Vue d'ensemble des PLC et de diverses cartes PLC basées sur Arduino

Arduino a été introduit pour la première fois en 2005 dans le but de fournir un moyen simple et peu coûteux pour les novices et les professionnels de créer des appareils qui interagissent avec leur environnement à l'aide de capteurs et d'actionneurs.

Avant l'introduction d'Arduino, la conception embarquée était considérée comme un sujet complexe et les amateurs (ou ingénieurs) devaient trouver un professionnel pour obtenir un modèle fonctionnel pour leur problème. Comme si vous voulez une simple imprimante 3D, vous devez obtenir une aide professionnelle car il existe des milliers de contrôleurs avec leur IDE compatible. Et l'amateur ne peut pas connaître tous les microcontrôleurs et leurs modes de programmation. Cette situation a pris fin avec l'introduction d'ARDUINO universellement accepté. Et avec cela, les amateurs ou les ingénieurs peuvent concevoir et développer leurs propres projets sans beaucoup d'aide professionnelle.

Et la raison pour laquelle il est devenu si universellement accepté parce qu'il s'agit d'une plate-forme électronique open source basée sur du matériel et des logiciels faciles à utiliser. Les cartes Arduino sont capables de lire des entrées comme la lumière sur un capteur, un doigt sur un bouton et de le transformer en une sortie programmable telle que l'activation d'un moteur, l'allumage d'une LED et la publication de quelque chose en ligne.

Au fil des années, Arduino est devenu plus populaire et avec cela de nombreuses cartes avancées avec des objectifs similaires sont développées comme Raspberry PI, Panda, etc. Arduino est utilisé comme cerveau dans des milliers de projets, des objets du quotidien aux instruments scientifiques complexes. Des étudiants, des amateurs, des artistes, des programmeurs et des professionnels du monde entier se sont rassemblés autour de cette plate-forme open-source et ont développé de nombreux projets, amassant ainsi une quantité incroyable de connaissances qui peuvent être d'une grande aide pour les novices et les experts.

Avec les connaissances accumulées et l'introduction récente de l'IoT, le battage médiatique sur Arduino a fait un autre pas en avant, devenant ainsi un outil d'apprentissage nécessaire pour les ingénieurs et les amateurs. Maintenant, la carte Arduino a commencé à changer pour s'adapter aux nouveaux besoins et défis tels que les applications IoT, le portable, l'impression 3D, les environnements embarqués et enfin le PLC (Programmable Logic Controller). Ici, dans cet article, nous allons découvrir Qu'est-ce que le PLC et comment Arduino peut être utilisé comme PLC.

Introduction à l'API (contrôleur logique programmable)

Tout d'abord, comprenons le terme d' automatisation industrielle avant de passer à l'API. Comme nous le savons tous, l'utilisation de machines pour le travail dans les industries est plus rentable que l'utilisation des humains, car les machines n'ont pas besoin d'argent, de vacances ou de pauses, donc si les machines sont utilisées à la place des humains, les industries peuvent produire leurs produits 24 heures sur 24, 7 jours sur 7 sans problème.. Maintenant, cette configuration de remplacement des humains par des machines ou des bras robotiques s'appelle l'automatisation industrielle.

PLC est une unité de contrôle spécialement conçue pour faire fonctionner les machines utilisées pour l'automatisation industrielle. Ils sont conçus pour être fiables dans des environnements industriels difficiles (comme des températures extrêmes, des conditions humides, humides et poussiéreuses). Les applications PLC peuvent être vues sur la ligne d'assemblage de l'usine de fabrication, une usine de traitement du minerai, le soudage robotisé, la sculpture CNC, etc. Étant donné que cet équipement est conçu pour un rendement élevé et un environnement robuste, il est coûteux à la fois pour l'installation et la réparation.

PLC (Programmable Logic Controller) possède de nombreuses fonctionnalités similaires à notre ordinateur personnel à la maison. Ils ont tous deux une unité d'alimentation, une unité centrale de traitement (CPU), des ports d'entrée et de sortie (E / S), une mémoire RAM et ROM et un logiciel de contrôle. La plus grande différence entre les deux est que l'API peut exécuter des fonctions discrètes et continues dans un environnement difficile qu'un PC ne peut pas faire. Vous pouvez également lire la différence entre l'API et le microcontrôleur pour avoir un aperçu de sa comparaison avec les microcontrôleurs.

Il existe de nombreux types d'automates programmables sur le marché en fonction des exigences du client. Bien qu'il existe de nombreux types d'automates, ils suivent certaines normes que l'utilisateur peut facilement choisir.

Fonction de base de l'API

Pour comprendre le fonctionnement de base de l'API, supposons un exemple simple comme indiqué ci-dessous.

Disons que dans cette configuration, nous devons allumer l'ampoule pendant les cinquante premières secondes et éteindre l'ampoule pendant les vingt secondes suivantes, puis nous devons utiliser l'interrupteur du circuit pour fermer et ouvrir la boucle en continu. C'est une tâche simple mais très fastidieuse pour un humain et il n'est pas rentable d'acheter un relais temporisé pour ce type de problème à chaque fois. Dans tous ces cas, nous pouvons utiliser un seul API pour résoudre le problème.

Ici, vous pouvez voir qu'un API est connecté dans la boucle de la configuration tout en maintenant l'interrupteur fermé. Nous pouvons utiliser la programmation pour régler la minuterie de l'API dans le circuit. Une fois que cela est fait, le PLC peut fermer et ouvrir la boucle en continu, ce qui remplace la nécessité d'une intervention humaine. Une fois que l'API commence à exécuter le programme, il ne s'arrêtera pas tant qu'une interruption ne sera pas donnée.

Il ne s'agit que d'une configuration simple et un API a la capacité de contrôler des processus beaucoup plus grands et plus complexes tels que le contrôle PWM, la détection, etc. Un API est généralement conçu de manière à ce que le client puisse personnaliser le Fonctionnement de l'automate en fonction de l'application et du besoin.

Schéma fonctionnel de l'API

Voyons maintenant les modules importants présents dans l'automate.

Module d'alimentation: ce module est parfois placé comme une configuration distincte comme un adaptateur et dans d'autres cas, il sera conçu directement sur le PCB principal. La fonction du module est de fournir la puissance requise à l'ensemble de la configuration de l'API (Programmable Logic Controller). Le module est un convertisseur qui convertit l'alimentation CA disponible en alimentation CC requise par le CPU et d'autres modules. Habituellement, le PLC fonctionne sur un rail d'alimentation 12V et 24V.

Unité centrale de traitement: Ce module est le plus protégé car il est au cœur du fonctionnement de tout l'automate. Le module CPU se compose d'un microprocesseur ou d'un microcontrôleur, d'une mémoire programme, d'une mémoire flash et d'une mémoire RAMS. La mémoire flash ou la mémoire ROM stocke le système d'exploitation, le pilote et le programme d'application. La RAM est utilisée par le microprocesseur pour accéder aux données et aux informations.

La fonction de la CPU est d'exécuter le programme stocké dans la mémoire et d'agir selon les instructions écrites. Donc, fondamentalement, le processeur lit les données d'entrée des capteurs à traiter et envoie finalement une réponse appropriée en fonction du programme.

Module d'entrée et de sortie: le module d'entrée est utilisé pour établir une liaison entre divers capteurs et claviers vers la CPU et le module de sortie est utilisé par le processeur pour fournir une réponse au monde extérieur.

Module de périphérique de programmation: Ce module est utilisé pour établir la communication entre le PC et l'API. La fonction de base est de reprogrammer le microprocesseur du PLC.

Types d'API (contrôleur logique programmable)

Le PLC est divisé en deux types: PLC fixe (ou PLC compact) et PLC modulaire.

1. API compact ou fixe: Il s'agit généralement d'un API bas de gamme qui est populaire dans de nombreuses industries. L'automate compact a un nombre fixe de modules d'E / S et de cartes d'E / S externes et ils ne peuvent pas être étendus ultérieurement pour faire une configuration plus complexe. Vous pouvez voir un API fixe dans la figure ci-dessous.

2. API modulaire: l'API modulaire permet de multiples extensions en empilant des «modules» en parallèle. Les ports d'E / S de l'API modulaire peuvent être augmentés pour des opérations plus complexes dans l'industrie. L'automate modulaire est également plus facile à utiliser car chaque composant est indépendant les uns des autres. Ce type d'API est populaire dans de nombreuses industries

Arduino vs PLC (contrôleur logique programmable)

Comme nous l'avons mentionné précédemment, les modules importants d'un automate sont similaires à un PC (ordinateur personnel) et sont encore plus similaires aux ordinateurs monocarte comme Arduino. Donc, en interne, à un certain niveau, le fonctionnement du PLC et de l'Arduino est le même et nous pouvons utiliser cet Arduino pour concevoir un PLC (Programmable Logic Controller). Les automates Arduino sont déjà présents sur le marché et sont disponibles moins chers que les automates conventionnels. Arduino-PLC devient donc populaire ces jours-ci et ses applications augmenteront davantage à l'avenir. Ce sont certaines différences entre l'API Arduino et l'API conventionnel et quelques-unes d'entre elles sont mentionnées ci-dessous.

API Arduino	PLC (contrôleur logique programmable)
Composants externes nécessaires pour fonctionner comme API	N'a pas besoin de composants externes supplémentaires
Universellement accepté	Promu principalement dans les industries
À bas prix	Coût élevé
Besoin d'apprendre la programmation de base pour réécrire le programme Arduino	Seule technique d'exploitation de base nécessaire pour la reprogrammation de l'API
La reprogrammation est relativement difficile	La reprogrammation est relativement simple
Performance satisfaisante	Haute performance
Ne peut pas travailler dans des conditions difficiles	Peut fonctionner dans des conditions difficiles
Compact et petit	Volumineux et lourd
L'empilement ne peut pas être utilisé pour favoriser le fonctionnement de l'API de l'API Arduino	L'empilement peut être utilisé pour favoriser le fonctionnement de l'API d'un API normal
Plus d'options de communication	Moins d'options de communication
Facile à remplacer et à réparer	Difficile à remplacer et à réparer
Moins d'options pour choisir	De nombreuses options pour choisir

Parlons maintenant brièvement des API populaires basés sur Arduino qui sont actuellement sur le marché.

1. Blindages industriels Automates Arduino

Industrial Shields est une entreprise populaire qui fournit des blindages PLC basés sur Arduino pour de nombreuses applications industrielles. Les boucliers couramment utilisés sont brièvement décrits ci-dessous.

Boucliers industriels ARDBOX:

ARDBOX est un automate basé sur Arduino conçu pour les applications industrielles à petite et moyenne échelle. L'image d'ARDBOX est montrée ci-dessous.

L'ARDBOX est conçu sur la base d'ARDUINO LEONARO, donc fondamentalement, toutes les spécifications techniques d'ARDBOX sont des spécifications LEONARO. Les caractéristiques de base et les spécifications techniques d'ARDBOX sont indiquées ci-dessous.

Tension d'entrée	12V ou 24V
Puissance nominale	30 watts
Courant maximum	1,5 A
Vitesse de l'horloge	16 MHz
Taille	100x45x115 millimètre
Langage de programmation	Arduino IDE.
Mémoire flash	32 Ko dont 4 Ko sont utilisés par le chargeur de démarrage
SRAM	2,5 Ko
EEPROM	1 Ko
Les communications	I2C - USB - RS232 - RS485 - SPI - TTL
TOTAL Points d'entrée	dix
TOTAL points de sortie	dix
Sortie isolée PWM	à 24Vdc Je max: 70 mA Isolation galvanique Diode protégée pour le relais Tension nominale: 24Vdc

Boucliers industriels M-Duino:

M-DUINO est un API basé sur Arduino conçu pour les applications industrielles à petite et moyenne échelle. L'image de l'API est présentée ci-dessous.

Le M-DUINO est conçu sur la base de la carte ARDUINO MEGA, donc toutes les spécifications techniques de la carte MEGA sont des spécifications M-DUINO. Les caractéristiques de base et les spécifications techniques de M-DUINO sont indiquées ci-dessous.

Tension d'entrée	12V ou 24V
Puissance nominale	40 watts
Courant de sortie maximum	0,5 A
Vitesse de l'horloge	16 MHz
Taille	101x119x70mm
Langage de programmation	Arduino IDE.
Mémoire flash	32 Ko dont 0,5 Ko sont utilisés par le chargeur de démarrage
SRAM	2 Ko
EEPROM	1 Ko
Les communications	I2C1 - Port Ethernet - USB - RS485 - SPI - (3x) Rx, Tx (broches Arduino)
TOTAL Points d'entrée	13,26,36
TOTAL points de sortie	8,16,22
Sortie isolée PWM	24Vdc (3,6,8) Je max: 70 mA

2. Automates PLDuino Arduino

PLDuino est un contrôleur logique programmable (PLC) basé sur Arduino Open Source de Digital Loggers qui est disponible sur le marché pour environ 150 $. Cet API combine l'Arduino Mega (ATmega2560) avec un module Wi-Fi ESP8266 et un écran tactile TFT 2,4 ”, afin de le rendre adapté aux applications IoT industrielles et autres applications de robotique d'usine.

PLDuino peut être facilement programmé en utilisant un simple câble USB, également avec le populaire Arduino IDE, le PLDuino peut également être programmé en utilisant Lua, GNU ou même AVR Studio. PLDuino fournit également des codes de démonstration et des bibliothèques pour aider les débutants à démarrer rapidement le développement. Pour les utilisateurs avancés, PLDuino a également permis de faire apparaître le couvercle et d'explorer l'intérieur de l'API afin de personnaliser le matériel selon les besoins de leur application, les schémas complets et les spécifications des composants sont également disponibles en ligne. Les spécifications complètes de PLDuino sont montrées dans l'image ci-dessous

3. Automates Controllino Arduino

Controllino n'est rien d'autre qu'un Arduino industrialisé. Il combine la flexibilité et la nature open source de l'écosystème Arduino avec la sécurité et la fiabilité des API de qualité industrielle.

La société propose trois modules conçus à partir de trois cartes Arduino.

Controllino MINI:

Il est conçu sur la carte Arduino Uno.

Tension d'entrée	12V ou 24V
Température de fonctionnement	5ºC à 55ºC
Courant de relais maximal	6A
Vitesse de l'horloge	16 MHz
Taille	36x90x60 millimètre
Langage de programmation	Arduino IDE.
Mémoire flash	32 Ko dont 0,5 Ko sont utilisés par le chargeur de démarrage
SRAM	2 Ko
EEPROM	1 Ko
Les communications	I2C1– USB - SPI
TOTAL Points d'entrée	8
TOTAL points de sortie	8

Controllino MAXI:

Ceci est conçu sur le microcontrôleur ATMEGA2560 Atmel ou sur la carte Arduino Mega.

Tension d'entrée	12V ou 24V
Température de fonctionnement	0ºC à 55ºC
Courant maximum du relais de sortie	6A
Vitesse de l'horloge	16 MHz
Taille	72x90x62mm
Langage de programmation	IDE Arduino
Mémoire flash	256 Ko
SRAM	8 Ko
EEPROM	4 Ko
Les communications	I2C1, port Ethernet, USB, SPI
TOTAL Points d'entrée	12
TOTAL points de sortie	12, sortie relais-10

Controllino Mega:

Mega PLC est conçu sur le microcontrôleur ATMEGA2560 Atmel ou sur la carte Arduino Mega.

Tension d'entrée	12V ou 24V
Température de fonctionnement	0ºC à 55ºC
Courant maximum du relais de sortie	6A
Vitesse de l'horloge	16 MHz
Taille	107x90x62mm
Langage de programmation	IDE Arduino
Mémoire flash	256 Ko
SRAM	8 Ko
EEPROM	4 Ko
Les communications	I2C1, port Ethernet, USB, SPI
TOTAL Points d'entrée	21
TOTAL points de sortie	24, sortie relais-16

Avantages de l'API Arduino

• Peut être acheté à faible coût.
• Peut être programmé à l'aide du logiciel Arduino IDE.
• Compatibilité élevée.
• Grande marge de manœuvre.
• Facile à remplacer par rapport aux API conventionnels.

Inconvénients de l'API Arduino

• Très peu de choix sont disponibles pour la sélection.
• Ne convient pas aux applications à grande échelle.
• Sensible par rapport aux automates conventionnels.
• Nécessite plus d'entretien.
• Moins professionnel.