Microcontrolador vs plc: una comparación detallada

La llegada de Arduino y decenas de otras placas basadas en microcontroladores en los últimos tiempos ha aumentado el interés en los sistemas integrados, abriendo el mundo de los microcontroladores a un gran número. Esto no solo ha aumentado el número de usuarios de microcontroladores, sino que también ha aumentado el alcance y las aplicaciones en las que se utilizan. Es por eso que en los últimos artículos, hemos cubierto algunos temas clave que son importantes para construir excelentes dispositivos de sistemas integrados como; seleccionando el microcontrolador adecuado para su proyecto, seleccionando entre un microcontrolador y un microprocesador. En la misma línea, para el artículo de hoy, compararé microcontroladores con controladores lógicos programables (PLC).

Controlador lógico programable

Un controlador lógico programable (PLC) es simplemente un dispositivo informático de propósito especial diseñado para su uso en sistemas de control industrial y otros sistemas donde la confiabilidad del sistema es alta.

Inicialmente se desarrollaron para reemplazar los relés, secuencias y temporizadores cableados utilizados en el proceso de fabricación por la industria de la automatización, pero hoy se han escalado y se utilizan en todo tipo de procesos de fabricación, incluidas las líneas basadas en robots. En estos días, probablemente no haya una sola fábrica en el mundo que no tenga una máquina o equipo que funcione con PLC. La razón principal de su amplia adopción y uso se puede encontrar profundamente arraigada en su robustez y capacidad para soportar el manejo / entorno brusco asociado con los pisos de fabricación. También son un buen ejemplo de sistemas operativos en tiempo real. ya que tienen una alta capacidad para producir salidas a entradas específicas dentro de un período de tiempo muy corto, lo cual es un requisito clave para entornos industriales, ya que un segundo retraso podría interrumpir toda la operación.

Microcontroladores

Los microcontroladores, por otro lado, son pequeños dispositivos informáticos en un solo chip que contienen uno o más núcleos de procesamiento, con dispositivos de memoria integrados junto con puertos de entrada y salida (E / S) especiales y de propósito general programables. Se utilizan en todo tipo de dispositivos del día a día, especialmente en aplicaciones donde solo se deben realizar tareas repetitivas específicas. Por lo general, están desnudos y no se pueden usar como dispositivos independientes sin las conexiones necesarias. A diferencia de los PLC, no tienen interfaces como pantalla y conmutadores integrados, ya que generalmente solo tienen GPIO a los que se pueden conectar estos componentes.

El tutorial de hoy se centrará en comparar PLC y sistemas de microcontroladores bajo diferentes encabezados que incluyen;

1. Arquitectura
2. Interfaces
3. Desempeño y confiabilidad
4. Nivel de habilidad requerido
5. Programación
6. Aplicaciones

1. Arquitectura

Arquitectura de PLC:

Los PLC generalmente pueden denominarse microcontroladores de alto nivel. Están hechas esencialmente de un módulo de procesador, la fuente de alimentación, y los módulos de E / S. El módulo de procesador consta de la unidad central de procesamiento (CPU) y la memoria. Además de un microprocesador, la CPU también contiene al menos una interfaz a través de la cual se puede programar (USB, Ethernet o RS232) junto con las redes de comunicación. La fuente de alimentación suele ser un módulo separado y los módulos de E / S están separados del procesador. Los tipos de módulos de E / S incluyen módulos discretos (encendido / apagado), analógicos (variable continua) y módulos especiales como control de movimiento o contadores de alta velocidad. Los dispositivos de campo están conectados a los módulos de E / S.

Dependiendo de la cantidad de módulos de E / S que posea el PLC, pueden estar en el mismo gabinete que el PLC o en un gabinete separado. Ciertos PLC pequeños llamados nano / micro PLC generalmente tienen todas sus partes, incluida la potencia, el procesador, etc.en el mismo gabinete.

Arquitectura del microcontrolador

La arquitectura de los PLC descritos anteriormente es algo similar a los microcontroladores en términos de componentes, pero el microcontrolador implementa todo en un solo chip, desde la CPU hasta los puertos de E / S y las interfaces necesarias para la comunicación con el mundo exterior. La arquitectura del microcontrolador se muestra a continuación.

Arriba se muestra un ejemplo de un código basado en diagrama / lógica de escalera. Por lo general, parece una escalera que es la razón detrás de su nombre. Este aspecto simplificado hace que los PLC sean muy fáciles de programar, de modo que si puede analizar un esquema, puede programarlos.

Debido a la reciente popularidad de los lenguajes de programación modernos de alto nivel, los PLC ahora se programan utilizando estos lenguajes como C, C ++ y básico, pero todos los PLC generalmente todavía se adhieren al estándar de sistemas de control IEC 61131/3 de la industria y admiten los lenguajes de programación estipulados por estándar que incluye; Diagrama de escalera, texto estructurado, diagrama de bloques de funciones, lista de instrucciones y diagrama de flujo secuencial.

Los PLC de hoy en día generalmente se programan a través de un software de aplicación basado en cualquiera de los idiomas mencionados anteriormente, ejecutándose en una PC conectada al PLC utilizando cualquiera de las interfaces USB, Ethernet, RS232, RS-485, RS-422.

Los microcontroladores por otro lado se programan usando lenguajes de bajo nivel como ensamblador o lenguajes de alto nivel como C y C ++ entre otros. Por lo general, requiere un alto nivel de experiencia con el lenguaje de programación que se utiliza y una comprensión general de los principios del desarrollo de firmware. Los programadores generalmente necesitan comprender conceptos como estructuras de datos y se requiere una comprensión profunda de la arquitectura del microcontrolador para desarrollar un muy buen firmware para el proyecto.

Los microcontroladores generalmente también se programan a través de un software de aplicación que se ejecuta en una PC y generalmente se conectan a esa PC a través de una pieza adicional de hardware, generalmente llamada programadores.

Sin embargo, el funcionamiento de los programas en el PLC es muy similar al del microcontrolador. El PLC utiliza un controlador dedicado como resultado, solo procesan un programa una y otra vez. Un ciclo a través del programa se llama escaneo y es similar a un microcontrolador que pasa por un bucle.

A continuación se muestra un ciclo operativo a través del programa que se ejecuta en el PLC.

6. Aplicaciones

Los PLC son los elementos de control primarios utilizados en los sistemas de control industrial. Encuentran aplicación en el control de máquinas industriales, transportadores, robots y otras maquinarias de la línea de producción. También se utilizan en sistemas basados ​​en SCADA y en sistemas que requieren un alto nivel de fiabilidad y capacidad para soportar condiciones extremas. Se utilizan en industrias que incluyen;

1. Sistema de llenado continuo de botellas

2.Sistema de mezcla por

lotes 3.Sistema de aire acondicionado por

etapas 4.Control de tráfico

Los microcontroladores, por otro lado, encuentran aplicación en dispositivos electrónicos cotidianos. Son los componentes principales de varios dispositivos inteligentes y electrónicos de consumo.

Reemplazo de PLC en aplicaciones industriales con microcontroladores

La llegada de placas de microcontroladores fáciles de usar ha aumentado el alcance dentro del cual se utilizan los microcontroladores, ahora se están adaptando para ciertas aplicaciones para las cuales los microcontroladores se consideraban inapropiados, desde mini computadoras DIY hasta varios sistemas de control complejos. Esto ha dado lugar a preguntas sobre por qué no se utilizan microcontroladores en lugar de PLC, siendo el argumento principal el costo de los PLC en comparación con el de los microcontroladores. Es importante que se deba hacer mucho con los microcontroladores normales antes de que puedan utilizarse en aplicaciones industriales.

Si bien la respuesta se puede encontrar en los puntos ya mencionados en este artículo, es suficiente resaltar dos puntos clave.

1. Los microcontroladores no están diseñados con la solidez y capacidad para soportar condiciones extremas como los PLC. Esto hace que no estén preparados para aplicaciones industriales.

2. Los sensores y actuadores industriales generalmente se diseñan de acuerdo con el estándar IEC, que generalmente se encuentra en un rango de corriente / voltaje e interfaces que pueden no ser directamente compatibles con los microcontroladores y requerirán algún tipo de hardware de soporte que aumente el costo.

Existen otros puntos, pero para permanecer dentro del alcance de este artículo, debemos detenernos aquí.

En resumen, cada uno de estos dispositivos de control está diseñado para su uso en ciertos sistemas y deben considerarse bien antes de tomar una decisión sobre el mejor para una aplicación en particular. Es importante tener en cuenta que ciertos fabricantes están construyendo PLC basados ​​en microcontroladores, como los escudos industriales que ahora hacen los PLC basados ​​en Arduino que se muestran a continuación.