precedenza, i moduli importanti di un PLC sono simili a un PC (Personal Computer) e sono ancora più simili a computer a scheda singola come Arduino. Quindi internamente ad un certo livello il funzionamento sia del PLC che di Arduino è lo stesso e possiamo usare questo Arduino per progettare un PLC (Programmable Logic Controller). I PLC Arduino sono già presenti sul mercato e sono disponibili più economici rispetto ai PLC convenzionali. Quindi Arduino-PLC sta diventando popolare in questi giorni e le sue applicazioni aumenteranno sempre di più in futuro. Queste sono alcune differenze tra il PLC Arduino e il PLC convenzionale e alcune di esse sono menzionate di seguito.

PLC Arduino	PLC (controllore logico programmabile)
Componenti esterni necessari per funzionare come PLC	Non necessita di componenti esterni aggiuntivi
Accettato universalmente	Promosso principalmente nelle industrie
A basso costo	Costo alto
Hai bisogno di imparare la programmazione di base per riscrivere il programma Arduino	Necessaria solo la tecnica operativa di base per riprogrammare il PLC
La riprogrammazione è relativamente difficile	La riprogrammazione è relativamente facile
Prestazioni soddisfacenti	Alte prestazioni
Non può lavorare in condizioni difficili	Può lavorare in condizioni difficili
Compatto e piccolo	Ingombrante e pesante
L'impilamento non può essere utilizzato per favorire il funzionamento del PLC del PLC Arduino	L'impilamento può essere utilizzato per favorire il funzionamento del PLC del normale PLC
Più opzioni di comunicazione	Meno opzioni di comunicazione
Facile da sostituire e riparare	Difficile da sostituire e riparare
Opzioni minori per la scelta	Molte opzioni per la scelta

Ora parliamo brevemente dei popolari PLC basati su Arduino che sono attualmente sul mercato.

1. PLC Arduino di schermi industriali

Industrial Shields è una popolare azienda che fornisce schermi PLC basati su Arduino per molte applicazioni industriali. Gli scudi comunemente usati sono discussi brevemente di seguito.

Schermi industriali ARDBOX:

ARDBOX è un PLC basato su Arduino progettato per applicazioni industriali di piccola e media scala. L'immagine di ARDBOX è mostrata di seguito.

L'ARDBOX è progettato sulla base di ARDUINO LEONARO quindi, in pratica, tutte le specifiche tecniche di ARDBOX sono specifiche LEONARO. Di seguito sono riportate le caratteristiche di base e le specifiche tecniche di ARDBOX.

Tensione di ingresso	12V o 24V
Potenza nominale	30Watt
Corrente massima	1.5A
Velocità di clock	16 MHz
Taglia	100x45x115 mm
Linguaggio di programmazione	IDE Arduino.
Memoria flash	32KB di cui 4KB utilizzati dal bootloader
SRAM	2,5 KB
EEPROM	1KB
Comunicazioni	I2C - USB - RS232 - RS485 - SPI - TTL
TOTALE punti di input	10
TOTALE punti di uscita	10
Uscita isolata PWM	a 24Vdc I max: 70 mA Isolamento galvanico Diodo protetto per relè Tensione nominale: 24Vdc

Schermi industriali M-Duino:

M-DUINO è un PLC basato su Arduino progettato per applicazioni industriali di piccola e media scala. L'immagine del PLC è mostrata di seguito.

La M-DUINO è progettata sulla base della scheda ARDUINO MEGA, quindi tutte le specifiche tecniche della scheda MEGA sono specifiche M-DUINO. Di seguito sono riportate le caratteristiche di base e le specifiche tecniche di M-DUINO.

Tensione di ingresso	12V o 24V
Potenza nominale	40Watt
Corrente di uscita massima	0,5A
Velocità di clock	16 MHz
Taglia	101x119x70mm
Linguaggio di programmazione	IDE Arduino.
Memoria flash	32KB di cui 0,5KB sono utilizzati dal boot loader
SRAM	2KB
EEPROM	1KB
Comunicazioni	I2C1 - Porta Ethernet - USB - RS485 - SPI - (3x) Rx, Tx (pin Arduino)
TOTALE punti di input	13,26,36
TOTALE punti di uscita	8,16,22
Uscita isolata PWM	24Vdc (3,6,8) I max: 70 mA

2. PLC PLDuino Arduino

PLDuino è un controller logico programmabile (PLC) basato su Arduino open source di Digital Logger disponibile sul mercato per circa $ 150. Questo PLC combina Arduino Mega (ATmega2560) con il modulo Wi-Fi ESP8266 e un touch screen TFT da 2,4 ", al fine di renderlo adatto per applicazioni IoT industriali e altre applicazioni di robotica di fabbrica.

PLDuino può essere facilmente programmato utilizzando un semplice cavo USB, inoltre insieme al popolare IDE Arduino, PLDuino può anche essere programmato utilizzando Lua, GNU o persino AVR Studio. PLDuino fornisce anche codici dimostrativi e librerie per aiutare i principianti a iniziare rapidamente lo sviluppo. Per gli utenti avanzati, PLDuino ha anche reso possibile aprire il coperchio ed esplorare l'interno del PLC in modo da personalizzare l'hardware come richiesto per la loro applicazione, gli schemi completi e le specifiche dei componenti sono disponibili anche online. Le specifiche complete di PLDuino sono mostrate nella foto qui sotto

3. Controllino Arduino PLC

Controllino non è altro che un Arduino industrializzato. Combina la flessibilità e la natura open source dell'ecosistema Arduino con la sicurezza e l'affidabilità dei PLC di livello industriale.

L'azienda fornisce tre moduli progettati sulla base di tre schede Arduino.

Controllino MINI:

È progettato su scheda Arduino Uno.

Tensione di ingresso	12V o 24V
Temperatura di esercizio	Da 5ºC a 55ºC
Corrente massima del relè	6A
Velocità di clock	16 MHz
Taglia	36x90x60 mm
Linguaggio di programmazione	IDE Arduino.
Memoria flash	32KB di cui 0,5KB sono utilizzati dal boot loader
SRAM	2KB
EEPROM	1KB
Comunicazioni	I2C1– USB - SPI
TOTALE punti di input	8
TOTALE punti di uscita	8

Controllino MAXI:

Questo è progettato sul microcontrollore Atmel ATMEGA2560 o sulla scheda Arduino Mega.

Tensione di ingresso	12V o 24V
Temperatura di esercizio	Da 0ºC a 55ºC
Corrente massima del relè di uscita	6A
Velocità di clock	16 MHz
Taglia	72x90x62mm
Linguaggio di programmazione	IDE Arduino
Memoria flash	256 KB
SRAM	8KB
EEPROM	4KB
Comunicazioni	I2C1, porta Ethernet, USB, SPI
TOTALE punti di input	12
TOTALE punti di uscita	12, uscita relè-10

Controllino Mega:

Mega PLC è progettato su microcontrollore Atmel ATMEGA2560 o su scheda Arduino Mega.

Tensione di ingresso	12V o 24V
Temperatura di esercizio	Da 0ºC a 55ºC
Corrente massima del relè di uscita	6A
Velocità di clock	16 MHz
Taglia	107x90x62mm
Linguaggio di programmazione	IDE Arduino
Memoria flash	256 KB
SRAM	8KB
EEPROM	4KB
Comunicazioni	I2C1, porta Ethernet, USB, SPI
TOTALE punti di input	21
TOTALE punti di uscita	24, uscita relè-16

Vantaggi di Arduino PLC

• Può essere acquistato a basso costo.
• Può essere programmato utilizzando il software IDE Arduino.
• Alta compatibilità.
• Ampio spazio per le regolazioni.
• Facile da sostituire rispetto al PLC convenzionale.

Svantaggi di Arduino PLC

• Sono disponibili pochissime scelte per la selezione.
• Non adatto per applicazioni su larga scala.
• Sensibile rispetto al PLC convenzionale.
• Necessaria più manutenzione.
• Meno professionale.