Microcontrolador vs plc: uma comparação detalhada

O advento do Arduino e dezenas de outras placas baseadas em microcontroladores nos últimos tempos aumentou o interesse em sistemas embarcados, abrindo o mundo dos microcontroladores para um grande número. Isso não apenas aumentou o número de usuários de microcontroladores, mas também aumentou o escopo e as aplicações em que são usados. É por isso que, nos últimos artigos, cobrimos alguns tópicos importantes para a construção de ótimos dispositivos de sistemas embarcados, como; selecionando o microcontrolador certo para o seu projeto, escolhendo entre um microcontrolador e microprocessador. Na mesma linha, para o artigo de hoje, compararei microcontroladores a controladores lógicos programáveis ​​(PLCs).

Controlador Lógico Programável

Um controlador lógico programável (PLC) é simplesmente um dispositivo de computação de propósito especial projetado para uso em sistemas de controle industrial e outros sistemas onde a confiabilidade do sistema é alta.

Eles foram desenvolvidos inicialmente para substituir relés com fio, sequências e temporizadores usados ​​no processo de fabricação pela indústria de automação, mas hoje eles foram dimensionados e estão sendo usados ​​por todos os tipos de processos de fabricação, incluindo linhas baseadas em robôs. Hoje em dia, provavelmente não existe uma única fábrica no mundo que não tenha uma máquina ou equipamento rodando em PLCs. A principal razão para sua ampla adoção e uso pode ser encontrada profundamente enraizada em sua robustez e capacidade de suportar o manuseio / ambiente áspero associado aos pisos de fabricação. Eles também são um bom exemplo de sistemas operacionais em tempo real pois eles têm alta capacidade de produzir resultados para insumos específicos em um período de tempo muito curto, o que é um requisito fundamental para configurações industriais, pois um segundo atraso pode interromper toda a operação.

Microcontroladores

Os microcontroladores, por outro lado, são pequenos dispositivos de computação em um único chip que contém um ou mais núcleos de processamento, com dispositivos de memória incorporados ao lado de portas de entrada e saída (E / S) especiais e de uso geral programáveis. Eles são usados ​​em todos os tipos de dispositivos do dia a dia, especialmente em aplicativos onde apenas tarefas repetitivas específicas precisam ser executadas. Eles geralmente estão vazios e não podem ser usados ​​como dispositivos independentes sem as conexões necessárias. Ao contrário dos PLCs, eles não têm interfaces como display e switches integrados, pois geralmente têm apenas GPIOs aos quais esses componentes podem ser conectados.

O tutorial de hoje será focado na comparação de sistemas PLCs e Microcontroladores sob diferentes títulos que incluem;

1. Arquitetura
2. Interfaces
3. Desempenho e confiabilidade
4. Nível de habilidade necessária
5. Programação
6. Formulários

1. Arquitetura

Arquitetura de PLCs:

Os PLCs geralmente podem ser referidos como microcontroladores de alto nível. Eles são essencialmente constituído por um módulo de processador, a fonte de alimentação, e os módulos de E / S. O módulo do processador consiste na unidade de processamento central (CPU) e na memória. Além de um microprocessador, a CPU também contém pelo menos uma interface através da qual pode ser programada (USB, Ethernet ou RS232) junto com redes de comunicação. A fonte de alimentação é geralmente um módulo separado e os módulos de E / S são separados do processador. Os tipos de módulos de E / S incluem discreto (on / off), analógico (variável contínua) e módulos especiais como controle de movimento ou contadores de alta velocidade. Os dispositivos de campo são conectados aos módulos de E / S.

Dependendo da quantidade de módulos de E / S possuídos pelo PLC, eles podem estar no mesmo gabinete que o PLC ou em um gabinete separado. Certos PLCs pequenos chamados PLCs nano / micro geralmente têm todas as suas peças, incluindo alimentação, processador, etc., no mesmo gabinete.

Arquitetura do microcontrolador

A arquitetura dos PLCs descritos acima é um pouco semelhante à dos microcontroladores em termos de constituintes, mas o microcontrolador implementa tudo em um único chip, desde a CPU até as portas de E / S e interfaces necessárias para comunicação com o mundo externo. A arquitetura do microcontrolador é mostrada abaixo.

Um exemplo de um código baseado em diagrama / lógica ladder é mostrado acima. Geralmente se parece com uma escada, que é a razão por trás de seu nome. Esta aparência simplificada torna os PLCs muito fáceis de programar, de forma que, se você puder analisar um esquema, poderá programar os PLCs.

Devido à recente popularidade das linguagens de programação de alto nível modernas, os PLCs estão agora sendo programados usando essas linguagens como C, C ++ e básico, mas todos os PLCs geralmente ainda aderem ao padrão de sistemas de controle IEC 61131/3 da indústria e suportam as linguagens de programação estipuladas pelo padrão que inclui; Diagrama Ladder, Texto Estruturado, Diagrama de Blocos Funcionais, Lista de Instruções e Fluxograma Sequencial.

Os PLC modernos são geralmente programados através de um software aplicativo baseado em qualquer uma das linguagens mencionadas acima, rodando em um PC conectado ao PLC usando qualquer uma das interfaces, USB, Ethernet, RS232, RS-485, RS-422.

Os microcontroladores, por outro lado, são programados usando linguagens de baixo nível como assembly ou linguagens de alto nível como C e C ++ entre outras. Geralmente, requer um alto nível de experiência com a linguagem de programação que está sendo usada e uma compreensão geral dos princípios de desenvolvimento de firmware. Os programadores geralmente precisam entender conceitos como estruturas de dados e um entendimento profundo da arquitetura do microcontrolador é necessário para desenvolver um firmware muito bom para o projeto.

Os microcontroladores geralmente também são programados por meio de um software aplicativo em execução em um PC e geralmente são conectados a esse PC por meio de uma peça adicional de hardware geralmente chamada de programadores.

O funcionamento dos programas no PLC é, no entanto, muito semelhante ao do microcontrolador. O PLC usa um controlador dedicado, como resultado, eles processam apenas um programa repetidamente. Um ciclo no programa é chamado de varredura e é semelhante a um microcontrolador passando por um loop.

Um ciclo operacional através do programa em execução no PLC é mostrado abaixo.

6. Aplicativos

PLCs são os principais elementos de controle usados ​​em sistemas de controle industrial. Eles encontram aplicação no controle de máquinas industriais, transportadores, robôs e outras máquinas de linha de produção. Eles também são usados ​​em sistemas baseados em SCADA e em sistemas que requerem um alto nível de confiabilidade e capacidade de resistir a condições extremas. Eles são usados ​​em indústrias, incluindo;

1. Sistema de enchimento contínuo de garrafas

2. Sistema de mistura em

lote 3. Sistema de ar condicionado de

estágio 4. Controle de tráfego

Os microcontroladores, por outro lado, encontram aplicação em dispositivos eletrônicos comuns. Eles são os principais blocos de construção de vários produtos eletrônicos de consumo e dispositivos inteligentes.

Substituindo PLCs em Aplicações Industriais por Microcontroladores

O advento de placas de microcontrolador fáceis de usar aumentou o escopo dentro do qual os microcontroladores estão sendo usados, eles agora estão sendo adaptados para certas aplicações para as quais os microcontroladores foram considerados inadequados de mini computadores DIY para vários sistemas de controle complexos. Isso levou a questões sobre por que os microcontroladores não são usados ​​no lugar dos PLCs, o principal argumento sendo o custo dos PLCs em comparação com o dos microcontroladores. É importante que muito precise ser feito para os microcontroladores regulares antes que eles possam ser usados ​​em aplicações industriais.

Embora a resposta possa ser encontrada a partir dos pontos já mencionados neste artigo, é suficiente destacar dois pontos-chave.

1. Os microcontroladores não são projetados com a robustez e capacidade de resistir a condições extremas como PLCs. Isso os torna não prontos para aplicações industriais.

2. Sensores e atuadores industriais são geralmente projetados de acordo com o padrão IEC, que geralmente está em uma faixa de corrente / tensão e interfaces que podem não ser diretamente compatíveis com microcontroladores e exigirão algum tipo de hardware de suporte que aumenta o custo.

Existem outros pontos, mas para ficar dentro do escopo deste artigo, devemos parar por aqui.

Resumindo, cada um desses dispositivos de controle é projetado para uso em determinados sistemas e devem ser bem considerados antes de se tomar uma decisão sobre o melhor para uma aplicação específica. É importante notar que certos fabricantes estão construindo PLCs baseados em microcontroladores, como escudos industriais agora fazem PLCs baseados em Arduino mostrados abaixo.