نظرة عامة على plc ولوحات plc المختلفة القائمة على اردوينو

تم تقديم Arduino لأول مرة في عام 2005 بهدف توفير طريقة منخفضة التكلفة وسهلة للمبتدئين والمحترفين لإنشاء أجهزة تتفاعل مع بيئتهم باستخدام أجهزة الاستشعار والمحركات.

قبل تقديم Arduino ، كان يُنظر إلى التصميم المضمن على أنه موضوع معقد وكان على الهواة (أو المهندسين) إيجاد محترف للحصول على نموذج عمل لمشكلتهم. كما لو كنت تريد طابعة ثلاثية الأبعاد بسيطة ، فعليك الحصول على مساعدة احترافية حيث يوجد الآلاف من وحدات التحكم مع IDE المتوافق. ولا يمكن للهواة التعرف على كل المتحكمات الدقيقة وطرق البرمجة الخاصة بها. انتهى هذا الموقف عندما تم تقديم ARDUINO المقبولة عالميًا. وبهذا ، يمكن للهواة أو المهندسين تصميم مشاريعهم الخاصة وتطويرها دون مساعدة احترافية.

والسبب في قبولها عالميًا لأنها منصة إلكترونية مفتوحة المصدر تعتمد على أجهزة وبرامج سهلة الاستخدام. لوحات Arduino قادرة على قراءة المدخلات مثل الضوء على المستشعر ، وإصبع على زر وتحويله إلى إخراج قابل للبرمجة مثل تنشيط المحرك وتشغيل مؤشر LED ونشر شيء ما عبر الإنترنت.

على مر السنين ، أصبح Arduino أكثر شهرة وتم تطوير العديد من اللوحات المتقدمة ذات الأغراض المماثلة مثل Raspberry PI و Panda وما إلى ذلك. يتم استخدام Arduino كعقل في آلاف المشاريع ، من الأشياء اليومية إلى الأدوات العلمية المعقدة. اجتمع الطلاب والهواة والفنانون والمبرمجون والمهنيون حول العالم حول هذه المنصة مفتوحة المصدر وطوروا العديد من المشاريع وبالتالي جمعوا قدرًا لا يُصدق من المعرفة التي يمكن أن تكون مفيدة جدًا للمبتدئين والخبراء على حدٍ سواء.

بفضل المعرفة المتراكمة والمقدمة الحديثة لإنترنت الأشياء ، اتخذ الضجيج على Arduino خطوة أخرى إلى الأمام وبالتالي أصبح أداة ضرورية للتعلم للمهندسين والهواة. بدأت لوحة Arduino الآن في التغيير للتكيف مع الاحتياجات والتحديات الجديدة مثل تطبيقات إنترنت الأشياء ، والطباعة القابلة للارتداء ، والطباعة ثلاثية الأبعاد ، والبيئات المضمنة ، وأخيرًا PLC (وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة). هنا في هذه المقالة، سوف نتعرف على ما هو PLC و كيف يمكن استخدامها اردوينو كما PLC.

مقدمة إلى PLC (جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة)

أولاً ، دعونا نفهم مصطلح الأتمتة الصناعية قبل الانتقال إلى PLC. كما نعلم جميعًا ، فإن استخدام الآلات للعمل في الصناعات أكثر فعالية من حيث التكلفة من استخدام البشر لأن الآلات لا تحتاج إلى المال أو الإجازات أو فترات الراحة ، لذلك إذا تم استخدام الآلات بدلاً من البشر ، فإن الصناعات يمكن أن تنتج منتجاتها 24 * 7 دون مشكلة. الآن ، هذا الإعداد لاستبدال البشر بآلات أو أذرع روبوتية يسمى الأتمتة الصناعية.

PLC هي وحدة تحكم مصممة خصيصًا لتشغيل الآلات المستخدمة في الأتمتة الصناعية. وهي مصممة لتكون موثوقة في البيئات الصناعية القاسية (مثل درجات الحرارة القصوى ، والرطوبة ، والرطوبة ، والظروف المتربة). يمكن رؤية تطبيقات PLC في خط التجميع بمصنع التصنيع ، ومصنع معالجة الخامات ، واللحام الآلي ، ونحت CNC ، وما إلى ذلك نظرًا لأن هذه المعدات مصممة لكفاءة عالية والبيئة الوعرة ، فهي مكلفة للتركيب والإصلاح.

PLC (وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة) لديها العديد من الميزات المشابهة لجهاز الكمبيوتر الشخصي في المنزل. كلاهما يحتوي على وحدة إمداد بالطاقة ، وحدة المعالجة المركزية (وحدة المعالجة المركزية) ، منافذ المدخلات والمخرجات (I / O) ، ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة ROM ، وبرامج التحكم. أكبر فرق بين الاثنين هو أن PLC يمكنه أداء وظائف منفصلة ومستمرة في بيئة قاسية لا يستطيع الكمبيوتر القيام بها. يمكنك أيضًا قراءة الاختلاف بين PLC والميكروكونترولر للحصول على نظرة عامة على مقارنتها بالميكروكونترولر.

هناك العديد من الأنواع المختلفة من PLC في السوق وفقًا لمتطلبات العميل. على الرغم من وجود العديد من أنواع PLC الحالية ، إلا أنها تتبع معايير معينة ليختارها المستخدم بسهولة.

الوظيفة الأساسية لـ PLC

لفهم عمل PLC الأساسي ، دعنا نفترض مثالًا بسيطًا كما هو موضح أدناه.

دعنا نقول في هذا الإعداد أنه يتعين علينا تشغيل المصباح لأول خمسين ثانية وإيقاف تشغيل المصباح خلال العشرين ثانية التالية ، ثم يتعين علينا استخدام المفتاح في الدائرة لإغلاق وفتح الحلقة باستمرار. هذه مهمة بسيطة ولكنها مرهقة جدًا للإنسان وليس من المردود شراء مرحلات مؤقت لهذا النوع من المشكلات في كل مرة. في جميع هذه الحالات ، يمكننا استخدام PLC واحد لحل المشكلة.

هنا يمكنك أن ترى أن PLC متصل في حلقة الإعداد مع إبقاء المفتاح مغلقًا. يمكننا استخدام البرمجة لضبط المؤقت لـ PLC في الدائرة. بمجرد الانتهاء من ذلك ، يمكن لـ PLC إغلاق وفتح الحلقة باستمرار مما يحل محل الحاجة إلى التدخل البشري. بمجرد أن يبدأ PLC في تنفيذ البرنامج ، فإنه لن يتوقف حتى يتم إعطاء مقاطعة.

هذا مجرد إعداد بسيط ولديه PLC القدرة على التحكم في عمليات أكبر وأكثر تعقيدًا مثل التحكم في PWM والاستشعار وما إلى ذلك. عادةً ما يتم تصميم PLC بطريقة للعميل بحيث يكون قادرًا على تخصيص يعمل PLC حسب التطبيق والحاجة.

مخطط كتلة PLC

الآن دعونا نلقي نظرة على الوحدات الهامة الموجودة في PLC.

وحدة إمداد الطاقة: يتم وضع هذه الوحدة أحيانًا كإعداد منفصل مثل المحول وفي حالات أخرى ، سيتم تصميمها مباشرة على لوحة الدوائر المطبوعة الرئيسية. تتمثل وظيفة الوحدة في توفير الطاقة المطلوبة لإعداد PLC (وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة). الوحدة عبارة عن محول يقوم بتحويل طاقة التيار المتردد المتاحة إلى طاقة التيار المستمر التي تتطلبها وحدة المعالجة المركزية والوحدات النمطية الأخرى. عادة ، يعمل PLC على سكة كهربائية بجهد 12 فولت و 24 فولت.

وحدة المعالجة المركزية: هذه الوحدة هي الأكثر حماية لأنها جوهر عمل PLC بأكمله. تتكون وحدة وحدة المعالجة المركزية من معالج دقيق أو متحكم وذاكرة البرنامج وذاكرة فلاش وذاكرة RAMS. ذاكرة فلاش أو ذاكرة ROM تخزن نظام التشغيل وبرنامج التشغيل وبرنامج التطبيق. يستخدم المعالج الدقيق ذاكرة الوصول العشوائي للوصول إلى البيانات والمعلومات.

تتمثل وظيفة وحدة المعالجة المركزية في تنفيذ البرنامج المخزن في الذاكرة والتصرف وفقًا للتعليمات المكتوبة. لذلك تقوم وحدة المعالجة المركزية بشكل أساسي بقراءة بيانات الإدخال من المستشعرات للمعالجة ، ثم ترسل في النهاية استجابة مناسبة بناءً على البرنامج.

وحدة الإدخال والإخراج: تُستخدم وحدة الإدخال لإنشاء ارتباط بين أجهزة الاستشعار المختلفة ولوحات المفاتيح لوحدة المعالجة المركزية ويستخدم المعالج وحدة الإخراج لتوفير استجابة للعالم الخارجي.

وحدة جهاز البرمجة: تُستخدم هذه الوحدة لإنشاء اتصال بين الكمبيوتر الشخصي و PLC. وتتمثل الوظيفة الأساسية في إعادة برمجة المعالج الدقيق لـ PLC.

أنواع PLC (جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة)

ينقسم نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) إلى نوعين هما: ثابت (أو مدمج PLC) و (PLC) معياري.

1. PLC مدمج أو ثابت: عادة ما يكون PLC منخفض النهاية وهو مشهور في العديد من الصناعات. يحتوي PLC المضغوط على عدد ثابت من وحدات الإدخال / الإخراج وبطاقات الإدخال / الإخراج الخارجية ولا يمكن تمديدها لاحقًا لإجراء إعداد أكثر تعقيدًا. يمكنك رؤية PLC ثابت في الشكل أدناه.

2. PLC المعياري: يسمح PLC المعياري بتوسيعات متعددة عن طريق تكديس "الوحدات" بالتوازي. يمكن زيادة منافذ الإدخال / الإخراج الخاصة بـ PLC المعياري لإجراء عمليات أكثر تعقيدًا في الصناعة. PLC المعياري أسهل في الاستخدام لأن كل مكون مستقل عن الآخر. هذا النوع من PLC شائع في العديد من الصناعات

Arduino vs PLC (وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة)

كما ذكرنا سابقًا ، فإن الوحدات المهمة في PLC تشبه أجهزة الكمبيوتر الشخصية (الكمبيوتر الشخصي) وهي أكثر تشابهًا مع أجهزة الكمبيوتر أحادية اللوحة مثل Arduino. لذا داخليًا على مستوى معين ، فإن عمل كل من PLC و Arduino متماثلان ويمكننا استخدام Arduino لتصميم PLC (وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة). إن Arduino PLCs موجودة بالفعل في السوق وهي متوفرة بسعر أرخص مقارنةً بـ PLC التقليدي. لذلك أصبحت Arduino-PLC شائعة هذه الأيام وستزداد تطبيقاتها أكثر في المستقبل. هذه بعض الاختلافات بين Arduino PLC و PLC التقليدي وبعضها مذكور أدناه.

اردوينو PLC	PLC (جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة)
المكونات الخارجية المطلوبة للعمل مثل PLC	لا يحتاج إلى مكونات خارجية إضافية
المقبولة عالميا	روج بشكل رئيسي في الصناعات
تكلفة منخفضة	التكلفة العالية
تحتاج إلى تعلم البرمجة الأساسية لإعادة كتابة برنامج Arduino	تقنية التشغيل الأساسية اللازمة فقط لإعادة برمجة PLC
إعادة البرمجة صعبة نسبيًا	إعادة البرمجة سهلة نسبيًا
أداء مرضي	أداء عالي
لا يمكن أن تعمل في ظروف قاسية	يمكن أن تعمل في ظروف قاسية
مدمج وصغير	ضخمة وثقيلة
لا يمكن استخدام التكديس لتعزيز تشغيل PLC لـ Arduino PLC	يمكن استخدام التكديس لتعزيز تشغيل PLC لـ PLC العادي
المزيد من خيارات الاتصال	خيارات اتصال أقل
سهل الاستبدال والإصلاح	من الصعب استبدالها وإصلاحها
خيارات أقل للاختيار	العديد من الخيارات للاختيار

الآن دعونا نناقش بإيجاز حول PLCs الشعبية القائمة على Arduino والموجودة حاليًا في السوق.

1. الدروع الصناعية Arduino PLCs

Industrial Shields هي شركة شهيرة توفر دروع PLC القائمة على Arduino للعديد من التطبيقات الصناعية. نناقش بإيجاز أدناه الدروع الشائعة الاستخدام.

ARDBOX الدروع الصناعية:

ARDBOX هو نظام PLC قائم على Arduino مصمم للتطبيقات الصناعية الصغيرة والمتوسطة الحجم. تظهر صورة ARDBOX أدناه.

تم تصميم ARDBOX بناءً على ARDUINO LEONARO ، لذا فإن جميع المواصفات الفنية لـ ARDBOX هي مواصفات LEONARO. فيما يلي الميزات الأساسية والمواصفات الفنية لـ ARDBOX.

مساهمة الجهد	12 فولت أو 24 فولت
القوة المصنفة	30 واط
الحد الأقصى الحالي	1.5 أ
سرعة الساعة	16 ميجا هرتز
بحجم	100x45x115 ملم
لغة برمجة	اردوينو IDE.
ذاكرة متنقله	32 كيلوبايت منها 4 كيلوبايت يستخدمها برنامج bootloader
SRAM	2.5 كيلو بايت
إيبروم	1 كيلوبايت
مجال الاتصالات	I2C - USB - RS232 - RS485 - SPI - TTL
نقاط الإدخال الإجمالية	10
نقاط الإخراج TOTAL	10
إخراج معزول PWM	إلى 24 فولت تيار مستمر أنا كحد أقصى: 70 مللي أمبير العزلة كلفاني ديود محمي للتتابع الفولطية المقدرة: 24Vdc

الدروع الصناعية M-Duino:

M-DUINO هو نظام PLC قائم على Arduino مصمم للتطبيقات الصناعية الصغيرة والمتوسطة. يتم عرض صورة PLC أدناه.

تم تصميم M-DUINO بناءً على لوحة ARDUINO MEGA ، لذا فإن جميع المواصفات الفنية للوحة MEGA هي مواصفات M-DUINO. الميزات الأساسية والمواصفات الفنية لـ M-DUINO موضحة أدناه.

مساهمة الجهد	12 فولت أو 24 فولت
القوة المصنفة	40 واط
أقصى تيار الإخراج	0.5 أ
سرعة الساعة	16 ميجا هرتز
بحجم	101x119x70 ملم
لغة برمجة	اردوينو IDE.
ذاكرة متنقله	32 كيلوبايت منها 0.5 كيلوبايت يستخدمها محمل الإقلاع
SRAM	2 كيلوبايت
إيبروم	1 كيلوبايت
مجال الاتصالات	I2C1 - منفذ إيثرنت - USB - RS485 - SPI - (3x) Rx ، Tx (دبابيس اردوينو)
نقاط الإدخال الإجمالية	13،26،36
نقاط الإخراج TOTAL	8،16،22
إخراج معزول PWM	24 فولت تيار مستمر (3،6،8) أنا كحد أقصى: 70 مللي أمبير

2. PLDuino Arduino PLCs

PLDuino عبارة عن وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) مفتوحة المصدر تعتمد على Arduino من المسجلات الرقمية المتوفرة في السوق مقابل حوالي 150 دولارًا. يجمع PLC هذا بين Arduino Mega (ATmega2560) مع وحدة ESP8266 Wi-Fi وشاشة TFT تعمل باللمس مقاس 2.4 بوصة ، من أجل جعلها مناسبة لتطبيقات إنترنت الأشياء الصناعية وتطبيقات الروبوتات الأخرى في المصنع.

يمكن برمجة PLDuino بسهولة باستخدام كبل USB بسيط ، وأيضًا مع Arduino IDE الشهير ، يمكن أيضًا برمجة PLDuino باستخدام Lua أو GNU أو حتى AVR Studio. يوفر PLDuino أيضًا رموز توضيحية ومكتبات لمساعدة المبتدئين في بدء التطوير بسرعة. بالنسبة للمستخدمين المتقدمين ، أتاح PLDuino أيضًا إخراج الغطاء والاستكشاف داخل PLC لتخصيص الأجهزة كما هو مطلوب لتطبيقهم ، كما تتوفر المخططات الكاملة ومواصفات المكونات عبر الإنترنت. يتم عرض المواصفات الكاملة لـ PLDuino في الصورة أدناه

3. التحكم في Arduino PLCs

كونترولينو ليس سوى اردوينو صناعي. فهو يجمع بين المرونة وطبيعة المصدر المفتوح لنظام Arduino الإيكولوجي وسلامة وموثوقية PLCs الصناعية.

توفر الشركة ثلاث وحدات مصممة على أساس ثلاث لوحات Arduino.

كونترولينو ميني:

تم تصميمه على لوحة Arduino Uno.

مساهمة الجهد	12 فولت أو 24 فولت
درجة حرارة التشغيل	5 درجة مئوية إلى 55 درجة مئوية
الحد الأقصى لتيار التتابع	6 أ
سرعة الساعة	16 ميجا هرتز
بحجم	36x90x60 ملم
لغة برمجة	اردوينو IDE.
ذاكرة متنقله	32 كيلوبايت منها 0.5 كيلوبايت يستخدمها محمل الإقلاع
SRAM	2 كيلوبايت
إيبروم	1 كيلوبايت
مجال الاتصالات	I2C1 - USB - SPI
نقاط الإدخال الإجمالية	8
نقاط الإخراج TOTAL	8

كونترولينو ماكسي:

تم تصميم هذا على متحكم ATMEGA2560 Atmel أو على لوحة Arduino Mega.

مساهمة الجهد	12 فولت أو 24 فولت
درجة حرارة التشغيل	0 درجة مئوية إلى 55 درجة مئوية
الحد الأقصى لتيار ترحيل الإخراج	6 أ
سرعة الساعة	16 ميجا هرتز
بحجم	72 × 90 × 62 ملم
لغة برمجة	اردوينو IDE
ذاكرة متنقله	256 كيلو بايت
SRAM	8 كيلوبايت
إيبروم	4 كيلوبايت
مجال الاتصالات	I2C1 ، منفذ إيثرنت ، USB ، SPI
نقاط الإدخال الإجمالية	12
نقاط الإخراج TOTAL	12 ، تتابع الإخراج -10

كونترولينو ميجا:

تم تصميم Mega PLC على متحكم ATMEGA2560 Atmel أو على لوحة Arduino Mega.

مساهمة الجهد	12 فولت أو 24 فولت
درجة حرارة التشغيل	0 درجة مئوية إلى 55 درجة مئوية
الحد الأقصى لتيار ترحيل الإخراج	6 أ
سرعة الساعة	16 ميجا هرتز
بحجم	107 × 90 × 62 ملم
لغة برمجة	اردوينو IDE
ذاكرة متنقله	256 كيلو بايت
SRAM	8 كيلوبايت
إيبروم	4 كيلوبايت
مجال الاتصالات	I2C1 ، منفذ إيثرنت ، USB ، SPI
نقاط الإدخال الإجمالية	21
نقاط الإخراج TOTAL	24 ، تتابع الإخراج -16

مزايا Arduino PLC

• يمكن شراؤها بتكلفة منخفضة.
• يمكن برمجتها باستخدام برنامج Arduino IDE.
• توافق عالي.
• مساحة عالية للتعديل.
• سهل الاستبدال مقارنة بـ PLC التقليدي.

عيوب Arduino PLC

• يتوفر عدد قليل جدًا من الخيارات للاختيار.
• غير مناسب للتطبيقات على نطاق واسع.
• حساسة مقارنة بـ PLC التقليدي.
• مطلوب المزيد من الصيانة.
• أقل احترافًا.