цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » » ПЛК на Arduino: обзор моделей, характеристики, преимущества и недостатки


ПЛК на Arduino: обзор моделей, характеристики, преимущества и недостатки

Автор: Mike(admin) от 19-01-2020, 23:55

Программируемый логический контроллер на Arduino


Платформа Arduino была впервые представлена в 2005 году с целью предоставить новичкам и профессионалам недорогой и простой способ создания устройств, взаимодействующих с окружающей средой с использованием датчиков и исполнительных механизмов.


ПЛК на Arduino

До появления Arduino разработка встраиваемых систем рассматривалась как сложная тема, и любители (или инженеры) должны были найти профессионала, чтобы получить рабочую модель для своей проблемы. Например, если вам нужен простой 3D-принтер, вам нужна профессиональная помощь, поскольку существуют тысячи контроллеров с их совместимой IDE. И любитель не может узнать обо всех микроконтроллерах и способах их программирования. Эта ситуация подошла к концу, когда была введена общепринятая Arduino. И благодаря этому любители или инженеры могут проектировать и разрабатывать свои собственные проекты без особой профессиональной помощи.


И причина того, что Arduino становится настолько общепринятым, потому что это электронная платформа с открытым исходным кодом, основанная на простом в использовании аппаратном и программном обеспечении. Платы Arduino способны считывать входные данные, такие как свет на датчике, палец на кнопке, и превращать это в программируемый вывод, такой как включение двигателя, включение светодиода и публикация чего-либо в Интернете.


С годами платформа Arduino стала более популярной, и благодаря этому было разработано много современных плат с аналогичными целями, таких как Raspberry PI, Panda и т. д. Arduino используется в качестве мозга в тысячах проектов, от повседневных предметов до сложных научных инструментов. Студенты, любители, художники, программисты и профессионалы по всему миру собрались вокруг этой платформы с открытым исходным кодом и разработали множество проектов, тем самым накопив невероятное количество знаний, которые могут оказать большую помощь как новичкам, так и экспертам.


Благодаря накопленным знаниям и недавнему появлению Интернета вещей (IoT), платформа Arduino сделала еще один шаг вперед, став тем самым необходимым инструментом обучения для инженеров и любителей. Теперь экосистема плат Arduino начала меняться, чтобы адаптироваться к новым потребностям и проблемам, таким как приложения IoT, носимая электроника, 3D-печать, встроенные среды и, наконец, ПЛК (программируемый логический контроллер). Здесь, в этой статье, мы узнаем о том, что такое ПЛК и как Arduino можно использовать в качестве ПЛК.


Во-первых, давайте поймем термин «Промышленная автоматизация», прежде чем перейти к ПЛК. Как все мы знаем, использование машин для работы в отраслях более экономически выгодно, чем использование людей, поскольку машинам не нужны деньги, праздники или перерывы, поэтому, если машины используются вместо людей, то отрасли могут производить свою продукцию 24/7 без проблем. Теперь эта схема замены людей машинами или роботизированными «руками» называется «Промышленная автоматизация».


ПЛК – это блок управления, специально разработанный для управления машинами, используемыми для промышленной автоматизации. Они рассчитаны на надежность в суровых промышленных условиях (таких как экстремальные температуры, влажность, запыленность). Применения ПЛК можно увидеть на сборочной линии завода-изготовителя, на обогатительной фабрике, роботизированной сварке, нарезании резьбы на станке с ЧПУ и т. д. Поскольку это оборудование разработано для обеспечения высокой эффективности и прочности, оно является дорогостоящим как для установки, так и для ремонта.


ПЛК (программируемый логический контроллер) имеет много функций, аналогичных нашему персональному компьютеру дома. Они оба имеют блок питания, центральный процессор (CPU), порты входов и выходов (I/O), память ОЗУ и ПЗУ, а также управляющее программное обеспечение. Самое большое различие между ними заключается в том, что ПЛК может выполнять дискретные и непрерывные функции в жестких условиях, которые не может выполнять ПК. На рынке существует много разных типов ПЛК в соответствии с требованиями заказчика. Хотя есть много типов ПЛК, они следуют определенным стандартам, чтобы пользователь мог легко выбирать.


Принцип работы ПЛК и его компоненты


Для понимания основной работы ПЛК, давайте рассмотрим простой пример, как показано далее.


ПЛК на Arduino

Допустим, в этой сборке мы должны включить лампу в течение первых пятидесяти секунд и выключить лампу в течение следующих двадцати секунд, затем мы должны использовать переключатель в цепи, чтобы непрерывно замыкать и открывать петлю. Это простая, но очень утомительная задача для человека, и не всегда выгодно покупать реле времени для такого рода проблем. Во всех этих случаях мы можем использовать один ПЛК для решения проблемы.


ПЛК на Arduino

Здесь вы можете видеть, что ПЛК подключен к шлейфу установки, удерживая переключатель закрытым. Мы можем использовать программирование для установки таймера ПЛК. Когда это будет сделано, ПЛК может непрерывно замыкать и размыкать контур, что заменяет необходимость вмешательства человека. Как только ПЛК начинает выполнение программы, он не остановится, пока не будет дано прерывание. Это всего лишь простая схема, и ПЛК может управлять гораздо более сложными процессами, такими как ШИМ-управление, считывание данных с датчиков и т. д. ПЛК обычно разрабатывается для клиента таким образом, чтобы он мог настраивать функционирование ПЛК в зависимости от применения и потребностей.


Теперь давайте посмотрим на важные модули, представленные в ПЛК.


ПЛК на Arduino

Модуль источника питания. Этот модуль иногда размещается в виде отдельной установки, например, адаптера, а в других случаях он устанавливается непосредственно на основной печатной плате. Функцией модуля является обеспечение необходимой мощности всей настройке ПЛК (программируемого логического контроллера). Модуль представляет собой преобразователь, который преобразует доступную мощность переменного тока в мощность постоянного тока, которая требуется центральному процессору и другим модулям. Обычно ПЛК работает на шине 12 В и 24 В.


Центральный процессор. Этот модуль наиболее защищен, поскольку является ядром функционирования всего ПЛК. Модуль ЦП состоит из микропроцессора или микроконтроллера, памяти программ, флэш-памяти и памяти ОЗУ. Флэш-память хранит операционную систему, драйвер и прикладную программу. ОЗУ используется микропроцессором для доступа к данным и информации.


Модуль ввода и вывода. Модуль ввода используется для установления связи между различными датчиками и клавиатурами с процессором, а модуль вывода используется процессором для обеспечения реакции на внешний мир.


Модуль устройства программирования: Этот модуль используется для установления связи между ПК и ПЛК. Основная функция – перепрограммирование микропроцессора ПЛК.


Виды ПЛК


ПЛК делятся на два основных типа: фиксированный (или компактный ПЛК) и модульный ПЛК.


Компактный или фиксированный ПЛК: обычно это бюджетный ПЛК, который популярен во многих отраслях. Компактный ПЛК имеет фиксированное количество модулей ввода/вывода и внешних плат ввода/вывода, и они не могут быть расширены позднее для более сложной настройки. Вы можете увидеть фиксированный ПЛК на следующем изображении.


Компактный или фиксированный ПЛК

Модульный ПЛК: модульный ПЛК допускает многократное расширение за счет параллельного размещения модулей. Порты ввода/вывода модульного ПЛК могут быть увеличены для более сложных операций в отрасли. Модульный ПЛК также проще в использовании, поскольку каждый компонент не зависит друг от друга. Этот тип ПЛК популярен во многих отраслях промышленности.


Модульный ПЛК

Arduino и ПЛК: что лучше?


Как мы упоминали ранее, важные модули ПЛК похожи на ПК (персональный компьютер) и даже больше похожи на одноплатные компьютеры, такие как Arduino. Таким образом, внутренне на определенном уровне работа ПЛК и Arduino одинакова, и мы можем использовать это Arduino для разработки ПЛК (программируемого логического контроллера). ПЛК Arduino уже представлены на рынке и доступны по сравнению с обычными ПЛК. Таким образом, ПЛК Arduino становится популярным в наши дни, и его приложения будут расти в будущем. Но есть определенные различия между ПЛК Arduino и обычным ПЛК, и некоторые из них упомянуты далее.


Во-первых, Arduino необходимые внешние компоненты для работы в качестве ПЛК, самому ПЛК нет. Но важным преимуществом Arduino является его низкая стоимость. Для Arduino нужно научиться основам программирования, чтобы переписать программу Arduino. В случае с ПЛК необходима только базовая техника для перепрограммирования ПЛК. У Arduino удовлетворительная производительность, в то время как у ПЛК производительность для приложений промышленной автоматики значительно выше благодаря их целевой направленности. Arduino не может работать в суровых условиях, ПЛК может. Но платы Arduino легки и компактны, ПЛК тяжелые и громоздкие. И Arduino легко заменить или отремонтировать, с ПЛК это сделать сложнее.


Модели ПЛК на основе Arduino


Теперь давайте кратко рассмотрим популярные ПЛК на базе Arduino, которые в настоящее время присутствуют на рынке.


Industrial Shields Arduino PLC


Industrial Shields – это популярная компания, которая предоставляет шилды ПЛК на базе Arduino для многих промышленных применений. Широко используемые шилды кратко рассмотрены далее.


Industrial Shields ARDBOX


ARDBOX – это ПЛК на основе Arduino, предназначенный для малых и средних промышленных применений.


Industrial Shields ARDBOX

ARDBOX разработан на основе ARDUINO LEONARDO, поэтому в основном все технические характеристики ARDBOX соответствуют спецификациям LEONARDO. Основные характеристики и технические параметры ARDBOX приведены далее.


  • Входное напряжение 12В или 24В
  • Номинальная мощность 30 Вт
  • Максимальный ток 1,5 А
  • Тактовая частота 16 МГц
  • Размер 100х45х115 мм
  • Язык программирования Arduino IDE
  • Флэш-память 32 КБ, из которых 4 КБ используются загрузчиком
  • ОЗУ 2,5 КБ
  • EEPROM 1 КБ
  • Связь I2C - USB - RS232 - RS485 - SPI – TTL
  • Точек входа 10
  • Точек выхода 10

Industrial Shields M-Duino


M-DUINO – это ПЛК на основе Arduino, предназначенный для малых и средних промышленных применений. Изображение ПЛК показано далее.


M-DUINO

M-DUINO разработан на основе платы ARDUINO MEGA, поэтому все технические характеристики платы MEGA соответствуют спецификациям M-DUINO.


  • Входное напряжение 12В или 24В
  • Номинальная мощность 40 Вт
  • Максимальный ток 0,5 А
  • Тактовая частота 16 МГц
  • Размер 101x119x70 мм
  • Язык программирования Arduino IDE
  • Флэш-память 32 КБ, из которых 0,5 КБ используются загрузчиком
  • ОЗУ 2 КБ
  • EEPROM 1 КБ
  • Связь I2C - Порт Ethernet - USB - RS485 - SPI - (3x) Rx, Tx (контакты Arduino)
  • Точек входа 13,26,36
  • Точек выхода 8,16,22

PLDuino Arduino PLC


PLDuino – это программируемый логический контроллер с открытым исходным кодом Arduino от Digital Loggers, который продается на рынке примерно за 150 долларов. Этот ПЛК сочетает в себе Arduino Mega (ATmega2560) с модулем Wi-Fi ESP8266 и 2,4-дюймовым сенсорным TFT-экраном, что делает его пригодным для использования в приложениях промышленного Интернета вещей и других приложениях заводской робототехники.


PLDuino Arduino PLC

PLDuino может быть легко запрограммирован с помощью простого USB-кабеля, также помимо популярной IDE Arduino PLDuino также может быть запрограммирован с использованием Lua, GNU или даже AVR Studio. PLDuino также предоставляет демонстрационные коды и библиотеки, чтобы помочь начинающим быстро начать разработку. Для опытных пользователей PLDuino также позволяет открывать исследовать все внутри ПЛК, чтобы настраивать аппаратное обеспечение в соответствии с требованиями, полные схемы и спецификации компонентов также доступны онлайн. Полные характеристики PLDuino показаны на следующем рисунке.


Характеристики PLDuino

Controllino Arduino PLC


Controllino – это не что иное, как промышленно развитый Arduino. Он сочетает в себе гибкость и открытый характер экосистемы Arduino с безопасностью и надежностью промышленных ПЛК. Компания предоставляет три модуля, которые разработаны на основе трех плат Arduino.


Controllino MINI


Он разработан на плате Arduino Uno.


Controllino MINI

  • Входное напряжение 12В или 24В
  • Максимальный ток реле 6 А
  • Тактовая частота 16 МГц
  • Размер 36x90x60 мм
  • Язык программирования Arduino IDE
  • Флэш-память 32 КБ, из которых 0,5 КБ используются загрузчиком
  • ОЗУ 2 КБ
  • EEPROM 1 КБ
  • Связь I2C– USB – SPI
  • Точек входа 8
  • Точек выхода

Controllino MAXI


Он разработан на микроконтроллере Atmel ATMEGA2560 или на плате Arduino Mega.


Controllino MAXI

  • Входное напряжение 12В или 24В
  • Максимальный ток реле 6 А
  • Тактовая частота 16 МГц
  • Размер 72x90x62 мм
  • Язык программирования Arduino IDE
  • Флэш-память 256 КБ
  • ОЗУ 8 КБ
  • EEPROM 4 КБ
  • Связь I2C,Ethernet, USB ,SPI
  • Точек входа 12
  • Точек выхода 12

Controllino Mega


Он разработан на микроконтроллере ATMEGA2560 Atmel или на плате Arduino Mega.


Controllino Mega

  • Входное напряжение 12В или 24В
  • Максимальный ток реле 6 А
  • Тактовая частота 16 МГц
  • Размер 107x90x62 мм
  • Язык программирования Arduino IDE
  • Флэш-память 256 КБ
  • ОЗУ 8 КБ
  • EEPROM 4 КБ
  • Связь I2C, Ethernet, USB ,SPI
  • Точек входа 21
  • Точек выхода 24

Преимущества ПЛК на основе Arduino


  • Можно купить по низкой цене
  • Моут быть запрограммированы с использованием программного обеспечения Arduino IDE
  • Высокая совместимость
  • Большие возможности для настройки
  • Легко заменить по сравнению с обычным ПЛК

Недостатки ПЛК на основе Arduino


  • Очень немногие варианты доступны для выбора
  • Не подходит для применения в больших масштабах
  • Чувствительные по сравнению с обычным ПЛК
  • Требуется больше обслуживания
  • Менее профессионально



© digitrode.ru


Теги: Arduino, ПЛК





Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий