是什么?
什么是(Programmable Logical Controller;)这要追溯到1960年代,美国汽车工厂因应订单少量多样化而必须频繁更动生产线,但产线所用的生产设备、机具等的控制开关电路是固定的,每改一次产线就要重新拆拔、重新配置电路,非常麻烦费时。
图一 : Arduino官方推出Arduino IDE开发工具(source:Arduino官网)
因此,产业期望有一种中央控制装置,只要修改装置内的控制程序,就可以改变设备、机具的开关顺序与条件,如此即可快速变更产线,此一控制装置即是。厂房产线只是开端,PLC之后也经常用于电梯、立体停车场、中央空调等各种控制应用上。
PLC跟Arduino有何关系?其实两者的骨子都是MCU微控制器芯片,只是Arduino比较常在用一些电子创作,例如简单的按钮、灯号、发声、感测,或小马达的驱动等,而PLC通常用在比较正经的产业用途(如前述),且通常用来透过继电器(relay)或其他隔离手法以便驱动大电力电流的设备。
另一个不同是PLC远较Arduino早出现,用的控制程序是阶梯图(Ladder Diagram;LD)或其他语言,Arduino在2005年才出现,用的是C/C++程序语言,且PLC因为是在工厂等环境,设计上会让PLC有较高的温度、噪声耐受力。
为进军产业应用推出Arduino PLC IDE
回到主题,Arduino官方为了进军产业应用市场,此前已经推出Arduino Pro体系 ,体系下有MKR、Nano、Portenta等家族的控制板,其中Portenta家族中有一片Portenta H7控制板,再搭配一款Portenta Machine Control工业控制单位后,其定位即类同于PLC的产业控制应用。
图二 : Arduino Pro的Portenta Machine Control(source:Arduino官网)
图三 : Portenta H7控制板位于Portenta Machine Control下方(source:Arduino官网)
为何说是类同?因为还是有点不一样,Portenta Machine Control方案还是用Arduino IDE的C/C++来写控制程序,虽然可以达到与PLC相同的控制效果,但开发方法与过程仍是不同。
为了让Arduino Pro体系更逼近于真正的产业应用,Arduino官方在2022年12月推出了新开发工具Arduino PLC IDE,就真的可以用产业界常用的PLC程序语言来撰写控制程序了。
Arduino PLC IDE支持IEC 61131-3标准中的5种控制程序撰写方法,除了支持前面谈及的阶梯图外,也支持指令表(Instruction List Diagram;ILD)、功能区块图(Function Block Diagram;FBD)、结构化文字(Structured Text Language;STL)以及顺序功能流程图(Sequential Function Chart;SFC),撰写者择一而用即可,端看熟悉与便利性,且能与Arduino本有的C/C++搭配使用。
目前Arduino PLC IDE已是1.0正式版,配套的IDE工具则在0.28版。虽然是正式版但现下只支持Windows,且必须是64位Windows 10之后的系统,不支持Linux、Mac等,不过一般产业界最常用的也是Windows,所以影响不大。
除了推出Arduino PLC IDE外,Arduino官方也加码推出一款新硬件Arduino Opta,Opta被Arduino官方定位为一台微型PLC(micro PLC)并具备产业物联网(Industrial IoT, IIoT)能力,意思是Opta具备多种产业常用的网络及协议,如Modbus TCP(走以太网络)、Modbus RTU(走RS485)以及Wi-Fi、BLE等。
图四 : Opta(source:Arduino官网)
Opta还可以支持在线更新(Over-The-Air;OTA)韧体、云端装置管理(如Arduino Cloud但也可以是其他的)等,更新韧体过程也搭配使用防护技术,同时在板卡层面上也用上安全组件(Secure Element)及遵循X.509标准,这些都在强调Opta能合乎业界高目标控制管理要求、资安防护要求。
而之所以称为微型,笔者推测是Opta的控制输出、输入端点数目太少,输入仅8个端点,输出仅4个端点。相对的,Portenta Machine Control有8个数字输入、2个编码信道读取输入、3个模拟温度输入、3个模拟输入、8个数字输出、4个模拟输出、12个的数字I/O等,明显较Opta为多。
至于其他真正产业常见的PLC厂牌,如德国西门子(Siemens)、日本奥姆龙(Omron)等,其入门款PLC也多能运用模块化扩充到4~32个数字/模拟输出入端点,明显Opta是偏少的,且目前看来无法模块化扩充。
结语
不过,Opta毕竟是初试啼声,试试市场水温,若市场接受Opta,或许可以接续推出中高阶产品,或同样朝模块化路线发展。最后附带一提的,Opta内所使用的一些电子控制零件是由Finder公司提供,Finder公司在工控领域提供耐用、可靠、安全的电子零件已经有65年资历了,言下之意Opta很可靠,请产业放心运用。
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