Visió general de plc i diverses taules de plc basades en arduino

Arduino es va introduir per primera vegada el 2005 amb l'objectiu de proporcionar una manera fàcil i econòmica a principiants i professionals de crear dispositius que interactuïn amb el seu entorn mitjançant sensors i actuadors.

Abans d’introduir Arduino, el disseny incrustat es veia com un tema complex i els aficionats (o enginyers) havien de trobar un professional per obtenir un model de treball per al seu problema. Com si voleu una impressora 3D senzilla, haureu de rebre ajuda professional, ja que hi ha milers de controladors amb el seu IDE compatible. I l’aficionat no pot aprendre sobre tots els microcontroladors i les seves maneres de programar. Aquesta situació es va acabar quan es va introduir ARDUINO universalment acceptat. I amb això, els aficionats o enginyers poden dissenyar i desenvolupar els seus propis projectes sense molta ajuda professional.

I la raó per la qual s’accepta tan universalment perquè és una plataforma electrònica de codi obert basada en maquinari i programari fàcils d’utilitzar. Les plaques Arduino són capaces de llegir entrades com la llum d’un sensor, un dit sobre un botó i convertir-la en una sortida programable, com ara activar un motor, encendre un LED i publicar alguna cosa en línia.

Amb el pas dels anys, Arduino s’ha anat popularitzant i, amb això, es desenvolupen moltes taules avançades amb propòsits similars, com ara Raspberry PI, Panda, etc. Estudiants, aficionats, artistes, programadors i professionals de tot el món s’han reunit al voltant d’aquesta plataforma de codi obert i han desenvolupat molts projectes acumulant una quantitat increïble de coneixement que pot ser de gran ajuda per a principiants i experts.

Amb el coneixement acumulat i la recent introducció de l'IoT, el bombo sobre Arduino va fer un altre pas endavant i es va convertir en una eina d'aprenentatge necessària per als enginyers i aficionats. Ara, la placa Arduino va començar a canviar per adaptar-se a les noves necessitats i reptes com ara les aplicacions IoT, la impressió portable, la impressió 3D, els entorns incrustats i, finalment, el PLC (Controlador lògic programable). En aquest article, aprendrem sobre què és el PLC i com es pot utilitzar Arduino com a PLC.

Introducció al PLC (Controlador lògic programable)

En primer lloc, entenguem el terme Automatització Industrial abans d’anar a PLC. Com tots sabem, l’ús de màquines per treballar a les indústries és més rendible que l’ús d’éssers humans, ja que les màquines no necessiten diners, vacances ni descans, de manera que si s’utilitzen màquines en lloc d’éssers humans, les indústries poden produir els seus productes 24 * 7 sense cap problema.. Ara, aquesta configuració per substituir els humans per màquines o braços robòtics s’anomena Automatització Industrial.

El PLC és una unitat de control especialment dissenyada per fer funcionar les màquines que s’utilitzen per a l’automatització industrial. Estan dissenyats per ser fiables en entorns industrials durs (com a temperatures extremes, condicions humides, humides i polsegoses). Les aplicacions de PLC es poden veure a la línia de muntatge de la planta de fabricació, una planta de processament de mineral, soldadura robòtica, tallat CNC, etc.

El PLC (Programmable Logic Controller) té moltes funcions similars al nostre ordinador personal a casa. Tots dos tenen una unitat d’alimentació, una CPU (Central Processing Unit), ports d’entrada i sortida (E / S), memòria RAM i ROM i programari de control. La diferència més gran entre tots dos és que el PLC pot realitzar funcions discretes i contínues en un entorn dur que un PC no pot fer. També podeu llegir la diferència entre PLC i microcontrolador per obtenir una visió general de la seva comparació amb els microcontroladors.

Hi ha molts tipus diferents de PLC al mercat segons els requisits del client. Tot i que hi ha molts tipus de PLC presents, segueixen certs estàndards perquè l'usuari pugui triar-los fàcilment.

Funció bàsica del PLC

Per entendre el funcionament bàsic del PLC, suposem un exemple senzill com es mostra a continuació.

Diguem que en aquesta configuració hem d’encendre la bombeta durant els primers cinquanta segons i apagar la bombeta durant els vint segons següents i després hem d’utilitzar l’interruptor del circuit per tancar i obrir el bucle contínuament. Aquesta és una tasca senzilla però molt feixuga per a un ésser humà i no és rendible comprar un relé temporitzador per a aquest tipus de problemes cada vegada. En tots aquests casos podem utilitzar un sol PLC per resoldre el problema.

Aquí podeu veure que un PLC està connectat al bucle de la configuració mantenint l'interruptor tancat. Podem utilitzar la programació per configurar el temporitzador del PLC al circuit. Un cop fet, el PLC pot tancar i obrir el bucle contínuament que substitueix la necessitat d’intervenció humana. Un cop el PLC comenci a executar el programa, no s'aturarà fins que es produeixi una interrupció.

Això és només una configuració senzilla i un PLC té la capacitat de controlar processos molt més grans i complexos com el control PWM, la detecció, etc. Un PLC normalment es dissenya de manera que el client pugui personalitzar Funcionament del PLC en funció de l'aplicació i la necessitat.

Diagrama de blocs del PLC

Vegem ara els mòduls importants presents al PLC.

Mòdul de font d'alimentació: Aquest mòdul de vegades es col·loca com a configuració independent com un adaptador i, en altres casos, es dissenyarà directament a la placa principal. La funció del mòdul és proporcionar la potència necessària a tota la configuració del controlador lògic programable (PLC). El mòdul és un convertidor que converteix l’alimentació de CA disponible en alimentació de CC que requereix la CPU i altres mòduls. Normalment, el PLC funciona en carrils de 12V i 24V.

Unitat central de processament: aquest mòdul és el més protegit, ja que és el nucli de funcionament de tot el PLC. El mòdul CPU consisteix en un microprocessador o microcontrolador, memòria de programa, memòria flash i memòria RAMS. La memòria Flash o la memòria ROM emmagatzemen el sistema operatiu, el controlador i el programa d'aplicació. El microprocessador utilitza RAM per accedir a dades i informació.

La funció de la CPU és executar el programa emmagatzemat a la memòria i actuar segons les instruccions escrites. Així, bàsicament, la CPU llegeix les dades d’entrada dels sensors per processar-les i, finalment, envia una resposta adequada en funció del programa.

Mòdul d’entrada i sortida: el mòdul d’entrada s’utilitza per establir un enllaç entre diversos sensors i teclats a la CPU i el mòdul de sortida el fa servir el processador per proporcionar una resposta al món exterior.

Mòdul de dispositiu de programació: aquest mòdul s’utilitza per establir la comunicació entre PC i PLC. La funció bàsica és reprogramar el microprocessador del PLC.

Tipus de PLC (controlador lògic programable)

El PLC es divideix en dos tipus: PLC fix (o compacte) i PLC modular.

1. PLC compacte o fix: sol ser un PLC de gamma baixa que és popular en moltes indústries. El PLC compacte té un nombre fix de mòduls d'E / S i targetes d'E / S externes i no es poden ampliar més tard per fer una configuració més complexa. Podeu veure un PLC fix a la figura següent.

2. PLC modular: el PLC modular permet múltiples expansions apilant paral·lelament els "mòduls". Els ports d'E / S del PLC modular es poden augmentar per a operacions més complexes a la indústria. El PLC modular també és més fàcil d’utilitzar perquè cada component és independent l’un de l’altre. Aquest tipus de PLC és popular en moltes indústries

Arduino vs PLC (controlador lògic programable)

Com hem esmentat anteriorment, els mòduls importants d'un PLC són similars a un PC (ordinador personal) i són encara més similars a ordinadors de placa única com Arduino. Per tant, internament a un cert nivell, tant el PLC com Arduino són els mateixos i podem utilitzar aquest Arduino per dissenyar un PLC (Controlador lògic programable). Els PLC Arduino ja són presents al mercat i estan disponibles més barats que els PLC convencionals. Per tant, Arduino-PLC s’està popularitzant actualment i les seves aplicacions augmentaran més en el futur. Aquestes són certes diferències entre el PLC Arduino i el PLC convencional i algunes d’elles es mencionen a continuació.

PLC Arduino	PLC (Controlador lògic programable)
Components externs necessaris per funcionar com a PLC	No necessita components externs addicionals
Acceptat universalment	Promogut principalment a les indústries
Baix cost	Cost elevat
Necessiteu aprendre la programació bàsica per reescriure el programa Arduino	Només es necessita una tècnica bàsica de funcionament per reprogramar el PLC
La reprogramació és relativament difícil	La reprogramació és relativament fàcil
Rendiment satisfactori	Gran actuació
No es pot treballar en condicions dures	Pot treballar en condicions dures
Compacte i petit	Voluminós i pesat
L’apilament no es pot utilitzar per afavorir el funcionament del PLC d’Arduino PLC	L'apilament es pot utilitzar per afavorir el funcionament del PLC d'un PLC normal
Més opcions de comunicació	Menys opcions de comunicació
Fàcil de substituir i reparar	Difícil de reemplaçar i reparar
Menors opcions per triar	Moltes opcions per triar

Ara anem a discutir breument sobre els PLC basats en Arduino que hi ha actualment al mercat.

1. PLCs Arduino de blindatges industrials

Industrial Shields és una empresa popular que proporciona blindatges de PLC basats en Arduino per a moltes aplicacions industrials. A continuació es descriuen breument els escuts que s’utilitzen popularment.

Industrial Shields ARDBOX:

ARDBOX és un PLC basat en Arduino dissenyat per a aplicacions industrials de petita i mitjana escala. A continuació es mostra la imatge d’ARDBOX.

L’ARDBOX està dissenyat basat en ARDUINO LEONARO, de manera que bàsicament totes les especificacions tècniques d’ARDBOX són especificacions de LEONARO. A continuació es detallen les característiques bàsiques i les especificacions tècniques d’ARDBOX.

Voltatge d'entrada	12Vor 24V
Potència nominal	30 watts
Corrent màxim	1,5A
Velocitat del rellotge	16 MHz
Mida	100x45x115 mm
Llenguatge de programació	IDE Arduino.
Memòria flash	32 KB dels quals 4KB els utilitza el carregador d’arrencada
SRAM	2,5 KB
EEPROM	1 KB
Comunicacions	I2C - USB - RS232 - RS485 - SPI - TTL
TOTAL Punts d'entrada	10
TOTAL Punts de sortida	10
Sortida aïllada PWM	a 24Vdc Màxim: 70 mA Aïllament galvànic Diode protegit per relé Voltatge nominal: 24Vdc

Escuts industrials M-Duino:

M-DUINO és un PLC basat en Arduino dissenyat per a aplicacions industrials de petita i mitjana escala. La imatge del PLC es mostra a continuació.

El M-DUINO està dissenyat sobre la base de la placa ARDUINO MEGA, de manera que totes les especificacions tècniques de la placa MEGA són especificacions M-DUINO. A continuació es detallen les característiques bàsiques i les especificacions tècniques de M-DUINO.

Voltatge d'entrada	12V o 24V
Potència nominal	40 watts
Corrent de sortida màxim	0,5A
Velocitat del rellotge	16 MHz
Mida	101x119x70mm
Llenguatge de programació	IDE Arduino.
Memòria flash	32 KB dels quals 0,5 KB els utilitza el carregador d’arrencada
SRAM	2 KB
EEPROM	1 KB
Comunicacions	I2C1 - Port Ethernet - USB - RS485 - SPI - (3x) Rx, Tx (pins Arduino)
TOTAL Punts d'entrada	13,26,36
TOTAL Punts de sortida	8,16,22
Sortida aïllada PWM	24Vdc (3,6,8) Màxim: 70 mA

2. PLCs PLDuino Arduino

PLDuino és un controlador lògic programable (PLC) basat en Arduino de codi obert de Digital Loggers que està disponible al mercat per uns $ 150. Aquest PLC combina l’Arduino Mega (ATmega2560) amb el mòdul Wi-Fi ESP8266 i una pantalla tàctil TFT de 2,4 polzades, per tal de fer-lo adequat per a aplicacions d’IoT industrials i altres aplicacions de robòtica de fàbrica.

PLDuino es pot programar fàcilment mitjançant un senzill cable USB, també juntament amb el popular Arduino IDE, PLDuino també es pot programar mitjançant Lua, GNU o fins i tot AVR Studio. PLDuino també proporciona codis de demostració i biblioteques per ajudar els principiants a començar ràpidament el desenvolupament. Per a usuaris avançats, PLDuino també ha permès estrenar la coberta i explorar l'interior del PLC per tal de personalitzar el maquinari segons es requereixi per a la seva aplicació, els esquemes i les especificacions de components també estan disponibles en línia. Les especificacions completes de PLDuino es mostren a la imatge següent

3. Controllino Arduino PLCs

Controllino no és res més que un Arduino industrialitzat. Combina la flexibilitat i la naturalesa de codi obert de l’ecosistema Arduino amb la seguretat i fiabilitat dels PLC de grau industrial.

La companyia ofereix tres mòduls dissenyats basant-se en tres plaques Arduino.

Controllino MINI:

Està dissenyat a la placa Arduino Uno.

Voltatge d'entrada	12V o 24V
Temperatura de funcionament	5ºC a 55ºC
Corrent de relé màxim	6A
Velocitat del rellotge	16 MHz
Mida	36x90x60 mm
Llenguatge de programació	IDE Arduino.
Memòria flash	32 KB dels quals 0,5 KB els utilitza el carregador d’arrencada
SRAM	2 KB
EEPROM	1 KB
Comunicacions	I2C1– USB - SPI
TOTAL Punts d'entrada	8
TOTAL Punts de sortida	8

Controllino MAXI:

Està dissenyat al microcontrolador ATMEGA2560 Atmel o a la placa Arduino Mega.

Voltatge d'entrada	12V o 24V
Temperatura de funcionament	De 0ºC a 55ºC
Corrent de relé de sortida màxima	6A
Velocitat del rellotge	16 MHz
Mida	72x90x62mm
Llenguatge de programació	IDE Arduino
Memòria flash	256 KB
SRAM	8 KB
EEPROM	4KB
Comunicacions	I2C1, port Ethernet, USB, SPI
TOTAL Punts d'entrada	12
TOTAL Punts de sortida	12, sortida de relé-10

Controllino Mega:

Mega PLC està dissenyat en un microcontrolador ATMEGA2560 Atmel o en una placa Arduino Mega.

Voltatge d'entrada	12V o 24V
Temperatura de funcionament	De 0ºC a 55ºC
Corrent de relé de sortida màxima	6A
Velocitat del rellotge	16 MHz
Mida	107x90x62mm
Llenguatge de programació	IDE Arduino
Memòria flash	256 KB
SRAM	8 KB
EEPROM	4KB
Comunicacions	I2C1, port Ethernet, USB, SPI
TOTAL Punts d'entrada	21
TOTAL Punts de sortida	24, sortida de relé-16

Avantatges d'Arduino PLC

• Es pot comprar a un cost baix.
• Es pot programar mitjançant el programari IDE Arduino.
• Alta compatibilitat.
• Espai alt per fer ajustaments.
• Fàcil de substituir en comparació amb els PLC convencionals.

Desavantatges d'Arduino PLC

• Hi ha molt poques opcions disponibles per a la selecció.
• No apte per a aplicacions a gran escala.
• Sensible en comparació amb els PLC convencionals.
• Es requereix més manteniment.
• Menys professional.