Übersicht über SPS und verschiedene Arduino-basierte SPS-Boards

Arduino wurde erstmals im Jahr 2005 eingeführt, um Anfängern und Profis eine kostengünstige und einfache Möglichkeit zu bieten, Geräte zu erstellen, die mithilfe von Sensoren und Aktoren mit ihrer Umgebung interagieren.

Vor der Einführung von Arduino wurde das eingebettete Design als komplexes Thema angesehen, und Hobbyisten (oder Ingenieure) mussten einen Fachmann finden, um ein funktionierendes Modell für ihr Problem zu finden. Wenn Sie beispielsweise einen einfachen 3D-Drucker benötigen, müssen Sie professionelle Hilfe in Anspruch nehmen, da es Tausende von Controllern mit ihrer kompatiblen IDE gibt. Und der Bastler kann nicht alle Mikrocontroller und ihre Programmiermethoden kennenlernen. Diese Situation endete mit der Einführung von allgemein anerkanntem ARDUINO. Und damit können die Bastler oder Ingenieure ohne viel professionelle Hilfe ihre eigenen Projekte entwerfen und entwickeln.

Und der Grund dafür, dass es so allgemein akzeptiert wird, weil es eine Open-Source-Elektronikplattform ist, die auf benutzerfreundlicher Hardware und Software basiert. Arduino-Boards können Eingaben wie Licht auf einem Sensor, einen Finger auf einer Taste lesen und in eine programmierbare Ausgabe umwandeln, z. B. das Aktivieren eines Motors, das Einschalten einer LED und das Online-Veröffentlichen von Informationen.

Im Laufe der Jahre ist Arduino immer beliebter geworden und so werden viele fortschrittliche Boards mit ähnlichen Zwecken wie Raspberry PI, Panda usw. entwickelt. Arduino wird in Tausenden von Projekten als Gehirn verwendet, von Alltagsgegenständen bis hin zu komplexen wissenschaftlichen Instrumenten. Studenten, Hobbyisten, Künstler, Programmierer und Fachleute auf der ganzen Welt haben sich um diese Open-Source-Plattform versammelt und viele Projekte entwickelt, um eine unglaubliche Menge an Wissen zu sammeln, das sowohl Anfängern als auch Experten eine große Hilfe sein kann.

Mit dem gesammelten Wissen und der jüngsten Einführung von IoT machte der Hype um Arduino einen weiteren Schritt nach vorne und wurde so zu einem notwendigen Lerninstrument für Ingenieure und Hobbyisten. Jetzt begann sich das Arduino-Board zu ändern, um sich an neue Anforderungen und Herausforderungen wie IoT-Anwendungen, Wearable, 3D-Druck, eingebettete Umgebungen und zuletzt SPS (Programmable Logic Controller) anzupassen . Hier in diesem Artikel erfahren Sie, was SPS ist und wie Arduino als SPS verwendet werden kann.

Einführung in die SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung)

Lassen Sie uns zunächst den Begriff Industrielle Automatisierung verstehen, bevor Sie sich für SPS entscheiden. Wie wir alle wissen, ist die Verwendung von Maschinen für die Arbeit in der Industrie kostengünstiger als die Verwendung von Menschen, da Maschinen kein Geld, keine Ferien oder Pausen benötigen. Wenn also Maschinen anstelle von Menschen verwendet werden, können die Branchen ihre Produkte ohne Probleme rund um die Uhr herstellen. Dieser Ansatz, Menschen durch Maschinen oder Roboterarme zu ersetzen, wird als industrielle Automatisierung bezeichnet.

Die SPS ist eine Steuereinheit, die speziell für den Betrieb der für die industrielle Automatisierung verwendeten Maschinen entwickelt wurde. Sie sind so konzipiert, dass sie in rauen Industrieumgebungen (wie extremen Temperaturen, feuchten, nassen und staubigen Bedingungen) zuverlässig sind. SPS-Anwendungen können am Fließband der Produktionsanlage, in einer Erzverarbeitungsanlage, beim Roboterschweißen, beim CNC-Schnitzen usw. eingesetzt werden. Da diese Geräte für hohe Effizienz und raue Umgebung ausgelegt sind, sind sie sowohl für die Installation als auch für die Reparatur kostspielig.

PLC (Programmable Logic Controller) verfügt über viele Funktionen, die denen unseres PCs zu Hause ähneln. Beide verfügen über ein Netzteil, eine CPU (Central Processing Unit), E / A-Anschlüsse (Inputs & Outputs), RAM- und ROM-Speicher sowie eine Steuerungssoftware. Der größte Unterschied zwischen beiden besteht darin, dass die SPS in einer rauen Umgebung, die ein PC nicht ausführen kann, diskrete und kontinuierliche Funktionen ausführen kann. Sie können auch den Unterschied zwischen SPS und Mikrocontroller ablesen, um einen Überblick über den Vergleich mit Mikrocontrollern zu erhalten.

Es gibt viele verschiedene Arten von SPS auf dem Markt, je nach den Anforderungen des Kunden. Obwohl es viele Arten von SPS gibt, folgen sie bestimmten Standards, die der Benutzer leicht auswählen kann.

Grundfunktion der SPS

Nehmen wir zum Verständnis der grundlegenden Funktionsweise der SPS ein einfaches Beispiel an, wie unten gezeigt.

Nehmen wir an, wir müssen in diesem Setup die Glühbirne für die ersten fünfzig Sekunden einschalten und die Glühbirne für die folgenden zwanzig Sekunden ausschalten. Dann müssen wir den Schalter im Stromkreis verwenden, um die Schleife kontinuierlich zu schließen und zu öffnen. Dies ist eine einfache, aber sehr mühsame Aufgabe für einen Menschen, und es ist nicht kosteneffizient, jedes Mal ein Timer-Relais für diese Art von Problem zu kaufen. In all diesen Fällen können wir eine einzige SPS verwenden, um das Problem zu lösen.

Hier sehen Sie, dass eine SPS in der Schleife des Setups angeschlossen ist, während der Schalter geschlossen bleibt. Wir können die Programmierung verwenden, um den Timer für die SPS in der Schaltung einzustellen. Sobald dies erledigt ist, kann die SPS die Schleife kontinuierlich schließen und öffnen, was die Notwendigkeit menschlicher Eingriffe ersetzt. Sobald die SPS mit der Ausführung des Programms beginnt, stoppt sie erst, wenn ein Interrupt erfolgt.

Dies ist nur eine einfache Einrichtung, und eine SPS kann viel größere und komplexere Prozesse wie PWM-Steuerung, Erfassung usw. steuern. Eine SPS ist normalerweise so konzipiert, dass der Kunde sie anpassen kann SPS funktioniert je nach Anwendung und Bedarf.

Blockschaltbild der SPS

Betrachten wir nun die wichtigen Module in der SPS.

Netzteilmodul: Dieses Modul wird manchmal als separates Setup wie ein Adapter platziert und in anderen Fällen direkt auf der Hauptplatine ausgeführt. Die Funktion des Moduls besteht darin, die gesamte Stromversorgung des gesamten SPS-Setups (Programmable Logic Controller) bereitzustellen. Das Modul ist ein Wandler, der verfügbaren Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt, der von der CPU und anderen Modulen benötigt wird. Normalerweise arbeitet die SPS auf 12V- und 24V-Stromschienen.

Zentraleinheit: Dieses Modul ist am besten geschützt, da es den Funktionskern für die gesamte SPS darstellt. Das CPU-Modul besteht aus einem Mikroprozessor oder Mikrocontroller, einem Programmspeicher, einem Flash-Speicher und einem RAMS-Speicher. Der Flash-Speicher oder ROM-Speicher speichert Betriebssystem, Treiber und Anwendungsprogramm. RAM wird vom Mikroprozessor verwendet, um auf Daten und Informationen zuzugreifen.

Die Funktion der CPU besteht darin, das im Speicher gespeicherte Programm auszuführen und gemäß den schriftlichen Anweisungen zu handeln. Grundsätzlich liest die CPU die Eingangsdaten von den zu verarbeitenden Sensoren und sendet schließlich eine entsprechende Antwort basierend auf dem Programm.

Eingangs- und Ausgangsmodul: Das Eingangsmodul dient zum Herstellen einer Verbindung zwischen verschiedenen Sensoren und Tastaturen zur CPU, und das Ausgangsmodul wird vom Prozessor zum Bereitstellen einer Antwort an die Außenwelt verwendet.

Programmiergerätemodul: Dieses Modul dient zum Aufbau der Kommunikation zwischen PC und SPS. Die Grundfunktion besteht darin, den Mikroprozessor der SPS neu zu programmieren.

SPS-Typen (speicherprogrammierbare Steuerung)

Die SPS ist in zwei Typen unterteilt, nämlich feste (oder kompakte SPS) und modulare SPS.

1. Kompakte oder feste SPS: Es handelt sich normalerweise um eine Low-End-SPS, die in vielen Branchen beliebt ist. Die Compact PLC verfügt über eine feste Anzahl von E / A-Modulen und externen E / A-Karten und kann später nicht erweitert werden, um eine komplexere Einrichtung zu ermöglichen. In der folgenden Abbildung sehen Sie eine feste SPS.

2. Modulare SPS: Die modulare SPS ermöglicht mehrere Erweiterungen, indem 'Module' parallel gestapelt werden. Die E / A-Anschlüsse der modularen SPS können für komplexere Vorgänge in der Industrie erweitert werden. Die modulare SPS ist auch einfacher zu verwenden, da jede Komponente unabhängig voneinander ist. Diese Art von SPS ist in vielen Branchen beliebt

Arduino vs PLC (speicherprogrammierbare Steuerung)

Wie bereits erwähnt, ähneln die wichtigen Module einer SPS einem PC (Personal Computer) und ähneln noch mehr Einzelplatinencomputern wie Arduino. Intern sind also auf einer bestimmten Ebene sowohl die SPS als auch Arduino gleich und wir können dieses Arduino verwenden, um eine SPS (Programmable Logic Controller) zu entwerfen. Die Arduino-SPS sind bereits auf dem Markt vorhanden und im Vergleich zu herkömmlichen SPS billiger erhältlich. Daher wird Arduino-PLC heutzutage immer beliebter und seine Anwendungen werden in Zukunft weiter zunehmen. Dies sind bestimmte Unterschiede zwischen der Arduino-SPS und der herkömmlichen SPS, von denen einige nachstehend aufgeführt sind.

Arduino PLC	SPS (speicherprogrammierbare Steuerung)
Benötigte externe Komponenten, um als SPS zu arbeiten	Benötigt keine zusätzlichen externen Komponenten
Universell akzeptiert	Vor allem in der Industrie gefördert
Kostengünstig	Hohe Kosten
Sie müssen grundlegende Programmierkenntnisse erlernen, um das Arduino-Programm neu schreiben zu können	Benötigte nur grundlegende Bedientechnik zur Neuprogrammierung der SPS
Eine Neuprogrammierung ist relativ schwierig	Die Neuprogrammierung ist relativ einfach
Zufriedenstellende Leistung	Hochleistung
Kann unter rauen Bedingungen nicht arbeiten	Kann unter rauen Bedingungen arbeiten
Kompakt und klein	Sperrig und schwer
Das Stapeln kann nicht verwendet werden, um den SPS-Betrieb der Arduino-SPS zu fördern	Das Stapeln kann verwendet werden, um den SPS-Betrieb einer normalen SPS zu fördern
Weitere Kommunikationsmöglichkeiten	Weniger Kommunikationsmöglichkeiten
Einfach zu ersetzen und zu reparieren	Schwer zu ersetzen und zu reparieren
Geringere Auswahlmöglichkeiten	Viele Möglichkeiten zur Auswahl

Lassen Sie uns nun kurz über beliebte Arduino-basierte SPS diskutieren, die derzeit auf dem Markt sind.

1. Arduino-SPS für industrielle Abschirmungen

Industrial Shields ist ein beliebtes Unternehmen, das SPS-Abschirmungen auf Arduino-Basis für viele industrielle Anwendungen anbietet. Die im Volksmund verwendeten Schilde werden nachstehend kurz erläutert.

Industrielle Schutzschilde ARDBOX:

ARDBOX ist eine SPS auf Arduino-Basis, die für kleine und mittlere industrielle Anwendungen entwickelt wurde. Das Bild von ARDBOX ist unten dargestellt.

Die ARDBOX basiert auf ARDUINO LEONARO. Grundsätzlich sind alle technischen Spezifikationen der ARDBOX LEONARO-Spezifikationen. Die grundlegenden Funktionen und technischen Spezifikationen von ARDBOX sind unten angegeben.

Eingangsspannung	12Voder 24V
Nennleistung	30 Watt
Maximaler Strom	1,5A
Taktfrequenz	16 MHz
Größe	100 x 45 x 115 mm
Programmiersprache	Arduino IDE.
Flash-Speicher	32 KB, davon 4 KB, werden vom Bootloader verwendet
SRAM	2,5 KB
EEPROM	1 KB
Kommunikation	I2C - USB - RS232 - RS485 - SPI - TTL
GESAMT Eingabepunkte	10
GESAMT Ausgabepunkte	10
PWM-isolierter Ausgang	bis 24VDC I max: 70 mA Galvanische Isolierung Diode für Relais geschützt Nennspannung: 24VDC

Industrielle Schilde M-Duino:

M-DUINO ist eine SPS auf Arduino-Basis, die für kleine und mittlere industrielle Anwendungen entwickelt wurde. Das Bild der SPS ist unten dargestellt.

Das M-DUINO basiert auf der ARDUINO MEGA-Karte, sodass alle technischen Spezifikationen der MEGA-Karte M-DUINO-Spezifikationen sind. Die grundlegenden Funktionen und technischen Daten von M-DUINO sind nachstehend aufgeführt.

Eingangsspannung	12V oder 24V
Nennleistung	40 Watt
Maximaler Ausgangsstrom	0,5A
Taktfrequenz	16 MHz
Größe	101 x 119 x 70 mm
Programmiersprache	Arduino IDE.
Flash-Speicher	32 KB, von denen 0,5 KB vom Bootloader verwendet werden
SRAM	2 KB
EEPROM	1 KB
Kommunikation	I2C1 - Ethernet-Anschluss - USB - RS485 - SPI - (3x) Rx, Tx (Arduino-Stifte)
GESAMT Eingabepunkte	13,26,36
GESAMT Ausgabepunkte	8,16,22
PWM-isolierter Ausgang	24 VDC (3,6,8) I max: 70 mA

2. PLDuino Arduino SPS

PLDuino ist ein Open Source Arduino-basierter speicherprogrammierbarer Controller (SPS) von Digital Loggers, der auf dem Markt für etwa 150 US-Dollar erhältlich ist. Diese SPS kombiniert den Arduino Mega (ATmega2560) mit dem Wi-Fi-Modul ESP8266 und einem 2,4-Zoll-TFT-Touchscreen, um ihn für industrielle IoT-Anwendungen und andere werksseitige Robotikanwendungen geeignet zu machen.

PLDuino kann einfach mit einem einfachen USB-Kabel programmiert werden. Zusammen mit der beliebten Arduino IDE kann PLDuino auch mit Lua, GNU oder sogar AVR Studio programmiert werden. PLDuino bietet auch Demonstrationscodes und Bibliotheken, damit Anfänger schnell mit der Entwicklung beginnen können. Für fortgeschrittene Benutzer hat PLDuino es auch möglich gemacht, die Abdeckung zu öffnen und innerhalb der SPS zu erkunden, um die Hardware nach Bedarf für ihre Anwendung anzupassen. Die vollständigen Schaltpläne und Komponentenspezifikationen sind auch online verfügbar. Die vollständigen Spezifikationen von PLDuino sind in der folgenden Abbildung dargestellt

3. Controllino Arduino SPS

Controllino ist nichts anderes als ein industrialisiertes Arduino. Es kombiniert die Flexibilität und Open-Source-Natur des Arduino-Ökosystems mit der Sicherheit und Zuverlässigkeit von SPS in Industriequalität.

Das Unternehmen bietet drei Module an, die auf drei Arduino-Boards basieren.

Controllino MINI:

Es wurde auf Arduino Uno Board entwickelt.

Eingangsspannung	12V oder 24V
Betriebstemperatur	5ºC bis 55ºC
Maximaler Relaisstrom	6A
Taktfrequenz	16 MHz
Größe	36 x 90 x 60 mm
Programmiersprache	Arduino IDE.
Flash-Speicher	32 KB, von denen 0,5 KB vom Bootloader verwendet werden
SRAM	2 KB
EEPROM	1 KB
Kommunikation	I2C1 - USB - SPI
GESAMT Eingabepunkte	8
GESAMT Ausgabepunkte	8

Controllino MAXI:

Dies ist auf dem ATMEGA2560 Atmel-Mikrocontroller oder auf dem Arduino Mega- Board ausgelegt.

Eingangsspannung	12V oder 24V
Betriebstemperatur	0ºC bis 55ºC
Maximaler Ausgangsrelaisstrom	6A
Taktfrequenz	16 MHz
Größe	72 x 90 x 62 mm
Programmiersprache	Arduino IDE
Flash-Speicher	256 KB
SRAM	8 KB
EEPROM	4 KB
Kommunikation	I2C1, Ethernet-Anschluss, USB, SPI
GESAMT Eingabepunkte	12
GESAMT Ausgabepunkte	12, Relaisausgang-10

Controllino Mega:

Die Mega-SPS wurde auf dem ATMEGA2560 Atmel-Mikrocontroller oder auf dem Arduino Mega-Board entwickelt.

Eingangsspannung	12V oder 24V
Betriebstemperatur	0ºC bis 55ºC
Maximaler Ausgangsrelaisstrom	6A
Taktfrequenz	16 MHz
Größe	107 x 90 x 62 mm
Programmiersprache	Arduino IDE
Flash-Speicher	256 KB
SRAM	8 KB
EEPROM	4 KB
Kommunikation	I2C1, Ethernet-Anschluss, USB, SPI
GESAMT Eingabepunkte	21
GESAMT Ausgabepunkte	24, Relaisausgang-16

Vorteile von Arduino PLC

• Kann zu geringen Kosten erworben werden.
• Kann mit der Arduino IDE-Software programmiert werden.
• Hohe Kompatibilität.
• Hoher Raum für Anpassungen.
• Einfach zu ersetzen im Vergleich zu herkömmlichen SPS.

Nachteile der Arduino PLC

• Es stehen nur sehr wenige Optionen zur Auswahl.
• Nicht für großtechnische Anwendungen geeignet.
• Empfindlich im Vergleich zu herkömmlichen SPS.
• Benötigte mehr Wartung.
• Weniger professionell.