Visão geral de plc e várias placas plc baseadas em arduino

O Arduino foi introduzido pela primeira vez em 2005 com o objetivo de fornecer uma maneira fácil e de baixo custo para iniciantes e profissionais criarem dispositivos que interajam com seu ambiente usando sensores e atuadores.

Antes do Arduino ser introduzido, o design embarcado era visto como um assunto complexo e os amadores (ou engenheiros) tinham que encontrar um profissional para obter um modelo funcional para seu problema. Por exemplo, se você deseja uma impressora 3D simples, precisa de ajuda profissional, pois existem milhares de controladores com seus IDE compatíveis. E o amador não pode aprender sobre todos os microcontroladores e suas formas de programação. Esta situação chegou ao fim quando o ARDUINO universalmente aceito foi introduzido. E com isso, os amadores ou engenheiros podem desenhar e desenvolver seus próprios projetos sem muita ajuda profissional.

E a razão para isso se tornar tão universalmente aceito porque é uma plataforma eletrônica de código aberto baseada em hardware e software fáceis de usar. As placas Arduino são capazes de ler entradas como luz em um sensor, um dedo em um botão e transformá-lo em uma saída programável, como ativar um motor, ligar um LED e publicar algo online.

Com o passar dos anos, o Arduino se tornou mais popular e com isso muitas placas avançadas com finalidades semelhantes são desenvolvidas, como Raspberry PI, Panda, etc. O Arduino é usado como o cérebro em milhares de projetos, desde objetos do cotidiano até instrumentos científicos complexos. Estudantes, amadores, artistas, programadores e profissionais de todo o mundo se reuniram em torno desta plataforma de código aberto e desenvolveram muitos projetos, acumulando uma quantidade incrível de conhecimento que pode ser de grande ajuda para novatos e especialistas.

Com o conhecimento acumulado e a recente introdução da IoT, o hype no Arduino deu mais um passo à frente, tornando-se uma ferramenta necessária de aprendizado para engenheiros e amadores. Agora a placa Arduino começou a mudar para se adaptar a novas necessidades e desafios como aplicativos IoT, wearable, impressão 3D, ambientes embarcados e por último PLC (controlador lógico programável). Aqui neste artigo, aprenderemos sobre o que é PLC e como o Arduino pode ser usado como PLC.

Introdução ao PLC (controlador lógico programável)

Primeiro, vamos entender o termo Automação Industrial antes de ir para PLC. Como todos sabemos, usar máquinas para trabalhar em indústrias é mais econômico do que usar humanos, pois as máquinas não precisam de dinheiro, férias ou pausas, portanto, se as máquinas forem usadas no lugar de humanos, as indústrias podem produzir seus produtos 24 * 7 sem problemas. Agora, essa configuração de substituir humanos por máquinas ou braços robóticos é chamada de Automação Industrial.

PLC é uma unidade controladora especialmente projetada para operar as máquinas utilizadas para Automação Industrial. Eles são projetados para serem confiáveis ​​em ambientes industriais adversos (como temperaturas extremas, umidade, umidade e poeira). As aplicações de PLC podem ser vistas na linha de montagem da fábrica, uma planta de processamento de minério, soldagem robótica, entalhe CNC, etc. Como este equipamento é projetado para alta eficiência e o ambiente hostil, eles são caros para instalação e reparo.

PLC (Controlador Lógico Programável) possui muitos recursos semelhantes ao nosso computador pessoal em casa. Ambos têm uma fonte de alimentação, uma CPU (Unidade Central de Processamento), portas de entradas e saídas (I / O), memória RAM e ROM e software de controle. A maior diferença entre os dois é que o PLC pode executar funções discretas e contínuas em um ambiente hostil que um PC não pode fazer. Você também pode ler a diferença entre PLC e microcontrolador para obter uma visão geral de sua comparação com microcontroladores.

Existem muitos tipos diferentes de PLC no mercado de acordo com os requisitos do cliente. Embora existam muitos tipos de PLC presentes, eles seguem certos padrões para o usuário escolher facilmente.

Função básica do PLC

Para entender o funcionamento básico do PLC, vamos assumir um exemplo simples, conforme mostrado a seguir.

Digamos que nesta configuração tenhamos que LIGAR a lâmpada pelos primeiros cinquenta segundos e DESLIGAR a lâmpada pelos vinte segundos seguintes, então temos que usar o interruptor no circuito para fechar e abrir o loop continuamente. Esta é uma tarefa simples, mas muito cansativa para um ser humano e não é rentável comprar um relé temporizador para este tipo de problema todas as vezes. Em todos esses casos, podemos usar um único PLC para resolver o problema.

Aqui você pode ver que um PLC está conectado no loop da configuração, mantendo a chave fechada. Podemos usar a programação para definir o temporizador para o PLC no circuito. Uma vez feito isso, o PLC pode fechar e abrir o loop continuamente, o que substitui a necessidade de intervenção humana. Uma vez que o PLC comece a executar o programa, ele não irá parar até que uma interrupção seja dada.

Esta é apenas uma configuração simples e um PLC tem a capacidade de controlar processos muito maiores e mais complexos, como controle de PWM, detecção, etc. Um PLC é normalmente projetado de forma que o cliente seja capaz de personalizar o Funcionamento do PLC de acordo com a aplicação e necessidade.

Diagrama de blocos do PLC

Agora vamos dar uma olhada nos módulos importantes presentes no PLC.

Módulo de fonte de alimentação: às vezes, este módulo é colocado como uma configuração separada como um adaptador e, em outros casos, será projetado diretamente no PCB principal. A função do módulo é fornecer a energia necessária para toda a configuração do PLC (Controlador Lógico Programável). O módulo é um conversor que converte a energia CA disponível em energia CC exigida pela CPU e outros módulos. Normalmente, o PLC funciona em barramentos de alimentação de 12V e 24V.

Unidade Central de Processamento: Este módulo é o mais protegido, pois é o núcleo de funcionamento de todo o PLC. O módulo da CPU consiste em um microprocessador ou microcontrolador, memória de programa, memória flash e memória RAMS. A memória Flash ou memória ROM armazena o sistema operacional, driver e programa de aplicativo. A RAM é usada pelo microprocessador para acessar dados e informações.

A função da CPU é executar o programa armazenado na memória e agir de acordo com as instruções escritas. Basicamente, a CPU lê os dados de entrada dos sensores para processar e, finalmente, envia uma resposta apropriada com base no programa.

Módulo de entrada e saída: o módulo de entrada é usado para estabelecer um link entre vários sensores e teclados para a CPU e o módulo de saída é usado pelo processador para fornecer uma resposta ao mundo externo.

Módulo de dispositivo de programação: Este módulo é usado para estabelecer a comunicação entre o PC e o PLC. A função básica é reprogramar o microprocessador do PLC.

Tipos de PLC (controlador lógico programável)

O PLC é dividido em dois tipos, nomeadamente PLC fixo (ou compacto) e PLC modular.

1. PLC compacto ou fixo: geralmente é um PLC de baixo custo, popular em muitas indústrias. O CLP compacto tem um número fixo de módulos de E / S e cartões de E / S externos e eles não podem ser estendidos posteriormente para fazer uma configuração mais complexa. Você pode ver um CLP fixo na figura abaixo.

2. PLC modular: PLC modular permite múltiplas expansões empilhando 'Módulos' em paralelo. As portas de E / S do PLC modular podem ser aumentadas para operações mais complexas na indústria. O PLC modular também é mais fácil de usar porque cada componente é independente um do outro. Este tipo de PLC é popular em muitas indústrias

Arduino vs PLC (controlador lógico programável)

Como mencionamos anteriormente, os módulos importantes de um PLC são semelhantes a um PC (computador pessoal) e são ainda mais semelhantes a computadores de placa única como o Arduino. Portanto, internamente em um determinado nível de funcionamento tanto do PLC quanto do Arduino são iguais e podemos usar este Arduino para projetar um PLC (Controlador Lógico Programável). Os CLPs Arduino já estão presentes no mercado e são mais baratos em comparação aos CLPs convencionais. Portanto, o Arduino-PLC está se tornando popular atualmente e suas aplicações aumentarão ainda mais no futuro. Estas são algumas diferenças entre o PLC Arduino e o PLC convencional e alguns deles são mencionados abaixo.

Arduino PLC	PLC (controlador lógico programável)
Componentes externos necessários para trabalhar como PLC	Não precisa de componentes externos adicionais
Universalmente aceito	Promovido principalmente nas indústrias
Baixo custo	Alto custo
Precisa aprender programação básica para reescrever o programa Arduino	Apenas técnica operacional básica necessária para reprogramar o PLC
A reprogramação é relativamente difícil	A reprogramação é relativamente fácil
Desempenho satisfatório	Alta performance
Não pode trabalhar em condições adversas	Pode trabalhar em condições adversas
Compacto e pequeno	Volumoso e pesado
O empilhamento não pode ser usado para promover a operação PLC do Arduino PLC	O empilhamento pode ser usado para promover a operação do PLC normal
Mais opções de comunicação	Menos opções de comunicação
Fácil de substituir e reparar	Difícil de substituir e reparar
Menos opções de escolha	Muitas opções de escolha

Agora vamos discutir brevemente sobre os populares CLPs baseados em Arduino que estão atualmente no mercado.

1. PLCs Arduino de escudos industriais

Industrial Shields é uma empresa popular que fornece escudos PLC baseados em Arduino para muitas aplicações industriais. Os escudos que são usados ​​popularmente são brevemente discutidos abaixo.

Blindagens Industriais ARDBOX:

ARDBOX é um PLC baseado em Arduino projetado para aplicações industriais de pequena e média escala. A imagem do ARDBOX é mostrada abaixo.

O ARDBOX é projetado com base no ARDUINO LEONARO, portanto, basicamente, todas as especificações técnicas do ARDBOX são especificações do LEONARO. As características básicas e especificações técnicas do ARDBOX são fornecidas abaixo.

Tensão de entrada	12Vou 24V
Potência nominal	30 watts
Corrente Máxima	1.5A
Velocidade do relógio	16MHz
Tamanho	100x45x115 mm
Linguagem de programação	IDE Arduino.
Memória flash	32 KB, dos quais 4 KB são usados ​​pelo bootloader
SRAM	2,5 KB
EEPROM	1 KB
Comunicações	I2C - USB - RS232 - RS485 - SPI - TTL
TOTAL de pontos de entrada	10
TOTAL de pontos de saída	10
Saída isolada PWM	a 24Vdc I max: 70 mA Isolamento galvânico Diodo protegido para relé Tensão nominal: 24Vdc

Escudos Industriais M-Duino:

M-DUINO é um PLC baseado em Arduino projetado para aplicações industriais de pequena e média escala. A imagem do PLC é mostrada abaixo.

O M-DUINO é projetado com base na placa ARDUINO MEGA, portanto, todas as especificações técnicas da placa MEGA são especificações M-DUINO. As características básicas e especificações técnicas do M-DUINO são fornecidas abaixo.

Tensão de entrada	12V ou 24V
Potência nominal	40 watts
Corrente máxima de saída	0,5 A
Velocidade do relógio	16MHz
Tamanho	101x119x70mm
Linguagem de programação	IDE Arduino.
Memória flash	32 KB dos quais 0,5 KB são usados ​​pelo carregador de boot
SRAM	2 KB
EEPROM	1 KB
Comunicações	I2C1 - Porta Ethernet - USB - RS485 - SPI - (3x) Rx, Tx (pinos do Arduino)
TOTAL de pontos de entrada	13,26,36
TOTAL de pontos de saída	8,16,22
Saída isolada PWM	24Vdc (3,6,8) I max: 70 mA

2. PLCs PLDuino Arduino

PLDuino é um controlador lógico programável (PLC) baseado em Arduino de código aberto da Digital Loggers que está disponível no mercado por cerca de US $ 150. Este PLC combina o Arduino Mega (ATmega2560) com o módulo ESP8266 Wi-Fi e uma tela de toque TFT de 2,4 ”, a fim de torná-lo adequado para aplicações IoT industriais e outras aplicações de robótica de fábrica.

PLDuino pode ser facilmente programado usando um simples cabo USB, também junto com o popular Arduino IDE, o PLDuino também pode ser programado usando Lua, GNU ou mesmo AVR Studio. O PLDuino também fornece códigos de demonstração e bibliotecas para ajudar os iniciantes a iniciar o desenvolvimento rapidamente. Para usuários avançados, o PLDuino também tornou possível abrir a tampa e explorar o interior do PLC para personalizar o hardware conforme necessário para sua aplicação. Os esquemas completos e as especificações dos componentes também estão disponíveis online. As especificações completas do PLDuino são mostradas na imagem abaixo

3. PLCs Controllino Arduino

O Controllino nada mais é do que um Arduino industrializado. Ele combina a flexibilidade e a natureza de código aberto do ecossistema Arduino com a segurança e confiabilidade dos CLPs de nível industrial.

A empresa fornece três módulos que são projetados com base em três placas Arduino.

Controllino MINI:

Ele é projetado na placa Arduino Uno.

Tensão de entrada	12V ou 24V
Temperatura de operação	5ºC a 55ºC
Corrente Máxima do Relé	6A
Velocidade do relógio	16MHz
Tamanho	36x90x60 mm
Linguagem de programação	IDE Arduino.
Memória flash	32 KB dos quais 0,5 KB são usados ​​pelo carregador de boot
SRAM	2 KB
EEPROM	1 KB
Comunicações	I2C1– USB - SPI
TOTAL de pontos de entrada	8
TOTAL de pontos de saída	8

Controllino MAXI:

Ele é projetado no microcontrolador Atmel ATMEGA2560 ou na placa Arduino Mega.

Tensão de entrada	12V ou 24V
Temperatura de operação	0ºC a 55ºC
Corrente máxima do relé de saída	6A
Velocidade do relógio	16MHz
Tamanho	72x90x62mm
Linguagem de programação	IDE Arduino
Memória flash	256 KB
SRAM	8 KB
EEPROM	4 KB
Comunicações	I2C1, porta Ethernet, USB, SPI
TOTAL de pontos de entrada	12
TOTAL de pontos de saída	12, saída de relé-10

Controllino Mega:

Mega PLC é projetado no microcontrolador Atmel ATMEGA2560 ou na placa Arduino Mega.

Tensão de entrada	12V ou 24V
Temperatura de operação	0ºC a 55ºC
Corrente máxima do relé de saída	6A
Velocidade do relógio	16MHz
Tamanho	107x90x62mm
Linguagem de programação	IDE Arduino
Memória flash	256 KB
SRAM	8 KB
EEPROM	4 KB
Comunicações	I2C1, porta Ethernet, USB, SPI
TOTAL de pontos de entrada	21
TOTAL de pontos de saída	24, saída de relé-16

Vantagens do Arduino PLC

• Pode ser adquirido a baixo custo.
• Pode ser programado usando o software Arduino IDE.
• Alta compatibilidade.
• Sala alta para ajustes.
• Fácil de substituir em comparação com o PLC convencional.

Desvantagens do Arduino PLC

• Muito poucas opções estão disponíveis para seleção.
• Não é adequado para aplicações em grande escala.
• Sensível em comparação com o PLC convencional.
• Requer mais manutenção.
• Menos profissional.