Microcontroller vs plc: een gedetailleerde vergelijking

De komst van Arduino en talloze andere op microcontrollers gebaseerde kaarten in de afgelopen tijd heeft de interesse in embedded systemen vergroot, waardoor de wereld van microcontrollers voor een groot aantal toegankelijk is geworden. Dit heeft niet alleen het aantal gebruikers van microcontrollers vergroot, maar ook de reikwijdte en toepassingen waarin ze worden gebruikt. Daarom hebben we in de afgelopen paar artikelen enkele belangrijke onderwerpen behandeld die belangrijk zijn voor het bouwen van geweldige embedded systemen, zoals; de juiste microcontroller voor uw project selecteren, kiezen tussen een microcontroller en een microprocessor. In dezelfde geest zal ik voor het artikel van vandaag microcontrollers vergelijken met Programmable Logic Controller (PLC's).

Programmeerbare logische controller

Een programmeerbare logische controller (PLC) is gewoon een speciaal computerapparaat dat is ontworpen voor gebruik in industriële besturingssystemen en andere systemen waarbij de betrouwbaarheid van het systeem hoog is.

Ze werden aanvankelijk ontwikkeld om bedrade relais, sequenties en timers te vervangen die in het productieproces door de automatiseringsindustrie worden gebruikt, maar tegenwoordig zijn ze opgeschaald en worden ze gebruikt door allerlei productieprocessen, inclusief robotgebaseerde lijnen. Tegenwoordig is er waarschijnlijk geen enkele fabriek in de wereld die geen machine of apparatuur heeft die op PLC's draait. De belangrijkste reden voor hun brede acceptatie en gebruik is diep geworteld in hun robuustheid en het vermogen om de ruwe behandeling / omgeving te weerstaan ​​die gepaard gaat met productievloeren. Ze zijn ook een goed voorbeeld van realtime besturingssystemen omdat ze een hoog vermogen hebben om binnen een zeer kort tijdsbestek output te produceren naar specifieke inputs, wat een essentiële vereiste is voor industriële omgevingen, aangezien een tweede vertraging de hele operatie zou kunnen verstoren.

Microcontrollers

Microcontrollers daarentegen zijn kleine computerapparaten op een enkele chip die een of meer verwerkingskernen bevatten, met ingebouwde geheugenapparaten naast programmeerbare speciale en algemene invoer- en uitvoerpoorten (I / O). Ze worden gebruikt in allerlei dagelijkse apparaten, vooral in toepassingen waar alleen specifieke repetitieve taken moeten worden uitgevoerd. Ze zijn meestal kaal en kunnen zonder de nodige aansluitingen niet als zelfstandige apparaten worden gebruikt. In tegenstelling tot PLC's hebben ze geen interfaces zoals een display en ingebouwde schakelaars, omdat ze meestal alleen GPIO's hebben waarop deze componenten kunnen worden aangesloten.

De tutorial van vandaag zal gericht zijn op het vergelijken van PLC's en microcontrollersystemen onder verschillende rubrieken, waaronder;

1. Architectuur
2. Interfaces
3. Prestaties en betrouwbaarheid
4. Vereist vaardigheidsniveau
5. Programmeren
6. Toepassingen

1. Architectuur

PLC's Architectuur:

PLC's kunnen over het algemeen een microcontroller van hoog niveau worden genoemd. Ze bestaan ​​in wezen uit een processormodule, de voeding en de I / O-modules. De processormodule bestaat uit de centrale verwerkingseenheid (CPU) en geheugen. Naast een microprocessor bevat de CPU ook ten minste een interface waarmee hij kan worden geprogrammeerd (USB, Ethernet of RS232) samen met communicatienetwerken. De voeding is meestal een aparte module en de I / O-modules staan ​​los van de processor. De soorten I / O-modules omvatten discrete (aan / uit), analoge (continu variabele) en speciale modules zoals bewegingscontrole of high-speed tellers. De veldapparaten zijn aangesloten op de I / O-modules.

Afhankelijk van het aantal I / O-modules waarover de PLC beschikt, kunnen deze zich in dezelfde behuizing als de PLC of in een aparte behuizing bevinden. Bij bepaalde kleine PLC's die nano / micro-PLC's worden genoemd, bevinden alle onderdelen, inclusief voeding, processor enz., Zich meestal in dezelfde behuizing.

Microcontroller's architectuur

De hierboven beschreven architectuur van PLC's lijkt qua onderdelen enigszins op de microcontrollers, maar de microcontroller implementeert alles op een enkele chip, van de CPU tot de I / O-poorten en interfaces die nodig zijn voor communicatie met de buitenwereld. De architectuur van de microcontroller wordt hieronder weergegeven.

Een voorbeeld van een op ladderlogica / diagram gebaseerde code wordt hierboven weergegeven. Het ziet er meestal uit als een ladder, wat de reden is achter zijn naam. Dit vereenvoudigde uiterlijk maakt het heel gemakkelijk om PLC's te programmeren, zodat u, als u een schema kunt analyseren, ook PLC's kunt programmeren.

Vanwege de recente populariteit van moderne programmeertalen op hoog niveau, worden PLC's nu geprogrammeerd met behulp van deze talen, zoals C, C ++ en basic, maar over het algemeen voldoen alle PLC's nog steeds aan de IEC 61131/3-regelsystemen voor de industrie en ondersteunen ze de programmeertalen die zijn voorgeschreven door de standaard die omvatten; Ladderdiagram, gestructureerde tekst, functieblokdiagram, instructielijst en sequentieel stroomschema.

Moderne PLC's worden meestal geprogrammeerd via applicatiesoftware op basis van een van de bovengenoemde talen, die worden uitgevoerd op een pc die op de PLC is aangesloten via een van de interfaces USB, Ethernet, RS232, RS-485, RS-422.

Microcontrollers aan de andere kant zijn geprogrammeerd met behulp van talen op laag niveau, zoals assemblage of talen op hoog niveau, zoals C en C ++. Het vereist meestal een hoog niveau van ervaring met de gebruikte programmeertaal en een algemeen begrip van de principes van firmware-ontwikkeling. Programmeurs moeten meestal begrippen als datastructuren begrijpen en een diep begrip van de microcontroller-architectuur is vereist om een ​​zeer goede firmware voor het project te ontwikkelen.

Microcontrollers worden meestal ook geprogrammeerd via applicatiesoftware die op een pc wordt uitgevoerd, en ze zijn meestal met die pc verbonden via een extra stuk hardware, meestal programmeurs genoemd.

De werking van programma's op de PLC lijkt echter sterk op die van de microcontroller. De PLC gebruikt een speciale controller, waardoor ze maar één programma keer op keer verwerken. Een cyclus door het programma wordt een scan genoemd en is vergelijkbaar met een microcontroller die door een lus gaat.

Een bedrijfscyclus door het programma dat op de PLC wordt uitgevoerd, wordt hieronder weergegeven.

6. Toepassingen

PLC's zijn de belangrijkste besturingselementen die worden gebruikt in industriële besturingssystemen. Ze vinden hun toepassing bij de besturing van industriële machines, transportbanden, robots en andere productielijnmachines. Ze worden ook gebruikt in op SCADA gebaseerde systemen en in systemen die een hoge mate van betrouwbaarheid vereisen en bestand zijn tegen extreme omstandigheden. Ze worden gebruikt in onder meer;

1. Continu

flesvulsysteem

2. Batchmengsysteem 3.stage airconditioningsysteem

4. Verkeerscontrole

Microcontrollers daarentegen vinden hun toepassing in alledaagse elektronische apparaten. Het zijn de belangrijkste bouwstenen van verschillende consumentenelektronica en slimme apparaten.

Vervangen van PLC's in industriële toepassingen door microcontrollers

De komst van eenvoudig te gebruiken microcontrollerborden heeft de reikwijdte waarbinnen microcontrollers worden gebruikt vergroot, ze worden nu aangepast voor bepaalde toepassingen waarvoor microcontrollers als ongeschikt werden beschouwd, van mini-doe-het-zelfcomputers tot verschillende complexe besturingssystemen. Dit heeft geleid tot vragen waarom microcontrollers niet worden gebruikt in plaats van PLC's, met als belangrijkste argument de kosten van PLC's in vergelijking met die van microcontrollers. Het is belangrijk dat er veel aan de reguliere microcontrollers moet worden gedaan voordat deze in industriële toepassingen kunnen worden gebruikt.

Hoewel het antwoord kan worden gevonden op de punten die al in dit artikel zijn genoemd, is het voldoende om twee belangrijke punten te benadrukken.

1. Microcontrollers zijn niet ontworpen met de robuustheid en het vermogen om extreme omstandigheden zoals PLC's te weerstaan. Dit maakt ze niet klaar voor industriële toepassingen.

2. Industriële sensoren en actuatoren zijn gewoonlijk ontworpen volgens de IEC-norm, die gewoonlijk een stroom- / spanningsbereik heeft en interfaces die mogelijk niet direct compatibel zijn met microcontrollers en waarvoor een soort ondersteunende hardware nodig is die de kosten verhoogt.

Er zijn nog andere punten, maar om binnen de reikwijdte van dit artikel te blijven, moeten we hier stoppen.

Afronding, elk van deze bedieningsapparaten is ontworpen voor gebruik in bepaalde systemen en ze moeten goed worden overwogen voordat een beslissing wordt genomen over de beste voor een bepaalde toepassing. Het is belangrijk op te merken dat bepaalde fabrikanten op microcontrollers gebaseerde PLC's bouwen, zoals industriële schilden nu op Arduino gebaseerde PLC's maken, zoals hieronder weergegeven.