میکروکنترلر یا PLC
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.
پی ال سی چیست؟
پی ال سیها کنترل کنندههای منطقی برنامه پذیری هستند که میتوانند هر فعالیتی را بهصورت اتوماتیک اجرا کنند. این کنترل کنندههای قدرتمند فرایندهای صنعتی مختلف را مطابق با برنامهای که مد نظر کاربر است اجرا کرده و قابلیتهای بسیاری را در اختیار ما میگذارند. قابل اطمینان بودن ، طول عمر بالا ، برنامه نویسی راحت و… از جمله مزیتهای این کامپیوترهای صنعتی به حساب میآید.
هر پی ال سی هدف مشخصی دارد در حقیقت فرایند رسیدن به آن هدف برنامهای است که توسط برنامه نویس نوشته شده و داخل پی ال سی قرار داده شده است. در واقع بخش اصلی پی ال سی پردازنده یا CPU است که برنامه کاربر در حافظه آن قرار میگیرد. اطلاعات محیطی از طریق ورودیها وارد پردازنده یا CPU شده و براساس برنامه ای که از قبل نوشته شده دیتای وارد شده تحلیل میشود و خروجیها در زمان مناسب فعال و غیر فعال شده و یک فرایند را کنترل میکنند.
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
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.
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
میکروکنترلرها همانطور که از اسم آنها مشخص است، کنترلرهای بسیار کوچک و ریزی هستند که قابل برنامه ریزی هستند تا دستگاههای دیگر را کنترل کنند. این ریزکنترلرها معمولا درون دستگاههایی مانند تجهیزات دیجیتالی مانند موبایل، تبلت، ساعتهای هوشمند یا لوازم خانگی مانند ماشین لباسشویی، اجاق گاز و بسیاری از تجهیزات دیگر کاربرد دارد.
میکروکنترلر از نوع IC که به آن مدار مجتمع میگویند و قابلیت برنامه پذیری دارد. این برنامه معمولا با زبان پیچیدهای نوشته میشود و باید از طریق برنامه یا برنامههای کامپایلر به زبانهای سادهتر ترجمه شود. مثلا کد باینری (0,1) و سپس از طریق پروگرامر برنامه به میکروکنترلر منتقل میشود. واحد پردازش یا CPU، حافظه، ورودیها، خروجیها و… بخشهای مختلف میکروکنترلرها هستند.
تفاوت PLC و میکروکنترلر
در ادامه تفاوت پی ال سی و میکروکنترلر را با توجه به ویژگیهایی که دارند، آنها را نقد و بررسی میکنیم:
- ساختار
- تعداد I/O (ورودی، خروجی)
- زبان برنامه نویسی
- کاربری آنها
- هزینه
- رابط
- قابلیت اطمینان
- مهارتهای مورد نیاز
- کاربردها
- جای گیری آنها
- تعداد ورودی و خروجی
ساختار
PLC در واقع دارای یک CPU و تعدادی ورودی و خروجی است که بسته به نوع پی ال سی باید کارتهای افزایشی ورودی و خروجی در کتار CPU قرار بگیرند. تعداد ورودیها و خروجیهای پی ال سی بیشتر میکروکنترلر است و در بعضی از مدلهای آن میتوان به تعداد ورودی خروجیها افزود اما تعداد ورودی و خروجی میکرو کنترلر محدودتر است. برای افزایش نعداد ورودی و خروجی میکروکنترلر باید (multiplexer) را تقویت کرد.
زبان برنامه نویسی
زبان برنامه نویسی در پی ال سی LADDER یا نردبانی ، FBD یا فانکشن بلوک دیاگرام یا SLT است. این زبانها به علت سادگی و قابل درک بودن، معمولا بسیار کاربرپسند هستند. اما زبان برنامه نویسی میکروکنترلر معمولا بیسیک (BASCOM AVR) یا C (CODVISION) است که نسبتا سخت است و هر کسی علاقهمند به برنامه نویسی با این زبان نیست.
قیمت
میکروکنترلرها بسیار ارزانتر و اقتصادیتر از پی ال سیها هستند. در واقع این یک مزیت بسیار عالی برای آنها محسوب میشود؛ زیرا بیشتر کارفرماها و مدیرهای پروژهها به دنبال کاهش هزینه و مقرون به صرفه بودن تجهیزات خود هستند. پی ال سیها هزینههای بسیار بیشتری دارند که باز هم این قیمت نسبت به برند پی ال سی، مدل آن متغیر است.
رابط ها
نحوه برنامه دادن به میکروکنترلر از طریق پروگرامر است که از طریق آن میتوانیم برنامهای که نوشتیم را به میکروکنترلر انتقال دهیم. به این صورت که IC را در جای خود گذاشته و برنامه از طریق کابل پروگرامر را به سیستم متصل کرده و برنامه را روی میکروکنترلر میریزیم.
اما برای دانلود برنامه روی پی ال سی و یا آپلود برنامه پی ال سی روی سیستم باید کابل دانلود مربوط به آن را داشته باشید. یک سر این کابل به CPU متصل شده و سر دیگر آن به سیستم وصل میشود.
ولتاژ قابل تحمل
معمولا پی ال سیها در تابلو برقها قرارمیگیرند و توانایی تحمل ولتاژ بالا را دارند. ولی میکروکنترلرها در بردهای الکتریکی در کنار سایر قطعات قرار میگیرند و توانایی تحمل ولتاژهای کمتری را دارند.
محل قرارگیری
پی ال سیها معمولا در تابلو برق بهصورت مرتب کنار هم قرار گرفتهاند و به اصطلاح روکار هستند اما میکروکنترلرها داخل تجهیزات قرار میگیرند و به اصطلاح توکار هستند.
پی ال سی یا میکروکنترلر؟
ممکن است برای برخی از افراد سوال باشد که چرا به جای پی ال سی از میکروکنترلر ها استفاده نمیکنیم؟ ممکن است در برخی از برنامه ها بتوانیم از میکروکنترلر استفاده کنیم تا عملکرد مشابه با پی ال سی داشته باشیم. اما کاربر باید با توجه به شرایط پروژه و سناریو آن سیستم مناسب را انتخاب کند.
فرض کنید یک فرایند کوچک را میخواهیم اتوماسیون کنیم که بهصورت خودکار فرایند را اجرا کند. در این حالت تعدادی ورودی و سنسور داریم و تعدادی خروجی که با تحریک شدن فعال و غیر فعال میشوند. در این حالت میتوانیم با یک پی ال سی این کار را انجام دهیم. اما سوال این است که آیا این کار مقرون به صرفه و هوشمندانهترین کار ممکن است؟ اگر از میکروکنترلر استفاده کنیم، آیا به همان نتیجه با همان قابلیت اطمینان خواهیم رسید؟
به همین منظور برای انتخاب درست و دقیق در هر پروژه، باید فاکتورهای مختلفی را مورد بررسی قرار دهید و تفاوت PLC و میکروکنترلر را بدانید.
هنگامی که تعداد ورودی و خروجی موردنیاز خود را مشخص کردید، بررسی کنید که آیا میکروکنترلر مورد نظر تعداد ورودی/خروجی مورد نیاز را دارد و به خاطر داشته باشید که نوع I/O مهم است. ممکن است بتوانید یک میکروکنترلر با تعداد مناسب ورودی/خروجی دیجیتال و آنالوگ پیدا کنید، اما ممکن است نوع مناسبی برای برنامه شما نباشد. در برخی موارد، میتوانید آنها را مطابق با نیازهای خود تبدیل کنید.
پی ال سیها برای کار با سنسورهای صنعتی طراحی میشوند که میتوانند طیف وسیع تری از I/O را پشتیانی کنند. این موضوع نیاز به تبدیل خارجی را کاهش میدهد.
برای پروژه خود از PLC استفاده کنیم یا میکروکنترلر؟
CPU پی ال سیها در یک محفظه قرار میگیرند و ورودیها و خروجیها بهصورت ماژولهای افزایشی در کنار آن قرار میگیرند و به راحتی این مجموعه در جای مناسب داخل تابلو برق ها نصب میشود. میکروکنترلرها در واقع یک برد خالی با تعدادی پین برای اتصالات هستند و این موضوع نصب و محافظت را برای کاربر دشوارتر میکند. اکنون که با تفاوت PLC و میکروکنترلر آسنا شدیم، پس نوبت به گذراندن دوره پی ال سی میرسد تا بتوانید در حوزه اتوماسیون صنعتی مشغول به کار شوید.
ممکن است یک میکروکنترلر ارزانتر از پی ال سی باشد، اما قطعا کاربر به همان میزان که هزینه میکند میتواند مزیت دریافت کند و با توجه به چیزی که از پروژه دریافت میکند باید هزینه پرداخت کند.
هر چند که زبان برنامه نویسی با پی ال سی سادهتر از زبان برنامه نویسی میکروکنترلرها است اما پی ال سی قابلیتهای بسیار زیاد و فوق العادهای دارد که در داخل آن هستند و نه کاربر و نه برنامه نویس آنها را نمی بینند.
مانند سیستم watchdogs که اگر زمان اسکن، برنامه کوچکترین تغییری داشته باشد سیستم هشدار فعال میشود و مانع از آسیب پی ال سی و سایر تجهیزات میشود.
آیا میتوانید این قابلیت را به یک میکروکنترلر اضافه کنید؟ پاسخ “بله” است اگرچه آسان نیست، اما کاربران باید این برنامهها را از ابتدا بنویسند یا از ماژولهای نرمافزار موجود مجددا استفاده کنند که هیچیک از این دو مرحله ساده نیست.
نتیجه گیری
در این مقاله به بررسی تفاوت PLC و میکروکنترلر پرداختیم و متوجه شدیم که پی ال سی و میکروکنترلر هر دو قابل برنامه نویسی هستند تا یک فرایند را کنترل کنند. اما پی ال سی معمولا در فرایندهای سنگینتر و صنعتی استفاده میشوند و میکروکنترلرها در دستگاههای الکتریکی به کار میروند. برای استفاده از هرکدام باید پروژه به صورت کامل بررسی شود و بهترین گزینه انتخاب شود. اما برای کار با هر کدام از این کنترلرها باید دانش و تخصص لازم را بدست بیاورید.
