از آنجایی که پلتفرم‌های نمونه‌سازی الکترونیکی منبع باز مانند آردوینو، بیگل‌بون، و رزبری پای همچنان به گسترش قلمرو امکانات برای دستگاه‌های دیجیتال و توسعه اشیاء تعاملی ادامه می‌دهند، علاقه بیشتری نسبت به قبل به میکروکنترلرها و اجزای مرتبط با آنها وجود دارد.
با این حال، این صنعت به قدری ظریف است که به راحتی می توان میکروکنترلرها را با همتایان در مقیاس بزرگترشان، کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر (PLC) اشتباه گرفت PLC .ها از نظر ماهیت مشابه اما از نظر ظرفیت قوی تر، مزایا و کاربردهای بی شماری را به خود اختصاص می دهند.
تفاوت اصلی بین کنترلرهای منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) و میکروکنترلرها در این است که PLC ها برای کاربردهای صنعتی و تجاری طراحی شده اند، در حالی که میکروکنترلرها برای کاربردهای کوچکتر طراحی شده اند.
تفاوت میکروکنترلر با PLC در چیست؟ در این مقاله به بررسی جامع تفاوت بین میکروکنترلرها و PLC ها می پردازیم. همچنین توضیح خواهیم داد که هر سیستم چه کاری انجام می دهد و چه کسی از آن برای کمک به تمایز ویژگی های منحصر به فرد هر یک استفاده می کند.
میکروکنترلر چیست؟
بیایید از سمت کوچکتر معادله شروع کنیم. به طور خلاصه، میکروکنترلر یک کامپیوتر است. با این حال، با لپ تاپ یا رایانه شخصی که به آن عادت دارید متفاوت است، اگرچه همه رایانه ها ویژگی های یکسانی دارند:
- یک واحد پردازش مرکزی (CPU)
- قابلیت بارگیری برنامه (به عنوان مثال رایانه های رومیزی مرورگرها را از هارد دیسک بارگیری می کنند(
- حافظه با دسترسی تصادفی (RAM) برای ذخیره متغیرها
- دستگاه های ورودی و خروجی برای تسهیل ارتباط (مانند صفحه کلید، ماوس، چاپگر، مانیتور)
میکروکنترلرها نسخه‌های بزرگتر «رایانه‌های هدف عمومی» هستند. آنها قادر به اجرای هزاران برنامه هستند و برای اهداف مختلف مفید هستند. از طرفی میکروکنترلر تخصصی تر است و یک کار را به خوبی انجام می دهد.
ویژگی های میکروکنترلر
مطمئن نیستید که دستگاه مورد نظر میکروکنترلر است یا نوع دیگری از رایانه؟ بیایید به چند ویژگی که آن را متمایز می کند نگاهی بیندازیم.
قابلیت تعبیه شدن (Embedded)
یک میکروکنترلر داخل دستگاه دیگری تعبیه می شود. آنها به کنترل اقدامات یا ویژگی های دستگاه کمک می کنند. به همین دلیل، ممکن است بشنوید که مردم از یک میکروکنترلر به عنوان یک میکروکنترلر تعبیه شده یاد می کنند.
انجام وظیفه اختصاصی
میکروکنترلرها فقط به یک کار خاص اختصاص داده شده اند که برای اجرای یک برنامه خاص طراحی شده اند. برخلاف RAM، این برنامه در حافظه فقط خواندنی (ROM) باقی می ماند، جایی که تغییر نمی کند.
مصرف برق پایین
یک کامپیوتر عمومی که به پریز دیواری وصل می شود، حدود 50 وات برق مصرف می کند. یک میکروکنترلر فقط حدود 50 میلی وات مصرف می کند.
دستگاه ورودی/خروجی اختصاصی
یک میکروکنترلر یک دستگاه ورودی اختصاصی و در بیشتر موارد یک دستگاه خروجی (مانند نمایشگر LCD یا LED) دارد.
علاوه بر این، میکروکنترلر ورودی دستگاهی را که کنترل می‌کند می‌پذیرد و سیگنال‌هایی را به سایر اجزای داخل آن ارسال می‌کند تا به کنترل آن کمک کند.
برای مثال میکروکنترلر داخل تلویزیون را در نظر بگیرید. ورودی را از کنترل از راه دور می پذیرد و سپس خروجی را روی صفحه تلویزیون نمایش می دهد. در داخل، کنترل کننده سیستم بلندگو، انتخابگر کانال و تجهیزات الکترونیکی لوله تصویر مانند روشنایی را کنترل می کند.
یا، مایکروویو را در نظر بگیرید. کنترل کننده فر ورودی را از صفحه کلید می پذیرد و خروجی را روی صفحه نمایش LCD نمایش می دهد. علاوه بر این، رله ای را که برق روشن/خاموش ژنراتور مایکروویو را مدیریت می کند، کنترل می کند.
اقتصادی و کوچک
یک میکروکنترلر با ابعاد کوچک خود در هرجایی قابل استفاده است. در بیشتر موارد، کاربران به دنبال کوچکترین و مقرون به صرفه ترین موردی هستند که بتواند کار را انجام دهد.
بادوام و سازگار با شرایط سخت
بسیاری از میکروکنترلرها می توانند گرمای زیاد و شرایط سخت تری نسبت به کامپیوترهای معمولی تحمل کنند.
برای مثال، میکروکنترلری که موتور خودروی شما را مدیریت می‌کند، باید در برابر دماهای شدید که از زیر صفر در آلاسکا تا بیش از 100 درجه فارنهایت در نوادا متغیر است، مقاومت کند. در حالی که این سناریو به یک میکروکنترلر مقاوم نیاز دارد، همه به این ویژگی نیاز ندارند. به عنوان مثال، میکروکنترلر تعبیه شده در پخش کننده دیسک Blu-ray، نیازی به مقاوم سازی ندارد.
میکروکنترلرها در صنعت
از آنجایی که میکروکنترلرها بسیار مقرون به صرفه هستند و شامل طیف گسترده ای از اجزای جانبی می شوند، استفاده از آنها به جریان اصلی تبدیل شده است. برای سال ها، استفاده از آنها بر روی دنیای سازندگان، از جمله کلاب های اتوماسیون و سازندگان ربات های شخصی متمرکز بود. با این حال، با گسترش عملکرد آنها، سازندگان در حال بررسی استفاده از آنها در کاربردهای صنعتی نیز هستند.
PLC چیست؟
اکنون که اصول اولیه یک میکروکنترلر را پوشش دادیم، اجازه دهید آن را با یک PLC مقایسه کنیم. ابتدایی ترین تعریف برای پی ال سی این است که PLC یک میکروکنترلر در مقیاس بزرگتر است. این یک کامپیوتر دیجیتال صنعتی است که برای تسهیل فرآیندهای تولید سخت و مستحکم است. رایج ترین کاربردهای آن عبارتند از:
- خطوط مونتاژ
- دستگاه های رباتیک و یادگیری ماشینی
- هر عملکردی که به کنترل با قابلیت اطمینان بالا یا تشخیص خطای فرآیند نیاز دارد
PLC اطلاعات را از حسگرهای متصل و دستگاه های ورودی می پذیرد. سپس آن داده ها را پردازش می کند و بر اساس پارامترهای از پیش تعیین شده خروجی ایجاد می کند. بسته به تنظیمات دقیق، یک کارت PLC حتی می‌تواند داده‌های زمان اجرا را نظارت و ضبط کند، مثلاً بهره‌وری خط ماشین یا دمای عملیاتی را تجزیه و تحلیل کند.
ویژگی های PLC
چه چیزی یک PLC را از یک میکروکنترلر، PLC صنعتی در مقیاس بزرگتر یا هر راه حل کنترل صنعتی دیگری متمایز می کند؟ بیایید به چند ویژگی کلیدی نگاهی بیندازیم.
ورودی ها/خروجی ها
PLC شامل یک CPU است که داده های برنامه را ذخیره و پردازش می کند. با این حال، برای اتصال آن به بقیه دستگاه به ماژول های ورودی و خروجی متکی است. این ماژول‌های ورودی/خروجی اطلاعاتی را به CPU ارسال می‌کنند و نتایج خاصی را ایجاد می‌کنند.
کنترل های PLC I/O می توانند آنالوگ یا دیجیتال باشند. ورودی ها می توانند از سنسورها و سوئیچ ها تا متر متغیر باشند و خروجی ها شامل رله ها، سوپاپ ها، درایوها و چراغ ها هستند. یکی از مزایایی که PLC ها ارائه می دهند این است که کاربران می توانند ورودی/خروجی خود را سفارشی کنند تا نیازهای پیکربندی برنامه خود را برآورده کنند.
رابط ماشین انسان
هنگامی که انسان ها می خواهند با یک PLC در زمان واقعی تعامل داشته باشند، برای انجام این کار به یک رابط ماشین انسانی (HMI) متکی هستند. اینها می توانند در مقیاس از یک صفحه نمایش ساده با صفحه کلید و متن تا یک صفحه نمایش لمسی هوشمند شبیه به لوازم الکترونیکی مصرفی مدرن متفاوت باشند.
ارتباطات
در حالی که دستگاه های I/O یک شروع هستند، PLC ممکن است نیاز به اتصال به انواع مختلف سیستم ها نیز داشته باشد. به عنوان مثال، یک کاربر ممکن است نیاز داشته باشد که داده های برنامه ضبط شده را از PLC صادر کرده و آن را به یک سیستم کنترل نظارتی و جمع آوری داده (SCADA) ارسال کند.
برای تسهیل این عملکرد، اکثر PLC ها دارای چندین پورت و پروتکل های ارتباطی هستند تا اطمینان حاصل شود که دستگاه می تواند با سیستم های دیگر ارتباط برقرار کند.
مقایسه میکروکنترلرها و PLCها
در حالی که ممکن است برخی از برنامه ها وجود داشته باشد که در آنها یک میکروکنترلر بتواند کار مشابهی را به عنوان یک PLC انجام دهد، کاربران باید هر برنامه و هدف صنعتی را برای تعیین بهترین سیستم در نظر بگیرند
برای هدف این مقاله، اجازه دهید از یک کاربرد صنعتی رایج برای توضیح موضوع استفاده کنیم. به عنوان مثال، یک کاربر می‌خواست یک کار اتومات کوچک را انجام دهد. او می خواهد از چند سنسور و یک محرک برای ارائه خروجی استفاده کند. او همچنین به یک عملکرد گزارش برای “صحبت” کردن با یک سیستم کنترل بزرگتر نیاز دارد. آنچه مورد نیاز است یک برنامه عملیاتی اساسی است.
یک PLC کوچک در این مورد کار خواهد کرد. با این حال، آیا این هوشمندانه ترین و مقرون به صرفه ترین تصمیم است؟ در مورد یک میکروکنترلر منبع باز و سطح برد چطور؟ اگر در یک مشاجره مشابه هستید، در اینجا چند فاکتور وجود دارد که باید در نظر بگیرید.
سازگاری I/O
هنگامی که تعداد ورودی و خروجی مورد نیاز خود را دانستید، بررسی کنید که آیا میکروکنترلر مورد نظر شامل تعداد ورودی/خروجی مورد نیاز است یا خیر. به خاطر داشته باشید که نوع I/O مهم است. ممکن است بتوانید یک میکروکنترلر با تعداد مناسب ورودی/خروجی گسسته و آنالوگ پیدا کنید، اما ممکن است نوع مناسبی برای برنامه شما نباشد.
در برخی موارد، می توانید آنها را مطابق با نیازهای خود تبدیل کنید. به عنوان مثال یک حلقه جریان 4-20 میلی آمپر را در نظر بگیرید. یک کاربر ممکن است بتواند آن را به یک حلقه ولتاژ 0-5 ولت در یک سینچ تبدیل کند. با این حال، اگر PLC دارای نوع خاص تری باشد، مانند خروجی آنالوگ با مدولاسیون عرض پالس (PWM)، برای تبدیل آن به هر چیزی تحت فشار سخت تری قرار خواهید گرفت، اگرچه می توانید یک مبدل سیگنال برای تسهیل فرآیند خریداری کنید.
اینجا جایی است که یک PLC می تواند بدرخشد:
PLC طراحی شده برای کار با سنسورهای صنعتی، اکثر آنها طیف وسیع تری از انتخاب های I/O را ارائه می دهند. این نیاز به تبدیل خارجی را کاهش می دهد. علاوه بر این، بیشتر PLC ها به صورت مجزا برای نقاط ورودی/خروجی ساخته می شوند که می تواند به محافظت از آن دستگاه ها و مدارها کمک کند.
نصب و راه اندازی
اکثر میکروکنترلرها مانند یک برد برهنه با پین های موجود برای اتصال به نظر می رسند. این امر می‌تواند نصب و محفظه را دشوارتر کند، زیرا کاربر اگر می‌خواهد یک دستگاه خارجی را وصل کند، باید برق خود را تامین کند و پایانه‌هایی بسازد.
سیستم عامل ها و ناظرین
ممکن است یک میکروکنترلر ارزان‌تر باشد، اما کاربران آنچه را که برای آن پرداخت می‌کنند، دریافت می‌کنند. ماهیت بدون استخوان آنها به این معنی است که کاربر مسئول کدگذاری همه چیز به جز ساده ترین قابلیت ها خواهد بود.
در بیشتر موارد، این خوب است، زیرا اکثر میکروکنترلرها در محیط های برنامه نویسی رایج مانند لینوکس و C کار می کنند.
یک PLC همچنین به نوشتن برنامه ساده نیاز دارد، اگرچه چیزهای بیشتری در داخل وجود دارد که نه برنامه نویس و نه کاربر آن را نمی بینند. برنامه‌های خانه‌داری و ناظران به نظارت بر سیستم‌ها و تجهیزات برای اطمینان از حفاظت و یکپارچگی داده‌ها کمک می‌کنند.
برای مثال حلقه for/next را در یک PLC در نظر بگیرید. اگر مشکلی در آن وجود داشته باشد و برنامه گیر کند، می تواند عملکرد را مختل کند و یک نگرانی ایمنی ایجاد کند.
ناظر نرم افزار شروع به کار کرده و شروع به زمان بندی هر اسکن برنامه می کند. اگر یک اسکن در زمان تعیین شده تمام نشود، پارس می کند. این باعث خرابی PLC می شود و آن را در حالت ایمن قرار می دهد در حالی که به کاربر اطلاع می دهد.
در عین حال، ناظران سخت افزاری وجود دارند که دستگاه هایی را که به PLC متصل می شوند نظارت می کنند. هنگامی که PLC با ماژول های ورودی/خروجی یا دستگاه های خارجی خود (مانند سوئیچ ها، حسگرها یا محرک ها) دست می دهد، سازمان دیده بان هر اسکن را هنگام انجام آن شمارش می کند.
اگر تعداد اسکن‌ها شروع به تأخیر کند، نشان دهنده مشکل در PLC است. در بیشتر موارد، این سیستم را به حالت ایمن راه اندازی می کند و به کاربر هشدار می دهد. آیا می توانید این قابلیت را به یک میکروکنترلر اضافه کنید؟ پاسخ کوتاه “بله” است اگرچه آسان نیست. کاربران باید این برنامه‌ها را از ابتدا بنویسند یا از ماژول‌های نرم‌افزار موجود مجددا استفاده کنند، که هیچ‌یک از این دو مرحله ساده نیست. از آنجا، کاربر همچنین باید نرم افزار برنامه مورد نظر را آزمایش و تأیید کند، که این کار نیز پر زحمت است.
شرایط صنعتی خاص که باید برای انتخاب میکروکنترلر یا PLC در نظر گرفته شود
شرایط خاص صنعتی چطور؟ آیا PLCها بهتر از میکروکنترلرها می توانند نیازهای ناهموار را تحمل کنند؟ در اینجا چند محیط برای مقایسه وجود دارد.
شوک و لرزش
یک PLC قادر به مقاومت در برابر مقادیر شدید شوک و لرزش معمول در محیط های انبار است. یک میکروکنترلر نیز ممکن است کار کند، اگرچه نیاز به ملاحظات نصب و اتصال ویژه ای دارد که برای مقابله با این سوء استفاده طراحی شده است.
خوردگی
در برخی از محیط‌ها، تجهیزات اطراف بخارات و دودهایی هستند که می‌توانند سیم‌کشی و سایر اجزا را دچار خوردگی کنند.
اکثر PLC ها شامل پوشش هایی هستند که میزان فلز برهنه و در معرض دید تخته هایشان را کاهش می دهند. به همین ترتیب، سیم آنها شامل مواد مقاوم در برابر خوردگی است.
سر و صدا
تقریباً در هر محیط صنعتی، سیستم هایی را خواهید یافت که نویز الکترونیکی به همراه میدان های مغناطیسی ایجاد می کنند. آیا تجهیزات می توانند آن را تحمل کنند؟ اگر تداخل به اندازه کافی قابل توجه باشد، یک میکروکنترلر ارزان می تواند به حالت خطا برود یا برنامه خود را از دست بدهد. با این حال، یک PLC از سطح حفاظت بهتری برخوردار است. می تواند نویز الکترونیکی استاندارد را بدون مشکل تحمل کند.
میزان دما
اکثر میکروکنترلرها در یک محیط خوش خیم و با دمای کنترل شده بهترین عملکرد را دارند، اگرچه برخی از میکروکنترلرها می توانند در محدوده های پایین تر یا بالاتر مقاومت کنند.
با این حال، تا زمانی که آنها اجزای مناسب را انتخاب کنند، کاربران می توانند یک PLC را در یک محفظه بیرونی نصب کنند که بدون نگرانی در معرض دمای شدید قرار دارد.
استانداردهای صنعتی برای آزمایش
مطمئن نیستید که چگونه برای هر یک از ویژگی های بالا تست کنید؟ کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیکی (IEC) و آزمایشگاه‌های بیمه‌گر (UL) استانداردهایی را ارائه می‌کنند. هر سیستم PLC شامل اسنادی خواهد بود که تست های تکمیل شده و روش مورد استفاده را فهرست می کند.
اکثر میکروکنترلرها تحت چنین آزمایش گسترده ای قرار نمی گیرند، که می تواند شناخت قابلیت های آنها را دشوارتر کند. همچنین تفاوت هایی بین تابلوهای عمومی و تابلوهای مخصوص برند وجود دارد.
استفاده از میکروکنترلر یا PLC در برنامه صنعتی شما
بسته به هدف مورد استفاده، بودجه و انتظارات برنامه، ممکن است بتوانید از میکروکنترلر یا PLC استفاده کنید. به یاد داشته باشید که در حالی که میکروکنترلرها باعث صرفه جویی در هزینه ها می شوند، ذاتا محدودتر از PLC ها هستند. این بدان معناست که اگر به دنبال سیستمی برای ورود به یک شبکه صنعتی بزرگتر هستید، ممکن است این کار را انجام ندهد. با این حال، می تواند برای پروژه های DIY و سایر ابزارهای آموزشی که چندان پیچیده نیستند عالی باشد.
