مقایسه plc و میکروکنترلر
3.8
(4)

بحث PLC در مقابل میکروکنترلر و مقایسه آنها مطمئناً در سال‌های اخیر جاذبه بیشتری پیدا کرده است.

از آنجایی که پلتفرم های الکترونیکی مثل آردوینو، رسپری پای و … همچنان به گسترش قلمرو و امکانات برای دستگاههای دیجیتالی و اشیا تعاملی ادامه میدهند، از همین رو علاقه به میکروکنترلرها و اجزای مرتبط با آنها بیش از هر زمان دیگری وجود دارد.

مقایسه بین میکروکنترلرها و PLCها همیشه وجود داشته است. این دو شاید از نظر ماهیت مقداری مشابه باشند ولی از نظر ظرفیت، مزایا و کاربردها کاملاً متفاوت هستند. مسلم است که نیازمندی هر پروژه متفاوت است، بنابراین مطمئناً هیچ راه‌حلی که برای همه جواب‌گو باشد، وجود ندارد. آنچه ما در این مقاله ارائه می‌دهیم این است که جوانب مثبت و منفی را در نظر بگیریم و چرایی ترجیح یک گزینه بر گزینه دیگر را بررسی کنیم.

در این مقاله در ابتدا ماهیت هر کدام را مرور کرده و سپس به مقایسه آنها از نقطه نظرهای مختلف میپردازیم.

میکروکنترلر چیست؟

به طور خلاصه میتوان گفت 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 از جمله:

  • یک واحد پردازش مرکزی (CPU)
  • قابلیت بارگذاری برنامه (به عنوان مثال رایانه های رومیزی مرورگرها را از هارد دیسک بارگیری میکنند)
  • حافظه با دسترسی تصادفی (RAM) برای ذخیره متغیرها
  • دستگاه های ورودی و خروجی برای تسهیل ارتباط (مانند صفحه کلید، ماوس، چاپگر، مانیتور)

اما یک تفاوت اصلی در این بین وجود دارد و آن هم این است که نسخه‌های بزرگ‌تر «رایانه‌های هدف عمومی» هستند. آنها قادر به اجرای هزاران برنامه هستند و برای اهداف مختلف مفید هستند. اما میکروکنترلرها تخصصی‌تر هستند و معمولاً یک کار را به خوبی انجام می دهند.

ویژگی های یک میکروکنترلر

میکروکنترلرها یک سری ویژگی و مشخصه خاص دارند که آنها را از بقیه کنترل کننده ها متمایز میکند.

ویژگی امبدد یا جانمایی شده (Embedded)

یک میکروکنترلر داخل دستگاه دیگری تعبیه و جانمایی می شود. آنها به کنترل عملکردها یا ویژگی های دستگاه کمک می کنند. به همین دلیل، ممکن است بشنوید که افراد از یک میکروکنترلر به عنوان یک میکروکنترلر تعبیه شده یا Embedded یاد می کنند.

تخصیص یک وظیفه خاص

میکروکنترلرها فقط به یک کار خاص اختصاص داده شده اند و برای اجرای یک برنامه خاص طراحی شده اند. این برنامه در حافظه فقط خواندنی (ROM) باقی می ماند، جایی که تغییری هم پیدا نمی کند.

مصرف توان پایین

یک کامپیوتر عمومی که به پریز دیواری وصل می شود، حدود 50 وات برق مصرف می کند. این در حالی است که یک میکروکنترلر تنها حدود 50 میلی وات مصرف توان دارد.

میکروکنترلر
برنامه‌نویسی و کار با میکروکنترلر

 

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 خود را از دستگاهی که کنترل می‌کند دریافت میکند و سیگنال‌هایی را برای کمک به کنترل آن به سایر بخشهای سیستم ارسال می‌کند.

برای مثال میکروکنترلر داخل تلویزیون را در نظر بگیرید. این میکرو ورودی را از طریق ریموت می پذیرد و سپس خروجی را روی صفحه تلویزیون نمایش می دهد. در داخل تلویزیون، کنترل کننده سیستم بلندگو، انتخابگر کانال و تجهیزات الکترونیکی صفحه نمایشگر را کنترل می کند.

یا یک اجاق مایکروویو را در نظر بگیرید. کنترل کننده فر، ورودی را از صفحه کلید آن 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

در بیشتر کاربردها، کاربران و مدیران پروژه‌ها به دنبال کوچکترین و مقرون به صرفه ترین گزینه‌هایی هستند که بتواند کار مد نظر آنها را به خوبی انجام دهد.

مقاوم و تاب آور

بسیاری از میکروکنترلرها می توانند گرما و سرمای زیاد و شرایط سخت تری را نسبت به کامپیوترهای معمولی تحمل کنند.

برای مثال، میکروکنترلری که موتور خودروی شما را مدیریت می‌کند، باید در برابر دماهای پایین در مناطق سرد و دماهای بالا در مناطق گرم مقاومت کند.

در حالی که در این شرایط به یک میکروکنترلر مقاوم نیاز است، اما 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 تولید

از آنجایی که میکروکنترلرها بسیار مقرون به صرفه هستند و شامل طیف گسترده ای از اجزای جانبی می شوند، استفاده از آنها به شدت رواج یافته است. برای سال ها، استفاده از آنها بر روی دنیای سازندگان، از جمله 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.

اما آیا این حرکت عاقلانه ای است؟ که از میکروکنترلرها در کاربردهای صنعتی با شرایط خاص استفاده کنیم؟ قبل از پاسخ به این سوال بهتر است به دنیای PLC ها نگاهی بیندازیم و ببینیم PLC چیست و دقیقا چه تفاوتهایی با میکروکنترلر دارد؟

 

PLC چیست ؟

اکنون که اصول و ویژگی‌های یک میکروکنترلر را پوشش دادیم، بیایید آن را با یک PLC مقایسه کنیم.

PLC یک میکروکنترلر در مقیاس بزرگتر است. پی ال سی یک کامپیوتر دیجیتال صنعتی است که برای تسهیل فرآیندهای تولید، سخت و مستحکم است.

رایج ترین کاربردهای PLC عبارت است از:

  • خطوط مونتاژ
  • دستگاه های رباتیک و بر پایه یادگیری ماشین
  • و هر عملکردی که به کنترل با قابلیت اطمینان بالا یا تشخیص خطای فرآیند نیاز دارد
پی ال سی
پی ال سی کمپانی ABB

PLC چطور کار میکند؟

یک PLC اطلاعات را از حسگرهای متصل به خود و دستگاه های ورودی می پذیرد. سپس، آن داده ها را پردازش می کند و خروجی هایی را بر اساس پارامترهای از پیش تعیین شده ایجاد می کند. بسته به تنظیمات دقیق، یک PLC حتی می‌تواند داده‌های زمان اجرا را نظارت و ضبط کند، مثلاً بهره‌وری خط ماشین یا دمای کارکرد را تجزیه و تحلیل کند.

ویژگی های PLC

چه چیزی یک PLC را از یک میکروکنترلر، کامپیوترهای صنعتی در مقیاس بزرگتر یا هر راه حل کنترل صنعتی دیگری متمایز می کند؟ بیایید به چند ویژگی کلیدی آن نگاهی بیندازیم.

ورودی/خروجی

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.

کنترل‌های ورودی/خروجی PLC می‌توانند آنالوگ یا دیجیتال باشند. ورودی ها می توانند شامل سنسورها و سوئیچ ها باشند و خروجی ها نیز شامل رله ها، سوپاپ ها، درایوها و چراغ ها هستند. یکی از مزایایی که پی ال سی ها ارائه می دهند این است که کاربران می توانند I/O خود را برای برآوردن نیازهای پیکربندی برنامه خود سفارشی کنند.

واسط کاربری انسان و ماشین (HMI)

وقتی کاربران بخواند با یک PLC به شکل Real-Time تعامل داشته باشند، برای انجام این کار به یک رابط یا واسط ماشین و انسان یا HMI نیاز است. HMIها می توانند در مقیاسی از یک صفحه نمایش ساده با صفحه کلید و متن تا یک صفحه نمایش لمسی هوشمند شبیه به لوازم الکترونیکی مصرفی مدرنِ متفاوت باشند.

ارتباطات

در حالی که دستگاه های I/O به عنوان یک نقطه شروع در نظر گرفته میشوند، یک 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 از پیش آماده شده را از PLC صادر کند 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 ارتباطی هستند تا اطمینان حاصل شود که دستگاه می تواند با سیستم های دیگر ارتباط برقرار کند.

مقایسه میکروکنترلر و PLC (با در نظر گرفتن یک سناریوی عملی)

در حالی که ممکن است برخی از برنامه ها وجود داشته باشند که در آنها یک میکروکنترلر بتواند کار مشابهی را به جای یک PLC انجام دهد، کاربران باید هر سناریو را برای تعیین بهترین سیستم در نظر بگیرند.

برای بهتر نشان داده این مقایسه، اجازه دهید از یک کاربرد صنعتی رایج برای نشان دادن موضوع استفاده کنیم. به عنوان مثال، یک کاربر را در نظر بگیرید که قصد انجام یک کار خودکار کوچک را دارد.

این کاربر می خواهد از چند سنسور و یک محرک برای فعال کردن خروجی استفاده کند. او همچنین به یک عملکرد گزارش‌دهی برای صحبت کردن با یک سیستم کنترلی بزرگتر نیاز دارد. آنچه مورد نیاز است یک برنامه عملیاتی اساسی است.

یک PLC کوچک در این مورد به خوبی کار خواهد کرد. با این حال، آیا این هوشمندانه ترین و مقرون به صرفه ترین تصمیم است؟ در این حالت در مورد استفاده از یک میکروکنترلر منبع باز و در سطح برد چه نظری میتوان داد؟

اگر در یک دوراهی مشابه هستید، در اینجا چند عامل 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 دارای تعداد I/O مورد نیاز شما هست یا خیر؟

به خاطر داشته باشید که نوع I/O مهم است. ممکن است بتوانید یک میکروکنترلر با تعداد مناسب I/O مجزا و آنالوگ پیدا کنید، اما ممکن است نوع مناسبی برای برنامه و کاربرد شما نباشد.

البته در برخی موارد، می توانید آنها را مطابق با نیازهای خود تبدیل کنید.

به عنوان مثال یک حلقه جریان 20-4 میلی آمپر را در نظر بگیرید. یک کاربر ممکن است بتواند آن را به یک حلقه ولتاژ 5-0 ولت تبدیل کند. با این حال، اگر PLC انتخابی دارای نوع I/O 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 این فرآیند خریداری کنید.

و اینجا جایی است که یک PLC می تواند بدرخشد.

اغلب PLCها برای کار با سنسورهای صنعتی طراحی شده‌اند، اکثر آنها طیف وسیع تری از انتخاب های I/O را ارائه می دهند که همین امر موجب میشود تا نیاز به مبدلهای خارجی کاهش پیدا کند. علاوه بر این، بیشتر PLC ها مابین کانالهای I/O خود ایزولاسیون مناسبی دارند که می تواند به محافظت از دستگاه ها و مدارهای آنها کمک کند.

نصب و پیاده سازی اتصالات

اکثر میکروکنترلرها مانند یک برد ساده با پین هایی برای اتصال به نظر می رسند. این 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. در اصل در این حالت نیاز به طراحی بردهای مدار چاپی (PCB) برای مدارهای جانبی میکروکنترلر شامل تغذیه، ارتباطات است؛ این در حالی است که PLC تنها نیاز به یک تابلو دارد و به سادگی میتوان با سیم بندی مشخص، اتصالات آن در تابلو PLC انجام داد و یا آن را تغییر داد. در حالیکه در بردهای میکروکنترلرها، برد و طراحی آن باید تغییر پیدا کنند.

سیستم عامل و واچ‌داگ (WatchDogs)

ممکن است یک میکروکنترلر ارزان‌تر باشد، اما کاربران دقیقا همان چیزی را که برای آن پرداخت می‌کنند دریافت می‌کنند. در میکروکنترلرها کاربر مسئول برنامه نویسی همه چیز (البته 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 نیز 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 نگهدارنده و WatchDogها (ناظرها) 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 (WatchDog) شروع به کار کرده و شروع به زمان بندی هر اسکن برنامه می کند. اگر یک اسکن در زمان تعیین شده تمام نشود، یک هشدار صادر میکند. این باعث میشود تا PLC به مود خطای عملکرد برود و در حالت ایمن قرار بگیرد در حالی که به کاربر نیز اطلاع می دهد.

در عین حال، ناظران یا WatchDogهای 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) ارتباط برقرار میکند، WatchDog هر اسکن را هنگام انجام آن شمارش میکند.

اگر تعداد اسکن‌ها شروع به تأخیر و کندی کند، نشان دهنده وجود مشکل در PLC است. در بیشتر موارد، این حالت سیستم را به حالت ایمن (Safe Mode) می برد و به کاربر نیز هشدار می دهد.

آیا می توانید این قابلیت را در یک میکروکنترلر نیز داشته باشیم؟ پاسخ کوتاه “بله” است اگرچه آسان نیست.

کاربران باید این برنامه‌ها را از ابتدا بنویسند یا از ماژول‌های نرم‌افزاری موجود دوباره 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 نیز پر زحمت است.

عملکرد در شرایط خاص صنعتی

اما عملکرد این دو کنترلر در شرایط خاص صنعتی چطور است؟ آیا PLCها بهتر از میکروکنترلرها می توانند شرایط ناپایدار را تحمل کنند؟ در اینجا چند پارامتر برای مقایسه و بررسی وجود دارد:

شوک و لرزش

یک PLC قادر به مقاومت در برابر مقادیر شدید شوک و لرزش معمول در محیط های انبار و واحدهای صنعتی و کارخانجات است. یک میکروکنترلر نیز ممکن است در این شرایط کار کند، اگرچه نیاز به ملاحظات نصب و اتصال ویژه ای دارد که برای مقابله با این وضعیت طراحی شده است.

خوردگی

در برخی از محیط‌ها، تجهیزات در اطراف بخارها و دودهایی هستند که می‌توانند سیم‌کشی و سایر اجزا را دچار خوردگی کنند.

اکثر PLC ها شامل پوشش هایی هستند در این شرایط به کمک آن می‌آید. سیم بندی و اتصالات آنها نیز شامل مواد مقاوم در برابر خوردگی است.

نویز

تقریباً در هر محیط صنعتی، سیستم هایی را خواهید یافت که نویز الکترونیکی همراه با میدان های مغناطیسی ایجاد می کنند. آیا تجهیزات موجود می توانند آن را تحمل کنند؟
اگر تداخل به اندازه کافی قابل توجه باشد، یک میکروکنترلر ارزان می تواند به سادگی به حالت خطا برود یا برنامه خود را از دست بدهد.

اما یک PLC از سطح حفاظت بهتری برخوردار است. پی ال سی ها می توانند نویز الکترونیکی استاندارد را بدون مشکل تحمل کنند.

سطوح دما

اکثر میکروکنترلرها در یک محیط خوش آب و هوا! و با دمای کنترل شده بهترین عملکرد را دارند، اگرچه برخی از میکروکنترلرها می توانند در محدوده های پایین تر یا بالاتر نیز مقاومت خوبی از خود نشان دهند.

با این حال، تا زمانی که اجزای مناسب سیستم انتخاب شود، کاربران می توانند بدون نگرانی یک PLC را در یک محفظه بیرونی نصب کنند که در معرض دمای شدید قرار دارد.

استانداردهای صنعتی برای آزمایش

مطمئن نیستید که چگونه برای هر یک از ویژگی های بالا کنترلر خود را تست کنید؟
کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک (IEC) و آزمایشگاه‌های بیمه‌گر (UL) به همین منظور استانداردهایی را ارائه می‌کنند. هر سیستم PLC شامل مستنداتی خواهد بود که تست های تکمیل شده و روش مورد استفاده را فهرست می کند.

اکثر میکروکنترلرها معمولاً تحت چنین آزمایش گسترده ای قرار نمی گیرند و همین موضوع می تواند شناخت قابلیت های آنها را دشوارتر کند.

 

جمع بندی نهایی

بسته به سناریوی مورد استفاده، بودجه و انتظارات از برنامه عملکردی، 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، ماهیتاً محدودتر از PLC ها هستند. این بدان معناست که اگر به دنبال سیستمی برای ورود به یک شبکه صنعتی بزرگتر هستید، ممکن است میکروکنترلر این کار را به خوبی نتواند انجام دهد. با این حال، می تواند برای پروژه های کوچکتر و سایر ابزارهای آموزشی که چندان پیچیده نیستند عالی باشد.

به طور کلی، تفاوت اساسی بین PLC و میکروکنترلر در زیر خلاصه شده است:

  • در PLCها از قبل، سیستم و برنامه‌های نرم‌افزاری و سخت‌افزاری، ساخته و آزمایش شده‌اند.
  • PLC‌ها عموماً دارای Redundancy داخلی هستند که به آن‌ها این امکان را می‌دهد که در برابر خطاها مقاوم باشند. در صورتی که میکروکنترلرها این قابلیت را ندارند.
  • PLCها می‌توانند بسیاری از پروتکل‌های ارتباطی صنعتی را پشتیبانی کنند. میکروکنترلرها به سادگی قادر به انجام این کار نیستند.
  • PLCها برای استفاده در برنامه‌های صنعتی قابل اعتمادتر و قوی‌تر هستند. بسیار کمتر از میکروکنترلر‌ها دچار خطا یا خرابی می‌شوند. 
  • ظرفیت ورودی/خروجی و انعطاف‌پذیریِ PLC بسیار بیشتر از میکروکنترلر است.
  • PLC‌های مدرن دارای بیش از یک CPU هستند که به آن‌ها امکان می‌دهد وظایف حساس مربوط به ایمنی را انجام دهند یا وظایف حیاتی را اسکن کنند. در حال حاضر میکروکنترلرها قادر به انجام این کار نیستند.
  •  میکروکنترلرها و به طور کلی SOCها برای برنامه های پرسرعت و Real-Time گزینه بهتری نسبت به PLC هستند.
  • به طور کلی میکروکنترلرها انعطاف پذیری بیشتری در برنامه نویسی و پیچیده شدن برنامه ها دارند. برنامه های خاص را با میکروکنترلرها بهتر میتوان پیاده کرد. چرا که PLCها محدود به یک سری برنامه های از پیش ساخته هستند و عملاً محدود به امکانات و بلوکهای نرم افزاری همان شرکت سازنده خود هستند.

بنابراین اگر برنامه شما شامل زمان واقعی، ایمنی و وظایف مهم بررسی (نمونه‌برداری با نرخ بالا) باشد، PLC به وضوح برنده است. با این حال، اگر برنامه شما محدودیت بودجه دارد، حیاتی نیست یا دارای خطرات کم است، میکروکنترلر می‌تواند جایگزین مناسبی باشد.

این مقاله چطور بود؟

میانگین امتیاز 3.8 / 5. تعداد آرا: 4

یک دیدگاه

ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید