הופעתו של ארדואינו ועשרות לוחות מבוססי מיקרו-בקר אחרים בתקופה האחרונה הגדילה את העניין במערכות משובצות, ופתחה את עולם המיקרו-בקרים למספר רב. זה לא רק הגדיל את מספר המשתמשים במיקרו-בקר, אלא גם הגדיל את היקף היישומים בהם הם משמשים. לכן במהלך המאמרים האחרונים סקרנו כמה נושאים מרכזיים שחשובים לבניית התקני מערכות משובצות נהדרים כמו; בחירת המיקרו-בקר המתאים לפרויקט שלך, בחירה בין מיקרו-בקר למיקרו-מעבד. באותו אופן, עבור המאמר של היום, אני אשווה מיקרו-בקרים לבקר לוגיקה לתכנות (PLC).
בקר לוגי לתכנות
בקר מתוכנת (PLC) הוא פשוט מטרה מיוחדת מחשוב מכשיר המיועד לשימוש במערכות בקרה תעשייתיות ומערכות אחרות בן את האמינות של המערכת היא גבוהה.
הם פותחו בתחילה להחלפת ממסרים, רצפים וטיימרים קשיחים המשמשים בתהליך הייצור על ידי תעשיית האוטומציה, אך כיום הם הוגדלו ונמצאים בשימוש על ידי כל מיני תהליכי ייצור כולל קווים מבוססי רובוטים. בימים אלה, כנראה אין מפעל אחד במילה שאין מכונה או ציוד הפועל על גבי PLC. הסיבה העיקרית לאימוץם והשימוש הרחב בהם יכולה להימצא בשורשים עמוקים בקשיחותם וביכולתם לעמוד בטיפול / הסביבה הגסים הקשורים לייצור רצפות. הם גם דוגמה טובה למערכות הפעלה בזמן אמת מכיוון שיש להם יכולת גבוהה לייצר תפוקות לתשומות ספציפיות במסגרת זמן קצרה מאוד, שהיא דרישה מרכזית להגדרות תעשייתיות שכן עיכוב שני עלול לשבש את הפעולה כולה.
מיקרו-בקרים
לעומת זאת מיקרו-בקרים הם מכשירי מחשוב קטנים על שבב יחיד המכילים ליבת עיבוד אחת או יותר, עם התקני זיכרון המוטמעים לצד יציאות קלט ופלט לתכנות מיוחדות וכלליות (I / O). הם משמשים בכל סוג של מכשירים יומיומיים במיוחד ביישומים שבהם יש לבצע רק משימות חוזרות ספציפיות. בדרך כלל הם חשופים ולא יכולים לשמש מכשירים עצמאיים ללא החיבורים הדרושים. בניגוד ל- PLC, אין להם ממשקים כמו תצוגה, ומתגים מובנים מכיוון שלרוב יש רק GPIO שאליהם ניתן לחבר רכיבים אלה.
ההדרכה של היום תתמקד בהשוואת מערכות PLC ומיקרו-בקר תחת כותרות שונות הכוללות;
- ארכיטקטורה
- ממשקים
- ביצועים ואמינות
- רמת מיומנות נדרשת
- תִכנוּת
- יישומים
1. אדריכלות
אדריכלות PLCs:
בדרך כלל ניתן לכנות PLC כמיקרו-בקר ברמה גבוהה. הם מורכבים למעשה ממודול מעבד, אספקת החשמל ומודולי הקלט / פלט. מודול המעבד מורכב מיחידת העיבוד המרכזית (CPU) ומהזיכרון. בנוסף למיקרו-מעבד, המעבד מכיל לפחות ממשק דרכו ניתן לתכנת אותו (USB, Ethernet או RS232) יחד עם רשתות תקשורת. ספק הכוח הוא בדרך כלל מודול נפרד, ומודולי הקלט / פלט נפרדים מהמעבד. סוגי מודולי הקלט / פלט כוללים דיסקרטים (הפעלה / כיבוי), אנלוגי (משתנה רציף) ומודולים מיוחדים כמו בקרת תנועה או מונים מהירים. התקני השדה מחוברים למודולי הקלט / פלט.
בהתאם לכמות מודולי ה- I / O שבבעלות ה- PLC, הם עשויים להיות באותו מארז כמו ה- PLC או במארז נפרד. PLCs מסוימים הנקראים PLCs ננו / מיקרו בדרך כלל כוללים את כל החלקים שלהם כולל חשמל, מעבד וכו 'באותו מארז.
אדריכלות מיקרו-בקרה
ארכיטקטורת ה- PLC שתוארה לעיל דומה במקצת למיקרו-בקרים מבחינת המרכיבים, אך המיקרו-בקר מיישם הכל על שבב יחיד, מהמעבד ועד ליציאות ה- I / O והממשקים הנדרשים לתקשורת עם העולם החיצון. אדריכלות המיקרו-בקר מוצגת להלן.
דוגמה היגיון סולם / הדיאגרמה קוד מבוסס מוצגת לעיל. זה בדרך כלל נראה כמו סולם שזו הסיבה מאחורי שמו. המראה המפשט הזה הופך את PLCs לקלים מאוד לתכנות כך שאם אתה יכול לנתח סכמטי, אתה יכול לתכנת PLCs.
בשל הפופולריות האחרונה של שפות תכנות מודרניות ברמה גבוהה, תוכנות PLC מתוכנתות כעת באמצעות שפות אלה כמו C, C ++ ובסיסיות, אך כל ה- PLC בדרך כלל עדיין עומדות בתקן מערכות בקרה IEC 61131/3 ותומכות בשפות התכנות שנקבעו על ידי סטנדרטיים הכוללים; תרשים סולם, טקסט מובנה, דיאגרמת חסימות פונקציות, רשימת הוראות ותרשים זרימה רציף.
PLC של ימינו מתוכנת בדרך כלל באמצעות תוכנת יישום המבוססת על כל אחת מהשפות שהוזכרו לעיל, ומופעל על מחשב המחובר ל- PLC באמצעות ממשקי USB, Ethernet, RS232, RS-485, RS-422.
מיקרו-בקרים לעומת זאת מתוכנתים באמצעות שפות ברמה נמוכה כמו הרכבה או שפות ברמה גבוהה כמו C ו- C ++ בין היתר. זה בדרך כלל דורש ניסיון ברמה גבוהה עם שימוש בשפת התכנות והבנה כללית של עקרונות פיתוח הקושחה. מתכנתים בדרך כלל צריכים להבין מושגים כמו מבני נתונים ונדרשת הבנה מעמיקה של ארכיטקטורת המיקרו-בקר בכדי לפתח קושחה טובה מאוד לפרויקט.
מיקרו-בקרים מתוכנתים בדרך כלל גם באמצעות תוכנת יישום הפועלת במחשב האישי והם מחוברים בדרך כלל למחשב זה באמצעות חומרה נוספת הנקראת בדרך כלל מתכנתים.
אולם הפעלת התוכניות ב- PLC דומה מאוד לזו של המיקרו-בקר. ה- PLC משתמש בבקר ייעודי כתוצאה מכך הם מעבדים רק תוכנית אחת שוב ושוב. מחזור אחד בתוכנית נקרא סריקה וזה דומה למיקרו-בקר שעובר לולאה.
מחזור הפעלה באמצעות תכנית פועלת על PLC מוצג למטה.
6. יישומים
PLCs הם מרכיבי הבקרה העיקריים המשמשים במערכות בקרה תעשייתיות. הם מוצאים יישום בשליטה על מכונות תעשייתיות, מסועים, רובוטים ומכונות קו ייצור אחרות. הם משמשים גם במערכות מבוססות SCADA ובמערכות הדורשות רמת אמינות גבוהה ויכולת עמידה בתנאים קיצוניים. הם משמשים בתעשיות כולל;
1. מערכת מילוי בקבוקים רציפה 2. מערכת
ערבוב
אצווה
3. מערכת מיזוג בימתית 4. בקרת תנועה
לעומת זאת, מיקרו-בקרים מוצאים יישומים במכשירים אלקטרוניים יומיומיים. הם אבני הבניין העיקריות של כמה מוצרי אלקטרוניקה וצרכנים חכמים.
החלפת PLCs ביישומים תעשייתיים במיקרו-בקרים
הופעתם של לוחות מיקרו-בקרים נוחים לשימוש הגדילה את היקף השימוש במיקרו-בקרים, וכעת הם מותאמים ליישומים מסוימים שעבורם מיקרו-בקרים נחשבו בלתי הולמים ממחשבי DIY מיני למספר מערכות בקרה מורכבות. זה הוביל לשאלות מדוע לא משתמשים במיקרו-בקרים במקום PLCs, הטענה העיקרית היא עלות ה- PLC בהשוואה לזו של מיקרו-בקרים. חשוב שיהיה צורך לעשות הרבה למיקרו-בקרים הרגילים לפני שניתן יהיה להשתמש בו ביישומים תעשייתיים.
התשובה אמנם מצויה מהנקודות שכבר הוזכרו במאמר זה, אך מספיק להבליט שתי נקודות מפתח.
1. מיקרו-בקרים אינם מתוכננים עם הקשיחות והיכולת לעמוד בתנאים קיצוניים כמו PLC. זה גורם להם לא להיות מוכנים ליישומים תעשייתיים.
2. חיישנים ומפעילים תעשייתיים מתוכננים בדרך כלל על פי תקן חברת החשמל אשר לרוב נמצא בטווח של זרם / מתח וממשקים אשר יתכן שאינם תואמים ישירות למיקרו-בקרים ויזדקקו לחומרה כלשהי תומכת המגדילה את העלות.
ישנן נקודות אחרות אך כדי להישאר במסגרת מאמר זה, עלינו לעצור כאן.
בסיכום, כל אחד ממכשירי הבקרה הללו מיועד לשימוש במערכות מסוימות ויש לשקול היטב לפני שמתקבלת החלטה על הטוב ביותר ליישום מסוים. חשוב לציין כי יצרנים מסוימים בונים PLC מבוססי מיקרו-בקר, כמו שמגנים תעשייתיים מייצרים כעת PLC מבוססי Arduino המוצגים להלן.
