Microcontrôleur vs PLC: une comparaison détaillée

L'avènement d'Arduino et de dizaines d'autres cartes à base de microcontrôleurs ces derniers temps a accru l'intérêt pour les systèmes embarqués, ouvrant le monde des microcontrôleurs à un grand nombre. Cela a non seulement augmenté le nombre d'utilisateurs de microcontrôleurs, mais également augmenté la portée et les applications dans lesquelles ils sont utilisés. C'est pourquoi, au cours des derniers articles, nous avons couvert certains sujets clés qui sont importants pour la construction de grands systèmes embarqués tels que; sélectionner le bon microcontrôleur pour votre projet, choisir entre un microcontrôleur et un microprocesseur. Dans le même ordre d'idées, pour l'article d'aujourd'hui, je comparerai les microcontrôleurs aux automates programmables (PLC).

Programmable Logic Controller

Un contrôleur logique programmable (API) est simplement un dispositif informatique à usage spécial conçu pour être utilisé dans des systèmes de contrôle industriels et d'autres systèmes où la fiabilité du système est élevée.

Ils ont été initialement développés pour remplacer les relais câblés, les séquences et les minuteries utilisés dans le processus de fabrication par l'industrie de l'automatisation, mais aujourd'hui, ils ont évolué et sont utilisés par tous les types de processus de fabrication, y compris les lignes robotisées. De nos jours, il n'y a probablement pas une seule usine dans le monde qui ne dispose pas d'une machine ou d'un équipement fonctionnant sur des automates. La raison principale de leur large adoption et utilisation peut être trouvée profondément enracinée dans leur robustesse et leur capacité à résister à la manipulation / à l'environnement brutal associés aux planchers de fabrication. Ils sont également un bon exemple de systèmes d'exploitation en temps réel car ils ont une grande capacité à produire des sorties vers des entrées spécifiques dans un laps de temps très court, ce qui est une exigence clé pour les paramètres industriels, car un deuxième retard pourrait perturber toute l'opération.

Microcontrôleurs

Les microcontrôleurs, quant à eux, sont de petits dispositifs informatiques sur une seule puce qui contiennent un ou plusieurs cœurs de traitement, avec des dispositifs de mémoire intégrés aux côtés de ports d'entrée et de sortie (E / S) programmables spéciaux et à usage général. Ils sont utilisés dans toutes sortes d'appareils quotidiens, en particulier dans les applications où seules des tâches répétitives spécifiques doivent être effectuées. Ils sont généralement nus et ne peuvent pas être utilisés comme des appareils autonomes sans les connexions nécessaires. Contrairement aux API, ils ne disposent pas d'interfaces telles que l'affichage et de commutateurs intégrés car ils ne disposent généralement que de GPIO auxquels ces composants peuvent être connectés.

Le didacticiel d'aujourd'hui se concentrera sur la comparaison des automates programmables et des systèmes de microcontrôleur sous différentes rubriques, notamment;

1. Architecture
2. Interfaces
3. Performance et fiabilité
4. Niveau de compétence requis
5. La programmation
6. Applications

1. Architecture

Architecture des API:

Les automates programmables peuvent généralement être qualifiés de microcontrôleur de haut niveau. Ils sont essentiellement constitués d'un module de processeur, l'alimentation électrique, et les modules d' E / S. Le module processeur se compose de l'unité centrale (CPU) et de la mémoire. En plus d'un microprocesseur, la CPU contient également au moins une interface à travers laquelle elle peut être programmée (USB, Ethernet ou RS232) avec des réseaux de communication. L'alimentation est généralement un module séparé et les modules d'E / S sont séparés du processeur. Les types de modules d'E / S comprennent des modules discrets (marche / arrêt), analogiques (variable continue) et des modules spéciaux tels que la commande de mouvement ou les compteurs rapides. Les appareils de terrain sont connectés aux modules d'E / S.

Selon le nombre de modules d'E / S possédés par l'automate, ils peuvent se trouver dans le même boîtier que l'automate ou dans un boîtier séparé. Certains petits automates appelés nano / micro automates ont généralement toutes leurs pièces, y compris l'alimentation, le processeur, etc. dans le même boîtier.

Architecture du microcontrôleur

L'architecture des automates décrits ci-dessus est quelque peu similaire aux microcontrôleurs en termes de constituants, mais le microcontrôleur implémente tout sur une seule puce, de la CPU aux ports d'E / S et aux interfaces nécessaires à la communication avec le monde extérieur. L'architecture du microcontrôleur est illustrée ci-dessous.

Un exemple de code basé sur une logique à relais / diagramme est illustré ci-dessus. Il ressemble généralement à une échelle, ce qui explique son nom. Cette apparence simplifiée rend les API très faciles à programmer, de sorte que si vous pouvez analyser un schéma, vous pouvez programmer des API.

En raison de la popularité récente des langages de programmation modernes de haut niveau, les automates sont désormais programmés à l'aide de ces langages tels que C, C ++ et de base, mais tous les automates respectent généralement la norme des systèmes de contrôle CEI 61131/3 de l'industrie et prennent en charge les langages de programmation stipulés par le norme qui comprend; Diagramme à contacts, texte structuré, diagramme de blocs fonctionnels, liste d'instructions et organigramme séquentiel.

Les API modernes sont généralement programmées via un logiciel d'application basé sur l'un des langages mentionnés ci-dessus, fonctionnant sur un PC connecté à l'API en utilisant l'une des interfaces USB, Ethernet, RS232, RS-485, RS-422.

Les microcontrôleurs, quant à eux, sont programmés en utilisant des langages de bas niveau comme l'assemblage ou des langages de haut niveau comme C et C ++ entre autres. Cela nécessite généralement un haut niveau d'expérience avec le langage de programmation utilisé et une compréhension générale des principes de développement de micrologiciels. Les programmeurs doivent généralement comprendre des concepts tels que les structures de données et une compréhension approfondie de l'architecture du microcontrôleur est nécessaire pour développer un très bon micrologiciel pour le projet.

Les microcontrôleurs sont généralement également programmés via un logiciel d'application fonctionnant sur un PC et ils sont généralement connectés à ce PC via un matériel supplémentaire généralement appelé programmeur.

Le fonctionnement des programmes sur l'automate est cependant très similaire à celui du microcontrôleur. L'automate utilise un contrôleur dédié, par conséquent, il ne traite qu'un seul programme à plusieurs reprises. Un cycle à travers le programme s'appelle un scan et il est similaire à un microcontrôleur passant par une boucle.

Un cycle de fonctionnement du programme exécuté sur l'automate est illustré ci-dessous.

6. Applications

Les API sont les principaux éléments de contrôle utilisés dans les systèmes de contrôle industriels. Ils trouvent une application dans le contrôle de machines industrielles, convoyeurs, robots et autres machines de ligne de production. Ils sont également utilisés dans les systèmes basés sur SCADA et dans les systèmes qui nécessitent un haut niveau de fiabilité et de capacité à résister à des conditions extrêmes. Ils sont utilisés dans les industries, y compris;

1. Système de remplissage continu de bouteilles Système de

mélange

2.Batch Système de climatisation

3.Stage 4. Contrôle de la circulation

Les microcontrôleurs, quant à eux, trouvent une application dans les appareils électroniques de tous les jours. Ce sont les principaux éléments constitutifs de plusieurs appareils électroniques grand public et appareils intelligents.

Remplacement des API dans les applications industrielles par des microcontrôleurs

L'avènement de cartes microcontrôleurs faciles à utiliser a élargi la portée dans laquelle les microcontrôleurs sont utilisés, ils sont maintenant adaptés pour certaines applications pour lesquelles les microcontrôleurs étaient considérés comme inappropriés, des mini ordinateurs de bricolage à plusieurs systèmes de contrôle complexes. Cela a conduit à se demander pourquoi les microcontrôleurs ne sont pas utilisés à la place des automates, l'argument principal étant le coût des automates par rapport à celui des microcontrôleurs. Il est important de faire beaucoup de choses aux microcontrôleurs ordinaires avant de pouvoir les utiliser dans des applications industrielles.

Si la réponse peut être trouvée à partir des points déjà mentionnés dans cet article, il suffit de souligner deux points clés.

1. Les microcontrôleurs ne sont pas conçus avec la robustesse et la capacité de résister à des conditions extrêmes comme les API. Cela les rend pas prêts pour les applications industrielles.

2. Les capteurs et actionneurs industriels sont généralement conçus selon la norme CEI qui est généralement à une plage de courant / tension et des interfaces qui peuvent ne pas être directement compatibles avec les microcontrôleurs et nécessiteront une sorte de matériel de support qui augmente le coût.

D'autres points existent mais pour rester dans le cadre de cet article, il faut s'arrêter là.

En résumé, chacun de ces dispositifs de contrôle est conçu pour être utilisé dans certains systèmes et ils doivent être bien pris en compte avant de prendre une décision sur le meilleur pour une application particulière. Il est important de noter que certains fabricants construisent des API basés sur des microcontrôleurs, comme les blindages industriels fabriquent désormais des API basés sur Arduino illustrés ci-dessous.