Overzicht van plc en diverse arduino gebaseerde plc boards

Arduino werd voor het eerst geïntroduceerd in 2005 met als doel een goedkope en gemakkelijke manier te bieden voor beginners en professionals om apparaten te maken die met hun omgeving communiceren met behulp van sensoren en actuatoren.

Voordat Arduino werd geïntroduceerd, werd het embedded ontwerp als een complex onderwerp gezien en moesten hobbyisten (of ingenieurs) een professional vinden om een ​​werkend model voor hun probleem te krijgen. Als je een eenvoudige 3D-printer wilt, dan moet je professionele hulp krijgen, want er zijn duizenden controllers met hun compatibele IDE. En de hobbyist kan niet alles leren over alle microcontrollers en hun programmeermethoden. Aan deze situatie kwam een ​​einde toen de algemeen aanvaarde ARDUINO werd geïntroduceerd. En hiermee kunnen de hobbyisten of ingenieurs hun eigen projecten ontwerpen en ontwikkelen zonder veel professionele hulp.

En de reden waarom het zo universeel geaccepteerd wordt, omdat het een open-source elektronicaplatform is dat is gebaseerd op gebruiksvriendelijke hardware en software. Arduino-borden kunnen ingangen lezen zoals licht op een sensor, een vinger op een knop en deze omzetten in een programmeerbare uitgang, zoals het activeren van een motor, het inschakelen van een LED en het online publiceren van iets.

In de loop der jaren is Arduino populairder geworden en daarmee zijn veel geavanceerde boards met vergelijkbare doeleinden ontwikkeld, zoals Raspberry PI, Panda, etc. Arduino wordt gebruikt als het brein in duizenden projecten, van alledaagse voorwerpen tot complexe wetenschappelijke instrumenten. Studenten, hobbyisten, kunstenaars, programmeurs en professionals van over de hele wereld hebben zich verzameld rond dit open-sourceplatform en vele projecten ontwikkeld, waarbij ze een ongelooflijke hoeveelheid kennis hebben vergaard die zowel beginners als experts van grote hulp kan zijn.

Met de vergaarde kennis en de recente introductie van IoT, zette de hype op Arduino een volgende stap voorwaarts en werd daardoor een noodzakelijk leermiddel voor ingenieurs en hobbyisten. Nu begon het Arduino-bord te veranderen om zich aan te passen aan nieuwe behoeften en uitdagingen, zoals IoT-toepassingen, wearable, 3D-printen, embedded omgevingen en ten slotte PLC (Programmable Logic Controller). Hier in dit artikel zullen we leren wat PLC is en hoe Arduino als PLC kan worden gebruikt.

Inleiding tot PLC (Programmable Logic Controller)

Laten we eerst de term industriële automatisering begrijpen voordat we voor PLC gaan. Zoals we allemaal weten is het gebruik van machines voor werk in de industrie kosteneffectiever dan het gebruik van mensen, omdat machines geen geld, vakanties of pauzes nodig hebben, dus als machines worden gebruikt in plaats van mensen, kunnen de industrieën hun producten 24 * 7 zonder problemen produceren. Deze opzet om mensen te vervangen door machines of robotarmen heet nu industriële automatisering.

PLC is een controller die speciaal is ontworpen om de machines te bedienen die worden gebruikt voor industriële automatisering. Ze zijn ontworpen om betrouwbaar te zijn onder zware industriële omgevingen (zoals extreme temperaturen, vochtige, natte, stoffige omstandigheden). PLC-toepassingen zijn te zien op de assemblagelijn van de fabriek, een ertsverwerkingsfabriek, robotlassen, CNC-snijwerk, enz. Aangezien deze apparatuur is ontworpen voor hoge efficiëntie en de ruige omgeving, zijn ze kostbaar voor zowel installatie als reparatie.

PLC (Programmable Logic Controller) heeft veel functies die vergelijkbaar zijn met onze personal computer thuis. Ze hebben allebei een voedingseenheid, een CPU (Central Processing Unit), Inputs & Outputs (I / O) -poorten, RAM- en ROM-geheugen en besturingssoftware. Het grootste verschil tussen de twee is dat PLC discrete en continue functies kan uitvoeren in een ruwe omgeving die een pc niet kan. U kunt ook het verschil tussen PLC en microcontroller aflezen om een ​​overzicht te krijgen van de vergelijking met microcontrollers.

Er zijn veel verschillende soorten PLC op de markt volgens de eisen van de klant. Hoewel er veel soorten PLC aanwezig zijn, volgen ze bepaalde normen die de gebruiker gemakkelijk kan kiezen.

Basisfunctie van PLC

Om de basiswerking van de PLC te begrijpen, gaan we uit van een eenvoudig voorbeeld zoals hieronder weergegeven.

Laten we zeggen dat we in deze opstelling de lamp de eerste vijftig seconden AAN moeten zetten en de lamp de volgende twintig seconden UIT moeten zetten, waarna we de schakelaar in het circuit moeten gebruiken om de lus continu te sluiten en te openen. Dit is een eenvoudige maar zeer vermoeiende taak voor een mens en het is niet kostenproductief om elke keer een tijdrelais voor dit soort problemen te kopen. In al die gevallen kunnen we met één PLC het probleem oplossen.

Hier kunt u zien dat een PLC is aangesloten in de lus van de installatie terwijl de schakelaar gesloten blijft. We kunnen de programmering gebruiken om de timer voor de PLC in het circuit in te stellen. Zodra dit is gebeurd, kan de PLC de lus continu sluiten en openen, waardoor menselijke tussenkomst niet meer nodig is. Zodra de PLC begint met het uitvoeren van het programma, zal deze niet stoppen totdat er een onderbreking is gegeven.

Dit is slechts een eenvoudige configuratie en een PLC heeft de mogelijkheid om veel grotere en complexere processen aan te sturen, zoals PWM-besturing, detectie, enz. Een PLC is meestal zo ontworpen dat de klant het kan aanpassen. PLC functioneert afhankelijk van de toepassing en behoefte.

Blokschema van PLC

Laten we nu eens kijken naar de belangrijke modules die aanwezig zijn in de PLC.

Voedingsmodule: deze module wordt soms als een aparte opstelling geplaatst zoals een adapter en in andere gevallen wordt deze rechtstreeks op de hoofdprintplaat ontworpen. De functie van de module is om de hele PLC (Programmable Logic Controller) -configuratie van de benodigde stroom te voorzien. De module is een converter die beschikbare wisselstroom omzet in gelijkstroom die nodig is voor de CPU en andere modules. Gewoonlijk werkt PLC op 12V- en 24V-stroomrail.

Centrale verwerkingseenheid: deze module is het meest beschermd omdat het de kern vormt van het functioneren van de hele PLC. CPU-module bestaat uit een microprocessor of microcontroller, programmageheugen, flashgeheugen en RAMS-geheugen. Flash-geheugen of ROM-geheugen slaat het besturingssysteem, het stuurprogramma en het toepassingsprogramma op. RAM wordt door de microprocessor gebruikt om toegang te krijgen tot gegevens en informatie.

De functie van de CPU is om het programma dat in het geheugen is opgeslagen uit te voeren en te handelen volgens de schriftelijke instructies. Dus in feite leest de CPU de invoergegevens van sensoren om te verwerken en stuurt uiteindelijk een passend antwoord op basis van het programma.

Invoer- en uitvoermodule: invoermodule wordt gebruikt om een ​​verbinding tot stand te brengen tussen verschillende sensoren en keypads met de CPU en de uitvoermodule wordt door de processor gebruikt om een ​​antwoord te geven aan de buitenwereld.

Programmeerapparaatmodule: deze module wordt gebruikt voor het tot stand brengen van communicatie tussen pc en PLC. De basisfunctie is om de microprocessor van PLC te herprogrammeren.

Soorten PLC (Programmable Logic Controller)

De PLC is onderverdeeld in twee typen namelijk vaste (of compacte PLC) en modulaire PLC.

1. Compacte of vaste PLC: het is meestal een low-end PLC die in veel industrieën populair is. Compacte PLC heeft een vast aantal I / O-modules en externe I / O-kaarten en kunnen later niet worden uitgebreid om een ​​complexere configuratie te maken. U kunt een vaste PLC zien in de onderstaande afbeelding.

2. Modulaire PLC: Modulaire PLC maakt meerdere uitbreidingen mogelijk door 'Modules' parallel te stapelen. I / O-poorten van de modulaire PLC kunnen worden vergroot voor complexere bewerkingen in de industrie. Modulaire PLC is ook gemakkelijker te gebruiken omdat elke component onafhankelijk van elkaar is. Dit type PLC is populair in veel industrieën

Arduino vs PLC (programmeerbare logische controller)

Zoals we eerder vermeldden, lijken de belangrijke modules van een PLC op een pc (personal computer) en lijken ze nog meer op computers met een enkel bord, zoals Arduino. Dus intern is op een bepaald niveau de werking van zowel de PLC als de Arduino hetzelfde en kunnen we deze Arduino gebruiken om een ​​PLC (Programmable Logic Controller) te ontwerpen. De Arduino PLC's zijn al op de markt aanwezig en zijn goedkoper verkrijgbaar in vergelijking met conventionele PLC's. Dus Arduino-PLC wordt tegenwoordig populair en de toepassingen zullen in de toekomst meer toenemen. Dit zijn bepaalde verschillen tussen de Arduino PLC en conventionele PLC en een paar worden hieronder vermeld.

Arduino PLC	PLC (programmeerbare logische controller)
Externe componenten nodig om als PLC te werken	Heeft geen extra externe componenten nodig
Universeel geaccepteerd	Vooral gepromoot in Industries
Goedkoop	Hoge kosten
Moet basisprogrammering leren om het Arduino-programma te herschrijven	Alleen basistechniek nodig voor herprogrammering van de PLC
Herprogrammeren is relatief moeilijk	Herprogrammeren is relatief eenvoudig
Bevredigende prestaties	Hoge performantie
Kan niet werken onder zware omstandigheden	Kan onder zware omstandigheden werken
Compact en klein	Omvangrijk en zwaar
Stapelen kan niet worden gebruikt om de PLC-werking van Arduino PLC te bevorderen	Stapelen kan worden gebruikt om de PLC-werking van een normale PLC te bevorderen
Meer communicatiemogelijkheden	Minder communicatiemogelijkheden
Gemakkelijk te vervangen en te repareren	Moeilijk te vervangen en te repareren
Minder opties om te kiezen	Veel keuzemogelijkheden

Laten we het nu kort hebben over populaire op Arduino gebaseerde PLC's die momenteel op de markt zijn.

1. Industriële schilden Arduino PLC's

Industrial Shields is een populair bedrijf dat op Arduino gebaseerde PLC-schilden levert voor veel industriële toepassingen. De schilden die in de volksmond worden gebruikt, worden hieronder kort besproken.

Industriële schilden ARDBOX:

ARDBOX is een op Arduino gebaseerde PLC die is ontworpen voor kleine en middelgrote industriële toepassingen. De afbeelding van ARDBOX wordt hieronder weergegeven.

De ARDBOX is ontworpen op basis van ARDUINO LEONARO, dus eigenlijk zijn alle technische specificaties van ARDBOX LEONARO-specificaties. De basisfuncties en technische specificaties van ARDBOX worden hieronder gegeven.

Ingangsspanning	12 V of 24 V
Nominaal vermogen	30Watt
Maximale stroom	1.5A
Kloksnelheid	16 MHz
Grootte	100x45x115 mm
Programmeertaal	Arduino IDE.
Flash-geheugen	32 KB waarvan 4KB wordt gebruikt door bootloader
SRAM	2,5 KB
EEPROM	1 KB
Communicatie	I2C - USB - RS232 - RS485 - SPI - TTL
TOTAAL Invoerpunten	10
TOTAAL uitgangspunten	10
PWM geïsoleerde uitgang	tot 24Vdc Ik max: 70 mA Galvanische scheiding Diode beschermd voor relais Nominale spanning: 24Vdc

Industriële schilden M-Duino:

M-DUINO is een op Arduino gebaseerde PLC die is ontworpen voor kleine en middelgrote industriële toepassingen. De afbeelding van de PLC wordt hieronder weergegeven.

De M-DUINO is ontworpen op basis van het ARDUINO MEGA-bord, dus alle technische specificaties van het MEGA-bord zijn M-DUINO-specificaties. De basisfuncties en technische specificaties van M-DUINO worden hieronder weergegeven.

Ingangsspanning	12V of 24V
Nominaal vermogen	40Watt
Maximale uitgangsstroom	0,5A
Kloksnelheid	16 MHz
Grootte	101x119x70mm
Programmeertaal	Arduino IDE.
Flash-geheugen	32 KB waarvan 0,5 KB wordt gebruikt door de bootloader
SRAM	2 KB
EEPROM	1 KB
Communicatie	I2C1 - Ethernet-poort - USB - RS485 - SPI - (3x) Rx, Tx (Arduino-pinnen)
TOTAAL Invoerpunten	13,26,36
TOTAAL uitgangspunten	8,16,22
PWM geïsoleerde uitgang	24Vdc (3,6,8) Ik max: 70 mA

2. PLDuino Arduino PLC's

PLDuino is een op Open Source Arduino gebaseerde Programmable Logic Controller (PLC) van Digital Loggers die op de markt verkrijgbaar is voor ongeveer $ 150. Deze PLC combineert de Arduino Mega (ATmega2560) met ESP8266 Wi-Fi-module en een 2,4 ”TFT Touch Screen, om hem geschikt te maken voor industriële IoT-toepassingen en andere fabrieksrobotica-toepassingen.

PLDuino kan eenvoudig worden geprogrammeerd met behulp van een eenvoudige USB-kabel, ook samen met de populaire Arduino IDE kan de PLDuino ook worden geprogrammeerd met Lua, GNU of zelfs AVR Studio. PLDuino biedt ook demonstratiecodes en bibliotheken om beginners te helpen snel met de ontwikkeling te beginnen. Voor gevorderde gebruikers heeft PLDuino het ook mogelijk gemaakt om het deksel open te klappen en in de PLC te verkennen om de hardware aan te passen aan hun toepassing, de volledige schema's en componentspecificaties zijn ook online beschikbaar. De volledige specificaties van PLDuino zijn te zien in de onderstaande afbeelding

3. Controllino Arduino PLC's

Controllino is niets anders dan een geïndustrialiseerde Arduino. Het combineert de flexibiliteit en het open-source karakter van het Arduino-ecosysteem met de veiligheid en betrouwbaarheid van industriële PLC's.

Het bedrijf levert drie modules die zijn ontworpen op basis van drie Arduino-kaarten.

Controllino MINI:

Het is ontworpen op Arduino Uno-bord.

Ingangsspanning	12V of 24V
Bedrijfstemperatuur	5ºC tot 55ºC
Maximale relaisstroom	6A
Kloksnelheid	16 MHz
Grootte	36x90x60 mm
Programmeertaal	Arduino IDE.
Flash-geheugen	32 KB waarvan 0,5 KB wordt gebruikt door de bootloader
SRAM	2 KB
EEPROM	1 KB
Communicatie	I2C1 - USB - SPI
TOTAAL Invoerpunten	8
TOTAAL uitgangspunten	8

Controllino MAXI:

Dit is ontworpen op de ATMEGA2560 Atmel-microcontroller of op het Arduino Mega- bord.

Ingangsspanning	12V of 24V
Bedrijfstemperatuur	0ºC tot 55ºC
Maximale uitgangsrelaisstroom	6A
Kloksnelheid	16 MHz
Grootte	72x90x62mm
Programmeertaal	Arduino IDE
Flash-geheugen	256 KB
SRAM	8 KB
EEPROM	4KB
Communicatie	I2C1, Ethernet-poort, USB, SPI
TOTAAL Invoerpunten	12
TOTAAL uitgangspunten	12, relaisuitgang-10

Controllino Mega:

Mega PLC is ontworpen op ATMEGA2560 Atmel-microcontroller of op Arduino Mega-bord.

Ingangsspanning	12V of 24V
Bedrijfstemperatuur	0ºC tot 55ºC
Maximale uitgangsrelaisstroom	6A
Kloksnelheid	16 MHz
Grootte	107x90x62mm
Programmeertaal	Arduino IDE
Flash-geheugen	256 KB
SRAM	8 KB
EEPROM	4KB
Communicatie	I2C1, Ethernet-poort, USB, SPI
TOTAAL Invoerpunten	21
TOTAAL uitgangspunten	24, relaisuitgang-16

Voordelen van Arduino PLC

• Kan tegen lage kosten worden gekocht.
• Kan worden geprogrammeerd met Arduino IDE-software.
• Hoge compatibiliteit.
• Veel ruimte voor aanpassingen.
• Eenvoudig te vervangen in vergelijking met conventionele PLC.

Nadelen van Arduino PLC

• Er zijn maar heel weinig keuzes beschikbaar.
• Niet geschikt voor toepassingen op grote schaal.
• Gevoelig in vergelijking met conventionele PLC.
• Vereist meer onderhoud.
• Minder professioneel.