Descripción general de plc y varias placas plc basadas en arduino

Arduino se introdujo por primera vez en 2005 con el objetivo de proporcionar una forma fácil y de bajo costo para que los principiantes y profesionales creen dispositivos que interactúen con su entorno mediante sensores y actuadores.

Antes de la introducción de Arduino, el diseño integrado se veía como un tema complejo y los aficionados (o ingenieros) tenían que encontrar un profesional para obtener un modelo funcional para su problema. Por ejemplo, si desea una impresora 3D simple, debe obtener ayuda profesional, ya que hay miles de controladores con su IDE compatible. Y el aficionado no puede aprender sobre todos los microcontroladores y sus formas de programación. Esta situación llegó a su fin cuando se introdujo ARDUINO universalmente aceptado. Y con esto, los aficionados o ingenieros pueden diseñar y desarrollar sus propios proyectos sin mucha ayuda profesional.

Y la razón por la que se ha vuelto tan universalmente aceptada es que es una plataforma electrónica de código abierto basada en hardware y software fáciles de usar. Las placas Arduino pueden leer entradas como luz en un sensor, un dedo en un botón y convertirlo en una salida programable como activar un motor, encender un LED y publicar algo en línea.

Con los años, Arduino se ha vuelto más popular y con eso se desarrollan muchas placas avanzadas con propósitos similares como Raspberry PI, Panda, etc. Arduino se utiliza como cerebro en miles de proyectos, desde objetos cotidianos hasta complejos instrumentos científicos. Estudiantes, aficionados, artistas, programadores y profesionales de todo el mundo se han reunido en torno a esta plataforma de código abierto y han desarrollado muchos proyectos acumulando así una increíble cantidad de conocimientos que pueden ser de gran ayuda tanto para principiantes como para expertos.

Con el conocimiento acumulado y la reciente introducción de IoT, la exageración de Arduino dio otro paso adelante convirtiéndose así en una herramienta necesaria de aprendizaje para ingenieros y aficionados. Ahora la placa Arduino comenzó a cambiar para adaptarse a las nuevas necesidades y desafíos como aplicaciones de IoT, wearables, impresión 3D, entornos integrados y, por último, PLC (controlador lógico programable). Aquí, en este artículo, aprenderemos sobre qué es PLC y cómo se puede utilizar Arduino como PLC.

Introducción a PLC (controlador lógico programable)

Primero, entendamos el término Automatización Industrial antes de optar por PLC. Como todos sabemos, usar máquinas para trabajar en industrias es más rentable que usar humanos, ya que las máquinas no necesitan dinero, vacaciones o descansos, por lo que si se usan máquinas en lugar de humanos, las industrias pueden producir sus productos 24 * 7 sin problemas.. Ahora, esta configuración de reemplazar humanos con máquinas o brazos robóticos se llama Automatización Industrial.

El PLC es una unidad de control especialmente diseñada para operar las máquinas utilizadas para la Automatización Industrial. Están diseñados para ser confiables en entornos industriales hostiles (como temperaturas extremas, condiciones húmedas, mojadas y polvorientas). Las aplicaciones de PLC se pueden ver en la línea de ensamblaje de la planta de fabricación, una planta de procesamiento de mineral, soldadura robótica, tallado CNC, etc. Dado que este equipo está diseñado para una alta eficiencia y un entorno resistente, su instalación y reparación son costosas.

PLC (controlador lógico programable) tiene muchas características similares a nuestra computadora personal en casa. Ambos tienen una unidad de fuente de alimentación, una CPU (Unidad central de procesamiento), puertos de entradas y salidas (E / S), memoria RAM y ROM y software de control. La mayor diferencia entre los dos es que el PLC puede realizar funciones discretas y continuas en un entorno hostil que una PC no puede hacer. También puede leer la diferencia entre el PLC y el microcontrolador para obtener una descripción general de su comparación con los microcontroladores.

Hay muchos tipos diferentes de PLC en el mercado de acuerdo con los requisitos del cliente. Aunque hay muchos tipos de PLC presentes, siguen ciertos estándares para que el usuario elija fácilmente.

Función básica del PLC

Para comprender el funcionamiento básico del PLC, supongamos un ejemplo simple como se muestra a continuación.

Digamos que en esta configuración tenemos que ENCENDER la bombilla durante los primeros cincuenta segundos y APAGAR la bombilla durante los siguientes veinte segundos, luego tenemos que usar el interruptor en el circuito para cerrar y abrir el circuito continuamente. Esta es una tarea simple pero muy tediosa para un humano y no es rentable comprar un relé temporizador para este tipo de problema cada vez. En todos esos casos podemos utilizar un único PLC para solucionar el problema.

Aquí puede ver que un PLC está conectado en el bucle de la configuración mientras mantiene el interruptor cerrado. Podemos usar la programación para configurar el temporizador del PLC en el circuito. Una vez hecho esto, el PLC puede cerrar y abrir el circuito continuamente, lo que reemplaza la necesidad de intervención humana. Una vez que el PLC comienza a ejecutar el programa, no se detendrá hasta que se dé una interrupción.

Esta es solo una configuración simple y un PLC tiene la capacidad de controlar procesos mucho más grandes y complejos como el control PWM, la detección, etc. Un PLC generalmente se diseña de una manera para que el cliente pueda personalizar el Funcionamiento del PLC en función de la aplicación y necesidad.

Diagrama de bloques del PLC

Ahora veamos los módulos importantes presentes en el PLC.

Módulo de fuente de alimentación: este módulo a veces se coloca como una configuración separada como un adaptador y en otros casos, se diseñará directamente en la PCB principal. La función del módulo es proporcionar la energía necesaria a toda la configuración del PLC (controlador lógico programable). El módulo es un convertidor que convierte la energía CA disponible en energía CC requerida por la CPU y otros módulos. Por lo general, el PLC funciona en riel de alimentación de 12V y 24V.

Unidad Central de Procesamiento: Este módulo es el más protegido ya que es el núcleo de funcionamiento de todo el PLC. El módulo de la CPU consta de un microprocesador o microcontrolador, memoria de programa, memoria flash y memoria RAMS. La memoria flash o la memoria ROM almacena el sistema operativo, el controlador y el programa de aplicación. El microprocesador utiliza la RAM para acceder a datos e información.

La función de la CPU es ejecutar el programa almacenado en la memoria y actuar de acuerdo con las instrucciones escritas. Entonces, básicamente, la CPU lee los datos de entrada de los sensores para procesar y finalmente envía una respuesta apropiada basada en el programa.

Módulo de entrada y salida: el módulo de entrada se utiliza para establecer un enlace entre varios sensores y teclados a la CPU y el módulo de salida es utilizado por el procesador para proporcionar una respuesta al mundo exterior.

Módulo de dispositivo de programación: este módulo se utiliza para establecer la comunicación entre la PC y el PLC. La función básica es reprogramar el microprocesador del PLC.

Tipos de PLC (controlador lógico programable)

El PLC se divide en dos tipos: PLC fijo (o compacto) y PLC modular.

1. PLC compacto o fijo: generalmente es un PLC de gama baja que es popular en muchas industrias. El PLC compacto tiene un número fijo de módulos de E / S y tarjetas de E / S externas y no se pueden ampliar más adelante para realizar una configuración más compleja. Puede ver un PLC fijo en la siguiente figura.

2. PLC modular: El PLC modular permite múltiples expansiones apilando 'Módulos' en paralelo. Los puertos de E / S del PLC modular se pueden aumentar para operaciones más complejas en la industria. El PLC modular también es más fácil de usar porque cada componente es independiente entre sí. Este tipo de PLC es popular en muchas industrias.

Arduino vs PLC (controlador lógico programable)

Como mencionamos anteriormente, los módulos importantes de un PLC son similares a una PC (computadora personal) y son aún más similares a las computadoras de placa única como Arduino. Entonces, internamente, a cierto nivel, el funcionamiento tanto del PLC como del Arduino es el mismo y podemos usar este Arduino para diseñar un PLC (controlador lógico programable). Los PLC Arduino ya están presentes en el mercado y están disponibles más baratos en comparación con los PLC convencionales. Entonces, Arduino-PLC se está volviendo popular en estos días y sus aplicaciones aumentarán más en el futuro. Estas son ciertas diferencias entre el Arduino PLC y el PLC convencional y algunas de ellas se mencionan a continuación.

PLC de Arduino	PLC (controlador lógico programable)
Componentes externos necesarios para trabajar como PLC	No necesita componentes externos adicionales
Universalmente aceptada	Promocionado principalmente en Industrias
Bajo costo	Alto costo
Necesita aprender programación básica para reescribir el programa Arduino	Solo se necesita técnica operativa básica para reprogramar el PLC
La reprogramación es relativamente difícil	La reprogramación es relativamente fácil
Rendimiento satisfactorio	Alto rendimiento
No puede trabajar en condiciones difíciles	Puede trabajar en condiciones difíciles
Compacto y pequeño	Voluminoso y pesado
El apilamiento no se puede utilizar para promover el funcionamiento del PLC de Arduino PLC	El apilamiento se puede utilizar para promover el funcionamiento del PLC del PLC normal
Más opciones de comunicación	Menos opciones de comunicación
Fácil de reemplazar y reparar	Difícil de reemplazar y reparar
Menores opciones para elegir	Muchas opciones para elegir

Ahora hablemos brevemente sobre los PLC populares basados ​​en Arduino que se encuentran actualmente en el mercado.

1. Industrial Shields Arduino PLC

Industrial Shields es una empresa popular que proporciona protectores PLC basados ​​en Arduino para muchas aplicaciones industriales. Los escudos que se utilizan popularmente se analizan brevemente a continuación.

Escudos industriales ARDBOX:

ARDBOX es un PLC basado en Arduino diseñado para aplicaciones industriales de pequeña y mediana escala. La imagen de ARDBOX se muestra a continuación.

El ARDBOX está diseñado en base a ARDUINO LEONARO por lo que básicamente, todas las especificaciones técnicas de ARDBOX son especificaciones LEONARO. Las características básicas y especificaciones técnicas de ARDBOX se dan a continuación.

Voltaje de entrada	12V o 24V
Potencia nominal	30 vatios
Corriente máxima	1,5 A
Velocidad de reloj	16 MHz
Talla	100x45x115 mm
Lenguaje de programación	IDE de Arduino.
Memoria flash	32 KB de los cuales 4 KB son utilizados por el gestor de arranque
SRAM	2,5 KB
EEPROM	1 KB
Comunicaciones	I2C - USB - RS232 - RS485 - SPI - TTL
TOTAL puntos de entrada	10
TOTAL puntos de salida	10
Salida aislada PWM	a 24Vdc Yo máximo: 70 mA Aislamiento galvánico Diodo protegido para relé Voltaje nominal: 24 V CC

Escudos industriales M-Duino:

M-DUINO es un PLC basado en Arduino diseñado para aplicaciones industriales de pequeña y mediana escala. La imagen del PLC se muestra a continuación.

El M-DUINO está diseñado en base a la placa ARDUINO MEGA, por lo que todas las especificaciones técnicas de la placa MEGA son especificaciones M-DUINO. Las características básicas y especificaciones técnicas de M-DUINO se dan a continuación.

Voltaje de entrada	12V o 24V
Potencia nominal	40 vatios
Corriente máxima de salida	0,5 A
Velocidad de reloj	16 MHz
Talla	101x119x70mm
Lenguaje de programación	IDE de Arduino.
Memoria flash	32 KB de los cuales 0,5 KB son utilizados por el cargador de arranque
SRAM	2 KB
EEPROM	1 KB
Comunicaciones	I2C1 - Puerto Ethernet - USB - RS485 - SPI - (3x) Rx, Tx (pines Arduino)
TOTAL puntos de entrada	13,26,36
TOTAL puntos de salida	8,16,22
Salida aislada PWM	24Vdc (3,6,8) Yo máximo: 70 mA

2. PLC PLDuino Arduino

PLDuino es un controlador lógico programable (PLC) de código abierto basado en Arduino de Digital Loggers que está disponible en el mercado por alrededor de $ 150. Este PLC combina el Arduino Mega (ATmega2560) con el módulo Wi-Fi ESP8266 y una pantalla táctil TFT de 2.4 ”, para que sea adecuado para aplicaciones de IoT industrial y otras aplicaciones de robótica de fábrica.

PLDuino se puede programar fácilmente usando un simple cable USB, también junto con el popular IDE de Arduino, el PLDuino también se puede programar usando Lua, GNU o incluso AVR Studio. PLDuino también proporciona códigos de demostración y bibliotecas para ayudar a los principiantes a comenzar rápidamente con el desarrollo. Para los usuarios avanzados, PLDuino también ha hecho posible abrir la tapa y explorar el interior del PLC para personalizar el hardware según sea necesario para su aplicación, los esquemas completos y las especificaciones de los componentes también están disponibles en línea. Las especificaciones completas de PLDuino se muestran en la siguiente imagen

3. PLC Controllino Arduino

Controllino no es más que un Arduino industrializado. Combina la flexibilidad y la naturaleza de código abierto del ecosistema Arduino con la seguridad y confiabilidad de los PLC de grado industrial.

La compañía proporciona tres módulos que están diseñados en base a tres placas Arduino.

Controllino MINI:

Está diseñado en placa Arduino Uno.

Voltaje de entrada	12V o 24V
Temperatura de funcionamiento	5ºC a 55ºC
Corriente máxima de relé	6A
Velocidad de reloj	16 MHz
Talla	36x90x60 milímetro
Lenguaje de programación	IDE de Arduino.
Memoria flash	32 KB de los cuales 0,5 KB son utilizados por el cargador de arranque
SRAM	2 KB
EEPROM	1 KB
Comunicaciones	I2C1– USB - SPI
TOTAL puntos de entrada	8
TOTAL puntos de salida	8

Controllino MAXI:

Esto está diseñado en el microcontrolador Atmel ATMEGA2560 o en la placa Arduino Mega.

Voltaje de entrada	12V o 24V
Temperatura de funcionamiento	0ºC a 55ºC
Corriente máxima del relé de salida	6A
Velocidad de reloj	16 MHz
Talla	72x90x62mm
Lenguaje de programación	IDE de Arduino
Memoria flash	256 KB
SRAM	8 KB
EEPROM	4 KB
Comunicaciones	I2C1, puerto Ethernet, USB, SPI
TOTAL puntos de entrada	12
TOTAL puntos de salida	12, salida de relé-10

Controllino Mega:

Mega PLC está diseñado en el microcontrolador Atmel ATMEGA2560 o en la placa Arduino Mega.

Voltaje de entrada	12V o 24V
Temperatura de funcionamiento	0ºC a 55ºC
Corriente máxima del relé de salida	6A
Velocidad de reloj	16 MHz
Talla	107x90x62mm
Lenguaje de programación	IDE de Arduino
Memoria flash	256 KB
SRAM	8 KB
EEPROM	4 KB
Comunicaciones	I2C1, puerto Ethernet, USB, SPI
TOTAL puntos de entrada	21
TOTAL puntos de salida	24, salida de relé-16

Ventajas de Arduino PLC

• Se puede adquirir a bajo costo.
• Se puede programar con el software Arduino IDE.
• Alta compatibilidad.
• Alto espacio para ajustes.
• Fácil de reemplazar en comparación con los PLC convencionales.

Desventajas de Arduino PLC

• Hay muy pocas opciones disponibles para su selección.
• No apto para aplicaciones a gran escala.
• Sensible en comparación con PLC convencional.
• Requiere más mantenimiento.
• Menos profesional.