Microcontroller vs plc: مقارنة مفصلة

أدى ظهور Arduino وعشرات اللوحات الأخرى القائمة على وحدات التحكم الدقيقة في الآونة الأخيرة إلى زيادة الاهتمام بالأنظمة المضمنة ، مما فتح عالم المتحكمات الدقيقة لعدد كبير. لم يؤد هذا إلى زيادة عدد مستخدمي وحدات التحكم الدقيقة فحسب ، بل أدى أيضًا إلى زيادة النطاق والتطبيقات التي يتم استخدامها فيها. لهذا السبب ، خلال المقالات القليلة الماضية ، قمنا بتغطية بعض الموضوعات الرئيسية المهمة لبناء أجهزة أنظمة مدمجة رائعة مثل ؛ تحديد وحدة التحكم الدقيقة المناسبة لمشروعك ، والاختيار بين متحكم دقيق ومعالج دقيق. على نفس المنوال ، بالنسبة لمقال اليوم ، سأقارن الميكروكونترولر بوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs).

تحكم منطقي قابل للبرمجة

و حدة تحكم منطق برمجة (PLC) هو مجرد أغراض خاصة جهاز مصمم للاستخدام في أنظمة التحكم الصناعية وغيرها من النظم الحاسوبية حيث موثوقية النظام هو عالية.

تم تطويرها في البداية لتحل محل المرحلات والتسلسلات والمؤقتات السلكية المستخدمة في عملية التصنيع من قبل صناعة الأتمتة ، ولكن اليوم تم توسيع نطاقها واستخدامها في جميع أنواع عمليات التصنيع بما في ذلك الخطوط القائمة على الروبوت في هذه الأيام ، ربما لا يوجد مصنع واحد في العالم لا يحتوي على آلة أو معدات تعمل على PLCs. يمكن العثور على السبب الرئيسي لاعتمادها واستخدامها على نطاق واسع متجذرًا بعمق في متانتها وقدرتها على تحمل المعالجة / البيئة القاسية المرتبطة بأرضيات التصنيع. إنها أيضًا مثال جيد لأنظمة التشغيل في الوقت الفعلي نظرًا لأن لديهم قدرة عالية على إنتاج مخرجات لمدخلات محددة في إطار زمني قصير جدًا وهو مطلب رئيسي للإعدادات الصناعية حيث يمكن أن يؤدي التأخير الثاني إلى تعطيل العملية بأكملها.

ميكروكنترولر

من ناحية أخرى ، فإن المتحكمات الدقيقة عبارة عن أجهزة حوسبة صغيرة على شريحة واحدة تحتوي على واحد أو أكثر من نواة المعالجة ، مع أجهزة ذاكرة مدمجة جنبًا إلى جنب مع منافذ الإدخال والإخراج (I / O) القابلة للبرمجة. يتم استخدامها في جميع أنواع الأجهزة اليومية خاصة في التطبيقات التي تتطلب أداء مهام متكررة محددة فقط. عادة ما تكون عارية ولا يمكن استخدامها كأجهزة قائمة بذاتها بدون التوصيلات اللازمة. على عكس وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) ، لا تحتوي هذه الأجهزة على واجهات مثل الشاشة ، والمفاتيح المضمنة فيها لأنها عادةً ما تحتوي فقط على كائنات GPI التي يمكن توصيل هذه المكونات بها.

سيركز البرنامج التعليمي اليوم على مقارنة أنظمة التحكم PLC وأنظمة التحكم الدقيقة تحت عناوين مختلفة تشمل ؛

1. هندسة معمارية
2. واجهات
3. الأداء والموثوقية
4. مستوى المهارة المطلوب
5. برمجة
6. التطبيقات

1. العمارة

هندسة PLCs:

يمكن الإشارة إلى PLCs عمومًا على أنها متحكم دقيق عالي المستوى. وهي تتكون أساسًا من وحدة معالج ومصدر طاقة ووحدات إدخال / إخراج. تتكون وحدة المعالج من وحدة المعالجة المركزية (CPU) والذاكرة. بالإضافة إلى المعالج الدقيق ، تحتوي وحدة المعالجة المركزية أيضًا على واجهة على الأقل يمكن من خلالها برمجتها (USB أو Ethernet أو RS232) جنبًا إلى جنب مع شبكات الاتصال. عادةً ما يكون مصدر الطاقة وحدة منفصلة ، وتكون وحدات الإدخال / الإخراج منفصلة عن المعالج. تشتمل أنواع وحدات الإدخال / الإخراج على وحدات منفصلة (تشغيل / إيقاف) ، وتناظرية (متغير مستمر) ، ووحدات خاصة مثل التحكم في الحركة أو عدادات عالية السرعة. يتم توصيل الأجهزة الميدانية بوحدات الإدخال / الإخراج.

اعتمادًا على كمية وحدات الإدخال / الإخراج التي يمتلكها PLC ، قد تكون في نفس العلبة مثل PLC أو في حاوية منفصلة. عادةً ما تحتوي بعض وحدات التحكم المنطقية الصغيرة الصغيرة التي يطلق عليها nano / micro PLCs على جميع أجزائها بما في ذلك الطاقة والمعالج وما إلى ذلك في نفس العلبة.

هندسة الميكروكونترولر

تشبه بنية PLCs الموضحة أعلاه إلى حد ما وحدات التحكم الدقيقة من حيث المكونات ، لكن المتحكم الدقيق ينفذ كل شيء على شريحة واحدة ، من وحدة المعالجة المركزية إلى منافذ الإدخال / الإخراج والواجهات المطلوبة للتواصل مع العالم الخارجي. يتم عرض هندسة الميكروكونترولر أدناه.

يظهر مثال على رمز قائم على منطق السلم / الرسم البياني أعلاه. عادة ما يشبه السلم وهذا هو السبب وراء اسمه. هذا المظهر المبسط يجعل برمجة PLCs سهلة للغاية بحيث إذا كان بإمكانك تحليل تخطيطي ، يمكنك برمجة PLCs.

نظرًا لشعبية لغات البرمجة الحديثة عالية المستوى ، يتم الآن برمجة PLCs باستخدام هذه اللغات مثل C و C ++ والأساسية ولكن جميع PLCs بشكل عام لا تزال ملتزمة بمعايير أنظمة التحكم IEC 61131/3 وتدعم لغات البرمجة المنصوص عليها في المعيار الذي يشمل ؛ مخطط سلم ، نص منظم ، مخطط كتلة الوظيفة ، قائمة التعليمات ومخطط التدفق المتسلسل.

عادةً ما تتم برمجة PLC الحديثة عبر برامج التطبيقات بناءً على أي من اللغات المذكورة أعلاه ، وتعمل على جهاز كمبيوتر متصل بـ PLC باستخدام أي من واجهات USB و Ethernet و RS232 و RS-485 و RS-422.

من ناحية أخرى ، تتم برمجة المتحكمات الدقيقة باستخدام لغات منخفضة المستوى مثل التجميع أو اللغات عالية المستوى مثل C و C ++ وغيرها. يتطلب عادةً مستوى عالٍ من الخبرة في لغة البرمجة المستخدمة وفهمًا عامًا لمبادئ تطوير البرامج الثابتة. يحتاج المبرمجون عادةً إلى فهم مفاهيم مثل هياكل البيانات ، كما أن الفهم العميق لبنية وحدة التحكم الدقيقة مطلوب لتطوير برنامج ثابت جيد جدًا للمشروع.

عادةً ما تتم برمجة المتحكمات الدقيقة أيضًا عبر برنامج تطبيقي يعمل على جهاز كمبيوتر شخصي وعادة ما يتم توصيلها بهذا الكمبيوتر الشخصي عبر قطعة إضافية من الأجهزة تسمى عادةً المبرمجين.

ومع ذلك ، فإن تشغيل البرامج على PLC يشبه إلى حد بعيد تشغيل الميكروكونترولر. يستخدم نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) وحدة تحكم مخصصة ونتيجة لذلك يقوم بمعالجة برنامج واحد فقط مرات ومرات. دورة واحدة من خلال البرنامج تسمى الفحص وهي تشبه متحكم دقيق يمر عبر حلقة.

يتم عرض دورة التشغيل من خلال البرنامج الذي يعمل على PLC أدناه.

6. التطبيقات

PLCs هي عناصر التحكم الأساسية المستخدمة في أنظمة التحكم الصناعية. يجدون تطبيقًا في التحكم في الآلات الصناعية والناقلات والروبوتات وآلات خطوط الإنتاج الأخرى. يتم استخدامها أيضًا في الأنظمة القائمة على SCADA وفي الأنظمة التي تتطلب مستوى عالٍ من الموثوقية والقدرة على تحمل الظروف القاسية. يتم استخدامها في الصناعات بما في ذلك ؛

1. نظام تعبئة الزجاجة المستمر 2. نظام

خلط

الدُفعات 3. نظام تكييف الهواء

المرحلي 4. مراقبة المرور

من ناحية أخرى ، تجد الميكروكونترولر تطبيقات في الأجهزة الإلكترونية اليومية. إنها اللبنات الأساسية للعديد من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية والأجهزة الذكية.

استبدال المتحكمات الدقيقة في التطبيقات الصناعية

أدى ظهور لوحات الميكروكونترولر سهلة الاستخدام إلى زيادة النطاق الذي يتم فيه استخدام المتحكمات الدقيقة ، ويتم الآن تكييفها لتطبيقات معينة اعتُبرت فيها وحدات التحكم الدقيقة غير مناسبة من أجهزة الكمبيوتر المصغرة DIY إلى العديد من أنظمة التحكم المعقدة. وقد أدى هذا إلى تساؤلات حول سبب عدم استخدام المتحكمات الدقيقة بدلاً من المتحكمات الدقيقة ، والحجة الرئيسية هي تكلفة المتحكمات الدقيقة مقارنة بتكلفة المتحكمات الدقيقة. من المهم أن يتم عمل الكثير لوحدات التحكم الدقيقة العادية قبل استخدامها في التطبيقات الصناعية.

في حين يمكن العثور على الإجابة من النقاط التي سبق ذكرها في هذه المقالة ، يكفي إبراز نقطتين رئيسيتين.

1. لم يتم تصميم وحدات التحكم الدقيقة بالصلابة والقدرة على تحمل الظروف القاسية مثل PLCs. هذا يجعلها غير جاهزة للتطبيقات الصناعية.

2. عادة ما يتم تصميم المستشعرات والمشغلات الصناعية وفقًا لمعيار IEC والذي يكون عادةً في نطاق التيار / الجهد والواجهات التي قد لا تكون متوافقة بشكل مباشر مع وحدات التحكم الدقيقة وستتطلب نوعًا من الأجهزة الداعمة التي تزيد التكلفة.

توجد نقاط أخرى ولكن للبقاء ضمن نطاق هذه المقالة ، يجب أن نتوقف هنا.

بالتقريب ، تم تصميم كل من أجهزة التحكم هذه للاستخدام في أنظمة معينة ويجب أخذها في الاعتبار جيدًا قبل اتخاذ قرار بشأن أفضل جهاز لتطبيق معين. من المهم أن نلاحظ أن بعض الشركات المصنعة تقوم ببناء PLCs تعتمد على متحكم دقيق ، مثل الدروع الصناعية التي تصنع الآن PLCs القائمة على Arduino الموضحة أدناه.