Microcontrolador vs plc: una comparació detallada

L’aparició d’Arduino i de moltes altres plaques basades en microcontroladors en els darrers temps ha augmentat l’interès pels sistemes incrustats, obrint el món dels microcontroladors a un gran nombre. Això no només ha augmentat el nombre d'usuaris de microcontroladors, sinó que també ha augmentat l'abast i les aplicacions en què s'utilitzen. És per això que en els darrers articles hem tractat alguns temes clau que són importants per construir dispositius de sistemes incrustats fantàstics com; seleccionant el microcontrolador adequat per al vostre projecte, seleccionant entre un microcontrolador i un microprocessador. En la mateixa línia, per a l'article d'avui, compararé microcontroladors amb controladors lògics programables (PLC).

Controlador lògic programable

Un controlador lògic programable (PLC) és simplement un dispositiu informàtic per a usos especials dissenyat per a ús en sistemes de control industrials i altres sistemes on la fiabilitat del sistema és elevada.

Inicialment es van desenvolupar per reemplaçar relés, seqüències i temporitzadors de cable dur utilitzats en el procés de fabricació per la indústria de l’automatització, però actualment s’han escalat i estan sent utilitzats per tot tipus de processos de fabricació, incloses les línies basades en robots. Avui en dia, probablement no hi hagi cap fàbrica única que no tingui cap màquina ni cap equip funcionant en automàtics. El motiu principal de la seva àmplia adopció i ús es troba profundament arrelat en la seva robustesa i capacitat de suportar la manipulació / entorn rugós associat amb els pisos de fabricació. També són un bon exemple de sistemes operatius en temps real ja que tenen una gran capacitat per produir sortides a entrades específiques en un termini molt curt, que és un requisit clau per a configuracions industrials, ja que un segon retard podria interrompre tota l'operació.

Microcontroladors

Els microcontroladors, d’altra banda, són petits dispositius informàtics d’un sol xip que contenen un o més nuclis de processament, amb dispositius de memòria incrustats al costat de ports d’entrada i sortida (E / S) programables per a usos especials i generals. S’utilitzen en tot tipus de dispositius quotidians, especialment en aplicacions on només cal realitzar tasques repetitives específiques. Normalment són nus i no es poden utilitzar com a dispositius independents sense les connexions necessàries. A diferència dels PLC, no tenen interfícies com la pantalla i els commutadors incorporats, ja que normalment només tenen GPIO als quals es poden connectar aquests components.

El tutorial d'avui es centrarà en la comparació de sistemes de PLC i microcontroladors sota diferents títols que inclouen;

1. Arquitectura
2. Interfícies
3. Rendiment i fiabilitat
4. Nivell d’habilitat requerit
5. Programació
6. Aplicacions

1. Arquitectura

Arquitectura de PLC:

Els PLC generalment es poden anomenar microcontroladors d’alt nivell. Estan fetes essencialment d'un mòdul de processador, la font d'alimentació, i els mòduls d'I / S. El mòdul de processador està format per la unitat central de processament (CPU) i la memòria. A més d’un microprocessador, la CPU també conté almenys una interfície a través de la qual es pot programar (USB, Ethernet o RS232) juntament amb xarxes de comunicació. La font d'alimentació sol ser un mòdul separat i els mòduls d'E / S estan separats del processador. Els tipus de mòduls d'E / S inclouen mòduls discrets (activats / desactivats), analògics (variable contínua) i especials, com ara control de moviment o comptadors d'alta velocitat. Els dispositius de camp estan connectats als mòduls d'E / S.

Depenent de la quantitat de mòduls d'E / S que tingui el PLC, poden estar al mateix recinte que el PLC o en un recinte separat. Alguns petits PLC anomenats nano / micro PLC solen tenir totes les seves parts, inclosa la potència, el processador, etc. al mateix recinte.

Arquitectura del microcontrolador

L'arquitectura dels PLC descrits anteriorment és una mica similar als microcontroladors en termes de components, però el microcontrolador implementa tot en un sol xip, des de la CPU fins als ports d'E / S i interfícies necessàries per a la comunicació amb el món exterior. A continuació es mostra l’arquitectura del microcontrolador.

A la part superior es mostra un exemple de codi basat en lògica / diagrama d’escala. Normalment sembla una escala que és el motiu del seu nom. Aquesta aparença simplificada fa que els PLC siguin molt fàcils de programar, de manera que si podeu analitzar un esquema, podeu programar PLC.

A causa de la popularitat recent dels llenguatges de programació d’alt nivell moderns, ara s’estan programant els PLC utilitzant aquests llenguatges com C, C ++ i bàsic, però tots els PLC generalment segueixen adherint-se a la norma de sistemes industrials de control IEC 61131/3 i admeten els llenguatges de programació estipulats per estàndard que inclouen; Diagrama d’escala, text estructurat, diagrama de blocs de funcions, llista d’instruccions i diagrama de flux seqüencial.

Els PLC actuals normalment es programen mitjançant un programari d’aplicació basat en qualsevol dels idiomes esmentats anteriorment, que s’executen en un PC connectat al PLC mitjançant qualsevol interfície USB, Ethernet, RS232, RS-485, RS-422.

Els microcontroladors, d'altra banda, es programen utilitzant llenguatges de baix nivell com el muntatge o llenguatges d'alt nivell com C i C ++ entre d'altres. Normalment requereix un alt nivell d’experiència amb el llenguatge de programació que s’utilitza i una comprensió general dels principis del desenvolupament del firmware. Els programadors solen necessitar entendre conceptes com les estructures de dades i cal una comprensió profunda de l’arquitectura del microcontrolador per desenvolupar un firmware molt bo per al projecte.

Normalment, els microcontroladors també es programen a través d’un programari d’aplicacions que s’executa en un PC i normalment es connecten a aquest PC mitjançant un maquinari addicional anomenat normalment programadors.

El funcionament dels programes al PLC és, però, molt similar al del microcontrolador. El PLC utilitza un controlador dedicat, de manera que només processen un programa una i altra vegada. Un cicle a través del programa s’anomena escaneig i és similar a un microcontrolador que passa per un bucle.

A continuació es mostra un cicle de funcionament del programa que s’executa al PLC.

6. Aplicacions

Els PLC són els principals elements de control utilitzats en els sistemes de control industrial. Troben aplicació en el control de màquines industrials, transportadors, robots i altres maquinàries de línies de producció. També s’utilitzen en sistemes basats en SCADA i en sistemes que requereixen un alt nivell de fiabilitat i capacitat per suportar condicions extremes. S'utilitzen en indústries incloses;

1. Sistema d’ompliment continu d’ampolles 2. Sistema de

barreja per

lots 3. Sistema de climatització per

escenaris 4. Control de trànsit

Els microcontroladors, en canvi, troben aplicació en dispositius electrònics quotidians. Són els principals elements bàsics de diversos dispositius electrònics de consum i intel·ligents.

Substitució de PLCs en aplicacions industrials per microcontroladors

L’aparició de plaques de microcontroladors fàcils d’utilitzar ha augmentat l’abast en què s’utilitzen els microcontroladors, ara s’estan adaptant per a determinades aplicacions per a les quals es consideraven inadequats els microcontroladors des de mini ordinadors de bricolatge fins a diversos sistemes de control complexos. Això ha donat lloc a preguntes sobre per què no s'utilitzen els microcontroladors en lloc dels PLC, l'argument principal és el cost dels PLC en comparació amb el dels microcontroladors. És important que s’hagi de fer molt als microcontroladors habituals abans de poder utilitzar-lo en aplicacions industrials.

Tot i que la resposta es pot trobar a partir dels punts ja esmentats en aquest article, n'hi ha prou amb ressaltar dos punts clau.

1. Els microcontroladors no estan dissenyats amb la robustesa i la capacitat de suportar condicions extremes com els PLC. Això fa que no estiguin preparats per a aplicacions industrials.

2. Els sensors i actuadors industrials solen dissenyar-se d'acord amb l'estàndard IEC, que sol estar en una gamma de corrent / tensió i interfícies que poden no ser directament compatibles amb els microcontroladors i que requereixen algun tipus de maquinari de suport que augmenti el cost.

Hi ha altres punts, però per mantenir-nos dins de l’abast d’aquest article, hauríem d’aturar-nos aquí.

En resum, cadascun d’aquests dispositius de control està dissenyat per utilitzar-se en determinats sistemes i s’hauria de tenir en compte abans de prendre una decisió sobre el millor per a una aplicació en concret. És important tenir en compte que certs fabricants construeixen PLC basats en microcontroladors, com ara els blindatges industrials que fabriquen PLC basats en Arduino que es mostren a continuació.