Tổng quan về plc và các bảng plc dựa trên arduino khác nhau

Arduino được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2005 nhằm mục đích cung cấp một cách chi phí thấp và dễ dàng cho người mới và các chuyên gia để tạo ra các thiết bị tương tác với môi trường của họ bằng cách sử dụng cảm biến và thiết bị truyền động.

Trước khi Arduino được giới thiệu, thiết kế nhúng được xem như một chủ đề phức tạp và những người có sở thích (hoặc kỹ sư) phải tìm một chuyên gia để có được một mô hình hoạt động cho vấn đề của họ. Giống như nếu bạn muốn có một máy in 3D đơn giản thì bạn phải nhờ đến sự trợ giúp chuyên nghiệp vì có hàng nghìn bộ điều khiển với IDE tương thích của chúng. Và người yêu thích không thể tìm hiểu về tất cả các bộ vi điều khiển và cách lập trình của chúng. Tình trạng này chấm dứt khi ARDUINO được chấp nhận rộng rãi được giới thiệu. Và với điều này, những người yêu thích hoặc kỹ sư có thể thiết kế và phát triển các dự án của riêng họ mà không cần nhiều sự trợ giúp của chuyên gia.

Và lý do khiến nó trở nên được chấp nhận rộng rãi bởi vì nó là một nền tảng điện tử mã nguồn mở dựa trên phần cứng và phần mềm dễ sử dụng. Bo mạch Arduino có thể đọc các đầu vào như ánh sáng trên cảm biến, ngón tay trên nút và biến nó thành đầu ra có thể lập trình như kích hoạt động cơ, bật đèn LED và xuất bản nội dung trực tuyến.

Trong những năm qua, Arduino đã trở nên phổ biến hơn và cùng với đó là nhiều bo mạch tiên tiến có mục đích tương tự được phát triển như Raspberry PI, Panda, v.v. Arduino được sử dụng như bộ não trong hàng nghìn dự án, từ các vật dụng hàng ngày đến các công cụ khoa học phức tạp. Sinh viên, những người yêu thích, nghệ sĩ, lập trình viên và các chuyên gia trên khắp thế giới đã tập hợp xung quanh nền tảng mã nguồn mở này và phát triển nhiều dự án, nhờ đó tích lũy một lượng kiến thức đáng kinh ngạc có thể giúp ích rất nhiều cho người mới và cả các chuyên gia.

Với kiến thức tích lũy được và sự ra đời gần đây của IoT, sự cường điệu trên Arduino đã tiến thêm một bước nữa, do đó trở thành một công cụ học tập cần thiết cho các kỹ sư và những người yêu thích. Giờ đây, bảng Arduino bắt đầu thay đổi để thích ứng với các nhu cầu và thách thức mới như ứng dụng IoT, thiết bị đeo được, in 3D, môi trường nhúng và cuối cùng là PLC (Bộ điều khiển logic lập trình). Ở đây trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về PLC là gì và cách Arduino có thể được sử dụng như PLC.

Giới thiệu về PLC (Bộ điều khiển logic có thể lập trình)

Đầu tiên, chúng ta hãy hiểu thuật ngữ Tự động hóa công nghiệp trước khi sử dụng PLC. Như chúng ta đã biết sử dụng máy móc cho công việc trong các ngành công nghiệp tiết kiệm chi phí hơn so với sử dụng con người vì máy móc không cần tiền, ngày nghỉ hoặc giờ nghỉ, vì vậy nếu máy móc được sử dụng thay cho con người, các ngành công nghiệp có thể sản xuất sản phẩm của họ 24 * 7 mà không có vấn đề gì. Giờ đây, thiết lập thay thế con người bằng máy móc hoặc cánh tay robot này được gọi là Tự động hóa công nghiệp.

PLC là một bộ điều khiển được thiết kế đặc biệt để vận hành các máy móc được sử dụng cho Tự động hóa công nghiệp. Chúng được thiết kế để đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt (như nhiệt độ khắc nghiệt, điều kiện ẩm ướt, bụi bẩn). Các ứng dụng PLC có thể được nhìn thấy tại dây chuyền lắp ráp của nhà máy sản xuất, nhà máy chế biến quặng, hàn robot, khắc CNC, v.v. Vì thiết bị này được thiết kế cho hiệu quả cao và môi trường khắc nghiệt nên chúng rất tốn kém cho cả việc lắp đặt và sửa chữa.

PLC (Bộ điều khiển Logic Lập trình) có nhiều tính năng tương tự như máy tính cá nhân của chúng ta ở nhà. Cả hai đều có bộ cấp nguồn, CPU (Bộ xử lý trung tâm), các cổng Đầu vào & Đầu ra (I / O), bộ nhớ RAM và ROM và phần mềm điều khiển. Sự khác biệt lớn nhất giữa cả hai là PLC có thể thực hiện các chức năng rời rạc và liên tục trong một môi trường khắc nghiệt mà PC không thể làm được. Bạn cũng có thể đọc sự khác biệt giữa PLC và vi điều khiển để có cái nhìn tổng quan về sự so sánh của nó với vi điều khiển.

Có nhiều loại PLC khác nhau trên thị trường tùy theo yêu cầu của khách hàng. Mặc dù có nhiều loại PLC hiện nay nhưng chúng tuân theo một số tiêu chuẩn nhất định để người dùng dễ dàng lựa chọn.

Chức năng cơ bản của PLC

Để hiểu cách làm việc cơ bản của PLC, chúng ta hãy giả sử một ví dụ đơn giản như hình dưới đây.

Giả sử trong thiết lập này, chúng ta phải BẬT bóng đèn trong 50 giây đầu tiên và TẮT bóng đèn trong 20 giây tiếp theo, sau đó chúng ta phải sử dụng công tắc trong mạch để đóng và mở vòng lặp liên tục. Đây là một công việc đơn giản nhưng rất mệt mỏi đối với con người và việc mua một rơ le hẹn giờ cho loại vấn đề này mỗi lần sẽ không hiệu quả. Trong tất cả những trường hợp đó, chúng ta có thể sử dụng một PLC duy nhất để giải quyết vấn đề.

Ở đây bạn có thể thấy một PLC được kết nối trong vòng lặp của thiết lập trong khi vẫn đóng công tắc. Chúng ta có thể sử dụng lập trình để cài đặt bộ định thời cho PLC trong mạch. Sau khi hoàn thành, PLC có thể đóng và mở vòng lặp liên tục, thay thế cho sự can thiệp của con người. Khi PLC bắt đầu thực hiện chương trình, nó sẽ không dừng cho đến khi có ngắt.

Đây chỉ là một thiết lập đơn giản và PLC có khả năng điều khiển các quy trình lớn hơn và phức tạp hơn nhiều như điều khiển PWM, Cảm biến, v.v. Một PLC thường được thiết kế theo cách cho khách hàng để họ có thể tùy chỉnh PLC hoạt động tùy thuộc vào ứng dụng và nhu cầu.

Sơ đồ khối của PLC

Bây giờ chúng ta hãy xem xét các mô-đun quan trọng có trong PLC.

Mô-đun cấp nguồn: Mô-đun này đôi khi được đặt như một thiết lập riêng biệt giống như một bộ chuyển đổi và trong các trường hợp khác, nó sẽ được thiết kế trực tiếp trên PCB chính. Chức năng của mô-đun là cung cấp năng lượng cần thiết cho toàn bộ thiết lập PLC (Bộ điều khiển logic khả trình). Mô-đun là một bộ chuyển đổi chuyển đổi nguồn AC khả dụng thành nguồn DC được yêu cầu bởi CPU và các mô-đun khác. Thông thường, PLC hoạt động trên đường điện 12V và 24V.

Bộ xử lý trung tâm: Mô-đun này được bảo vệ tốt nhất vì nó là cốt lõi hoạt động của toàn bộ PLC. Mô-đun CPU bao gồm bộ vi xử lý hoặc vi điều khiển, bộ nhớ chương trình, bộ nhớ flash & bộ nhớ RAMS. Bộ nhớ flash hoặc bộ nhớ ROM lưu trữ hệ điều hành, trình điều khiển và chương trình ứng dụng. RAM được sử dụng bởi bộ vi xử lý để truy cập dữ liệu và thông tin.

Chức năng của CPU là thực hiện chương trình được lưu trong bộ nhớ và hoạt động theo các lệnh đã viết. Vì vậy, về cơ bản CPU đọc dữ liệu đầu vào từ các cảm biến để xử lý và cuối cùng gửi một phản hồi thích hợp dựa trên chương trình.

Mô-đun đầu vào và đầu ra: Mô-đun đầu vào được sử dụng để thiết lập liên kết giữa các cảm biến và bàn phím khác nhau với CPU và mô-đun đầu ra được bộ xử lý sử dụng để cung cấp phản hồi với thế giới bên ngoài.

Mô-đun thiết bị lập trình: Mô-đun này được sử dụng để thiết lập giao tiếp giữa PC và PLC. Chức năng cơ bản là lập trình lại bộ vi xử lý của PLC.

Các loại PLC (Bộ điều khiển logic có thể lập trình)

PLC được chia thành hai loại là PLC cố định (hoặc PLC nhỏ gọn) và PLC mô-đun.

1. PLC nhỏ gọn hoặc cố định: Nó thường là PLC cấp thấp, phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp. PLC nhỏ gọn có một số mô-đun I / O và thẻ I / O bên ngoài cố định và chúng không thể mở rộng sau này để thực hiện thiết lập phức tạp hơn. Bạn có thể thấy một PLC cố định trong hình bên dưới.

2. Mô-đun PLC: PLC mô-đun cho phép mở rộng nhiều lần bằng cách xếp chồng các 'Mô-đun' song song. Các cổng I / O của PLC mô-đun có thể được tăng lên cho các hoạt động phức tạp hơn trong ngành. PLC dạng mô-đun cũng dễ sử dụng hơn vì mỗi thành phần độc lập với nhau. Đây là loại PLC phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp

Arduino vs PLC (Bộ điều khiển logic có thể lập trình)

Như chúng tôi đã đề cập trước đó, các mô-đun quan trọng của PLC tương tự như PC (Máy tính cá nhân) và thậm chí còn giống với các máy tính bảng đơn như Arduino. Vì vậy, bên trong ở một mức độ nhất định hoạt động của cả PLC và Arduino đều giống nhau và chúng ta có thể sử dụng Arduino này để thiết kế một PLC (Bộ điều khiển logic khả trình). Các PLC Arduino đã có mặt trên thị trường và có giá thành rẻ hơn so với PLC thông thường. Vì vậy, Arduino-PLC ngày nay đang trở nên phổ biến và các ứng dụng của nó sẽ tăng lên nhiều hơn trong tương lai. Đây là những điểm khác biệt nhất định giữa Arduino PLC và PLC thông thường và một vài trong số chúng được đề cập dưới đây.

Arduino PLC	PLC (Bộ điều khiển logic có thể lập trình)
Các thành phần bên ngoài cần thiết để hoạt động như PLC	Không cần thêm các thành phần bên ngoài
Được chấp nhận rộng rãi	Được quảng bá chủ yếu trong các ngành
Giá thấp	Giá cao
Cần học lập trình cơ bản để viết lại chương trình Arduino	Chỉ cần kỹ thuật vận hành cơ bản để lập trình lại PLC
Việc lập trình lại tương đối khó	Lập trình lại tương đối dễ dàng
Hiệu suất đạt yêu cầu	Hiệu suất cao
Không thể hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt	Có thể làm việc trong điều kiện khắc nghiệt
Nhỏ gọn và nhỏ	Cồng kềnh và nặng nề
Không thể sử dụng xếp chồng để tiếp tục hoạt động PLC của Arduino PLC	Xếp chồng có thể được sử dụng để tiếp tục hoạt động PLC của PLC bình thường
Các tùy chọn giao tiếp khác	Ít tùy chọn giao tiếp hơn
Dễ dàng thay thế và sửa chữa	Khó thay thế và sửa chữa
Ít tùy chọn hơn để lựa chọn	Nhiều tùy chọn để lựa chọn

Bây giờ chúng ta hãy thảo luận ngắn gọn về các PLC dựa trên Arduino phổ biến hiện nay trên thị trường.

1. Tấm chắn công nghiệp Arduino PLCs

Industrial Shields là một công ty nổi tiếng chuyên cung cấp các tấm chắn PLC dựa trên Arduino cho nhiều ứng dụng công nghiệp. Các lá chắn được sử dụng phổ biến được thảo luận ngắn gọn dưới đây.

Tấm chắn công nghiệp ARDBOX:

ARDBOX là một PLC dựa trên Arduino được thiết kế cho các ứng dụng công nghiệp quy mô vừa và nhỏ. Hình ảnh của ARDBOX được hiển thị bên dưới.

ARDBOX được thiết kế dựa trên ARDUINO LEONARO nên về cơ bản, tất cả các thông số kỹ thuật của ARDBOX đều là thông số kỹ thuật của LEONARO. Các tính năng cơ bản và thông số kỹ thuật của ARDBOX được đưa ra dưới đây.

Điện áp đầu vào	12V hoặc 24V
Công suất định mức	30Watt
Dòng điện tối đa	1,5A
Tốc độ đồng hồ	16MHz
Kích thước	100x45x115 mm
Ngôn ngữ lập trình	Arduino IDE.
Bộ nhớ flash	32KB trong đó 4KB được bộ nạp khởi động sử dụng
SRAM	2,5KB
EEPROM	1KB
Giao tiếp	I2C - USB - RS232 - RS485 - SPI - TTL
TỔNG điểm đầu vào	10
TỔNG điểm đầu ra	10
Đầu ra cô lập PWM	đến 24Vdc Tôi tối đa: 70 mA Cách ly điện Diode được bảo vệ cho chuyển tiếp Điện áp định mức: 24Vdc

Tấm chắn công nghiệp M-Duino:

M-DUINO là một PLC dựa trên Arduino được thiết kế cho các ứng dụng công nghiệp quy mô vừa và nhỏ. Hình ảnh của PLC được hiển thị bên dưới.

M-DUINO được thiết kế dựa trên bo mạch ARDUINO MEGA, vì vậy tất cả các thông số kỹ thuật của bo mạch MEGA đều là thông số kỹ thuật M-DUINO. Các tính năng cơ bản và thông số kỹ thuật của M-DUINO được đưa ra dưới đây.

Điện áp đầu vào	12V hoặc 24V
Công suất định mức	40Watt
Sản lượng tối đa hiện tại	0,5A
Tốc độ đồng hồ	16MHz
Kích thước	101x119x70mm
Ngôn ngữ lập trình	Arduino IDE.
Bộ nhớ flash	32KB trong đó 0,5KB được sử dụng bởi bộ tải khởi động
SRAM	2KB
EEPROM	1KB
Giao tiếp	I2C1 - Cổng Ethernet - USB - RS485 - SPI - (3x) Rx, Tx (chân Arduino)
TỔNG điểm đầu vào	13,26,36
TỔNG điểm đầu ra	8,16,22
Đầu ra cô lập PWM	24Vdc (3,6,8) Tôi tối đa: 70 mA

2. PLDuino Arduino PLC

PLDuino là Bộ điều khiển logic lập trình (PLC) dựa trên Arduino nguồn mở từ Digital Loggers hiện có sẵn trên thị trường với giá khoảng 150 đô la. PLC này kết hợp Arduino Mega (ATmega2560) với mô-đun Wi-Fi ESP8266 và Màn hình cảm ứng TFT 2,4 ”, để làm cho nó phù hợp với các Ứng dụng IoT công nghiệp và các ứng dụng robot nhà máy khác.

PLDuino có thể được lập trình dễ dàng bằng cách sử dụng cáp USB đơn giản, cùng với Arduino IDE phổ biến, PLDuino cũng có thể được lập trình bằng Lua, GNU hoặc thậm chí AVR Studio. PLDuino cũng cung cấp mã trình diễn và thư viện để giúp người mới bắt đầu nhanh chóng bắt đầu phát triển. Đối với người dùng nâng cao, PLDuino cũng có thể mở nắp và khám phá bên trong PLC để tùy chỉnh phần cứng theo yêu cầu cho ứng dụng của họ, sơ đồ đầy đủ và thông số kỹ thuật thành phần cũng có sẵn trực tuyến. Thông số kỹ thuật đầy đủ của PLDuino được hiển thị trong hình dưới đây

3. Điều khiển Arduino PLC

Contrallino không là gì ngoài một Arduino công nghiệp hóa. Nó kết hợp tính linh hoạt và bản chất mã nguồn mở của hệ sinh thái Arduino với sự an toàn và độ tin cậy của các PLC cấp công nghiệp.

Công ty cung cấp ba mô-đun được thiết kế dựa trên ba bảng Arduino.

Điều khiển MINI:

Nó được thiết kế trên board Arduino Uno.

Điện áp đầu vào	12V hoặc 24V
Nhiệt độ hoạt động	5ºC đến 55ºC
Dòng chuyển tiếp tối đa	6A
Tốc độ đồng hồ	16MHz
Kích thước	36x90x60 mm
Ngôn ngữ lập trình	Arduino IDE.
Bộ nhớ flash	32KB trong đó 0,5KB được sử dụng bởi bộ tải khởi động
SRAM	2KB
EEPROM	1KB
Giao tiếp	I2C1– USB - SPI
TỔNG điểm đầu vào	số 8
TỔNG điểm đầu ra	số 8

Điều khiển MAXI:

Điều này được thiết kế trên vi điều khiển ATMEGA2560 Atmel hoặc trên bo mạch Arduino Mega.

Điện áp đầu vào	12V hoặc 24V
Nhiệt độ hoạt động	0ºC đến 55ºC
Dòng điện rơle đầu ra tối đa	6A
Tốc độ đồng hồ	16MHz
Kích thước	72x90x62mm
Ngôn ngữ lập trình	Arduino IDE
Bộ nhớ flash	256KB
SRAM	8KB
EEPROM	4KB
Giao tiếp	I2C1, Cổng Ethernet, USB, SPI
TỔNG điểm đầu vào	12
TỔNG điểm đầu ra	12, đầu ra rơle-10

Contrallino Mega:

Mega PLC được thiết kế trên vi điều khiển ATMEGA2560 Atmel hoặc trên board Arduino Mega.

Điện áp đầu vào	12V hoặc 24V
Nhiệt độ hoạt động	0ºC đến 55ºC
Dòng điện rơle đầu ra tối đa	6A
Tốc độ đồng hồ	16MHz
Kích thước	107x90x62mm
Ngôn ngữ lập trình	Arduino IDE
Bộ nhớ flash	256KB
SRAM	8KB
EEPROM	4KB
Giao tiếp	I2C1, Cổng Ethernet, USB, SPI
TỔNG điểm đầu vào	21
TỔNG điểm đầu ra	24, đầu ra rơle-16

Ưu điểm của Arduino PLC

Có thể mua với chi phí thấp.
Có thể được lập trình bằng phần mềm Arduino IDE.
Khả năng tương thích cao.
Khả năng điều chỉnh cao.
Dễ dàng thay thế so với PLC thông thường.

Nhược điểm của Arduino PLC

Rất ít sự lựa chọn có sẵn để lựa chọn.
Không thích hợp cho các ứng dụng quy mô lớn.
Nhạy bén so với PLC thông thường.
Yêu cầu bảo trì nhiều hơn.
Ít chuyên nghiệp hơn.