ไมโครคอนโทรลเลอร์ vs plc: การเปรียบเทียบโดยละเอียด

การถือกำเนิดของ Arduino และคะแนนของบอร์ดที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์อื่น ๆ ในช่วงเวลาที่ผ่านมาได้เพิ่มความสนใจในระบบฝังตัวซึ่งเป็นการเปิดโลกไมโครคอนโทรลเลอร์ให้มีจำนวนมากขึ้น สิ่งนี้ไม่เพียงเพิ่มจำนวนผู้ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ แต่ยังเพิ่มขอบเขตและแอปพลิเคชันที่ใช้งานด้วย นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมในสองสามบทความที่ผ่านมาเราได้กล่าวถึงหัวข้อสำคัญบางส่วนที่มีความสำคัญต่อการสร้างอุปกรณ์ระบบฝังตัวที่ยอดเยี่ยมเช่น การเลือกไมโครคอนโทรลเลอร์ที่เหมาะสมสำหรับโครงการของคุณการเลือกระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์และไมโครโปรเซสเซอร์ ในหลอดเลือดดำเดียวกันสำหรับบทความวันนี้ผมจะเปรียบเทียบไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อควบคุมตรรกะโปรแกรม (PLCs)

โปรแกรมควบคุมลอจิก

ควบคุมตรรกะโปรแกรม (มหาชน) เป็นเพียงจุดประสงค์อุปกรณ์คอมพิวเตอร์พิเศษที่ออกแบบมาสำหรับใช้ในระบบควบคุมอุตสาหกรรมและระบบอื่น ๆ ที่น่าเชื่อถือของระบบอยู่ในระดับสูง

ในตอนแรกพวกเขาได้รับการพัฒนาเพื่อใช้แทนรีเลย์แบบเดินสายไฟลำดับและตัวจับเวลาที่ใช้ในกระบวนการผลิตโดยอุตสาหกรรมระบบอัตโนมัติ แต่ในปัจจุบันได้มีการปรับขนาดและใช้ในกระบวนการผลิตทุกประเภทรวมถึงสายการผลิตที่ใช้หุ่นยนต์ ทุกวันนี้อาจไม่มีโรงงานเดียวในคำที่ไม่มีเครื่องจักรหรืออุปกรณ์ที่ทำงานบน PLC สาเหตุหลักของการยอมรับและการใช้งานในวงกว้างนั้นมีรากฐานมาจากความทนทานและความสามารถในการทนต่อการจัดการ / สภาพแวดล้อมที่หยาบกร้านที่เกี่ยวข้องกับพื้นการผลิต นอกจากนี้ยังเป็นตัวอย่างที่ดีของระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ เนื่องจากมีความสามารถสูงในการผลิตเอาต์พุตไปยังอินพุตที่เฉพาะเจาะจงภายในระยะเวลาอันสั้นซึ่งเป็นข้อกำหนดหลักสำหรับการตั้งค่าอุตสาหกรรมเนื่องจากการหน่วงเวลาครั้งที่สองอาจรบกวนการทำงานทั้งหมด

ไมโครคอนโทรลเลอร์

ในทางกลับกันไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ขนาดเล็กบนชิปตัวเดียวที่มีคอร์ประมวลผลตั้งแต่หนึ่งคอร์ขึ้นไปโดยมีอุปกรณ์หน่วยความจำฝังอยู่ข้างพอร์ตอินพุตและเอาต์พุต (I / O) แบบพิเศษและเอนกประสงค์ที่ตั้งโปรแกรมได้ ใช้ในอุปกรณ์แบบวันต่อวันโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแอปพลิเคชันที่ต้องทำเฉพาะงานซ้ำ ๆ โดยปกติจะเป็นแบบเปลือยและไม่สามารถใช้เป็นอุปกรณ์แบบสแตนด์อโลนได้หากไม่มีการเชื่อมต่อที่จำเป็น ต่างจาก PLC คือไม่มีอินเทอร์เฟซเช่นจอแสดงผลและสวิตช์ในตัวเนื่องจากโดยปกติจะมี GPIO ที่สามารถเชื่อมต่อกับส่วนประกอบเหล่านี้ได้

บทช่วยสอนในวันนี้จะเน้นไปที่การเปรียบเทียบ PLC และระบบไมโครคอนโทรลเลอร์ภายใต้หัวข้อต่างๆซึ่งรวมถึง

สถาปัตยกรรม
อินเทอร์เฟซ
ประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือ
ระดับทักษะที่จำเป็น
การเขียนโปรแกรม
การใช้งาน

1. สถาปัตยกรรม

สถาปัตยกรรม PLC:

PLC โดยทั่วไปสามารถเรียกได้ว่าเป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ระดับสูง พวกเขาจะทำหลักขึ้นจากโมดูลหน่วยประมวลผล, แหล่งจ่ายไฟและโมดูล โมดูลโปรเซสเซอร์ประกอบด้วยหน่วยประมวลผลกลาง (CPU) และหน่วยความจำ นอกเหนือจากไมโครโปรเซสเซอร์แล้วซีพียูยังมีอินเทอร์เฟซอย่างน้อยซึ่งสามารถตั้งโปรแกรมได้ (USB, อีเธอร์เน็ตหรือ RS232) พร้อมกับเครือข่ายการสื่อสาร โดยทั่วไปแหล่งจ่ายไฟจะเป็นโมดูลแยกต่างหากและโมดูล I / O จะแยกจากโปรเซสเซอร์ ประเภทของโมดูล I / O ประกอบด้วยแบบแยก (เปิด / ปิด) อนาล็อก (ตัวแปรต่อเนื่อง) และโมดูลพิเศษเช่นการควบคุมการเคลื่อนไหวหรือตัวนับความเร็วสูง อุปกรณ์ภาคสนามเชื่อมต่อกับโมดูล I / O

ขึ้นอยู่กับจำนวนของโมดูล I / Os ที่ PLC ครอบครองโมดูลเหล่านี้อาจอยู่ในกล่องหุ้มเดียวกันกับ PLC หรือในกล่องหุ้มแยกต่างหาก PLC ขนาดเล็กบางตัวที่เรียกว่า nano / micro PLC มักจะมีชิ้นส่วนทั้งหมดรวมทั้งกำลังไฟโปรเซสเซอร์ ฯลฯ อยู่ในกล่องหุ้มเดียวกัน

สถาปัตยกรรมของไมโครคอนโทรลเลอร์

สถาปัตยกรรมของ PLC ที่อธิบายไว้ข้างต้นค่อนข้างคล้ายกับไมโครคอนโทรลเลอร์ในแง่ขององค์ประกอบ แต่ไมโครคอนโทรลเลอร์ใช้ทุกอย่างบนชิปตัวเดียวตั้งแต่ CPU ไปจนถึงพอร์ต I / O และอินเทอร์เฟซที่จำเป็นสำหรับการสื่อสารกับโลกภายนอก สถาปัตยกรรมของไมโครคอนโทรลเลอร์แสดงไว้ด้านล่าง

ตัวอย่างของตรรกะบันได / แผนภาพรหัสตามก็แสดงให้เห็นข้างต้น มักจะดูเหมือนบันไดซึ่งเป็นเหตุผลที่อยู่เบื้องหลังชื่อของมัน รูปลักษณ์ที่เรียบง่ายนี้ทำให้ PLC สามารถตั้งโปรแกรมได้ง่ายมากดังนั้นหากคุณสามารถวิเคราะห์แผนผังได้คุณก็สามารถตั้งโปรแกรม PLC ได้

เนื่องจากความนิยมล่าสุดของภาษาการเขียนโปรแกรมระดับสูงที่ทันสมัยปัจจุบัน PLC ได้รับการตั้งโปรแกรมโดยใช้ภาษาเหล่านี้เช่น C, C ++ และพื้นฐาน แต่โดยทั่วไปแล้ว PLC ทั้งหมดยังคงเป็นไปตามมาตรฐานระบบควบคุม IEC 61131/3 ของอุตสาหกรรมและสนับสนุนภาษาโปรแกรมที่กำหนดโดย มาตรฐานซึ่งรวมถึง; แผนภาพบันไดข้อความที่มีโครงสร้างแผนภาพบล็อกฟังก์ชันรายการคำสั่งและแผนภูมิลำดับขั้นตอน

โดยทั่วไป PLC ในยุคปัจจุบันจะถูกตั้งโปรแกรมผ่านแอพพลิเคชั่นซอฟต์แวร์ตามภาษาที่กล่าวถึงข้างต้นโดยทำงานบนพีซีที่เชื่อมต่อกับ PLC โดยใช้อินเทอร์เฟซ USB, Ethernet, RS232, RS-485, RS-422

ในทางกลับกันไมโครคอนโทรลเลอร์ถูกตั้งโปรแกรมโดยใช้ภาษาระดับต่ำเช่นแอสเซมบลีหรือภาษาระดับสูงเช่น C และ C ++เป็นต้น โดยปกติแล้วจะต้องมีประสบการณ์ในระดับสูงเกี่ยวกับภาษาโปรแกรมที่ใช้และความเข้าใจทั่วไปเกี่ยวกับหลักการของการพัฒนาเฟิร์มแวร์ โดยปกติโปรแกรมเมอร์จะต้องเข้าใจแนวคิดเช่นโครงสร้างข้อมูลและความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับสถาปัตยกรรมไมโครคอนโทรลเลอร์จึงจำเป็นต้องมีเพื่อพัฒนาเฟิร์มแวร์ที่ดีมากสำหรับโครงการ

ไมโครคอนโทรลเลอร์มักจะยังโปรแกรมผ่านซอฟต์แวร์โปรแกรมประยุกต์ที่ทำงานบนเครื่องพีซีและพวกเขามักจะมีการเชื่อมต่อไปยังเครื่องคอมพิวเตอร์ที่ผ่านชิ้นส่วนเพิ่มเติมของฮาร์ดแวร์มักจะเรียกว่าโปรแกรมเมอร์

อย่างไรก็ตามการทำงานของโปรแกรมบน PLC นั้นคล้ายคลึงกับไมโครคอนโทรลเลอร์มาก PLC ใช้คอนโทรลเลอร์เฉพาะดังนั้นจึงประมวลผลเพียงโปรแกรมเดียวซ้ำแล้วซ้ำเล่า หนึ่งรอบในโปรแกรมเรียกว่าการ สแกน และคล้ายกับไมโครคอนโทรลเลอร์ที่กำลังวนซ้ำ

รอบการดำเนินงานผ่านโปรแกรมที่ทำงานบน PLCแสดงอยู่ด้านล่าง

6. การใช้งาน

PLCเป็นองค์ประกอบควบคุมหลักที่ใช้ในระบบควบคุมอุตสาหกรรม พวกเขาพบการประยุกต์ใช้ในการควบคุมเครื่องจักรอุตสาหกรรมสายพานลำเลียงหุ่นยนต์และเครื่องจักรในสายการผลิตอื่น ๆ นอกจากนี้ยังใช้ในระบบที่ใช้ SCADA และในระบบที่ต้องการความน่าเชื่อถือในระดับสูงและความสามารถในการทนต่อสภาวะที่รุนแรง ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ ได้แก่

1. ระบบบรรจุขวดแบบต่อเนื่อง 2. ระบบ

ผสม

แบทช์ 3. ระบบปรับอากาศ

บนเวที 4. การควบคุมการจราจร

ในทางกลับกันไมโครคอนโทรลเลอร์พบการใช้งานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในชีวิตประจำวัน เป็นส่วนประกอบสำคัญของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคและอุปกรณ์อัจฉริยะหลายชนิด

การเปลี่ยน PLC ในงานอุตสาหกรรมด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์

การถือกำเนิดของบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้งานง่ายได้เพิ่มขอบเขตภายในการใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ขณะนี้พวกเขาได้รับการปรับให้เข้ากับแอพพลิเคชั่นบางอย่างที่ไมโครคอนโทรลเลอร์ถูกพิจารณาว่าไม่เหมาะสมจากคอมพิวเตอร์มินิ DIY ไปจนถึงระบบควบคุมที่ซับซ้อนหลายระบบ สิ่งนี้นำไปสู่คำถามเกี่ยวกับสาเหตุที่ไมโครคอนโทรลเลอร์ไม่ใช้แทน PLCซึ่งอาร์กิวเมนต์หลักคือต้นทุนของ PLC เมื่อเทียบกับไมโครคอนโทรลเลอร์ เป็นสิ่งสำคัญที่ต้องดำเนินการหลายอย่างกับไมโครคอนโทรลเลอร์ทั่วไปก่อนจึงจะสามารถใช้ในงานอุตสาหกรรมได้

แม้ว่าคำตอบจะพบได้จากประเด็นที่กล่าวไปแล้วในบทความนี้ แต่ก็เพียงพอที่จะเน้นประเด็นสำคัญสองประเด็น

1. ไมโครคอนโทรลเลอร์ไม่ได้รับการออกแบบให้มีความทนทานและสามารถทนต่อสภาวะที่รุนแรงเช่น PLC ได้ ทำให้ไม่พร้อมสำหรับการใช้งานในภาคอุตสาหกรรม

2. เซ็นเซอร์และตัวกระตุ้นอุตสาหกรรมมักได้รับการออกแบบตามมาตรฐาน IEC ซึ่งโดยปกติจะอยู่ที่ช่วงกระแส / แรงดันไฟฟ้าและอินเทอร์เฟซซึ่งอาจไม่สามารถใช้งานร่วมกับไมโครคอนโทรลเลอร์ได้โดยตรงและจะต้องใช้ฮาร์ดแวร์สนับสนุนบางประเภทซึ่งจะเพิ่มต้นทุน

มีจุดอื่น ๆ อยู่ แต่เพื่อให้อยู่ในขอบเขตของบทความนี้เราควรหยุดที่นี่

การปัดเศษอุปกรณ์ควบคุมแต่ละตัวได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้ในระบบบางระบบและควรพิจารณาให้ดีก่อนที่จะตัดสินใจเลือกอุปกรณ์ที่ดีที่สุดสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะ สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าผู้ผลิตบางรายกำลังสร้าง PLC ที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์เช่นตอนนี้โล่อุตสาหกรรมทำให้ PLC ที่ใช้ Arduino ดังแสดงด้านล่าง