Существует популярное заблуждение, что ПЛК - это тот же одноплатный компьютер (arduino, и т.п.), только в din-реечном корпусе и значительно дороже. Ведь их возможности во многом похожи, и они могут выполнять одну и ту же задачу, например, автоматизацию и управление исполнительными устройствами.
Но это не совсем так. Давайте рассмотрим их сильные и слабые стороны, чтобы понять, где стоит применить каждый конкретный тип оборудования.
К первому типу в данной статье мы отнесем всем известные Arduino, Raspberry Pi, Banana Pi и другие отладочные платы и одноплатные компьютеры. В рамках данной статьи будем называть их все по-простому – «одноплатники».
Второй тип – это промышленные программируемые устройства, такие как ПЛК и ПР.
Стоимость
Низкая цена – преимущество одноплатников. Эти модули можно купить очень легко и стоят они, в сравнении с ПЛК, недорого.
Так, стоимость хороших отечественных ПЛК в среднем 25-50.000 руб в ценах 2024 года. А стоимость одноплатника 2-10.000 руб.
Возможность расширения функционала
К одноплатным компьютерам можно найти тонну всякой «рассыпухи»: контроллеры шаговых двигателей, реле с диммерами, микрофоны, устройства воспроизведения звука, дискретный входы, дискретные выходы, Wi-Fi, Bluetooth, инфракрасный порт – всё, что угодно.
А функционал промышленной автоматики ограничен производителем. Это значит, что если у контроллера нет Wi-Fi, то у него нет Wi-Fi и прикрутить его туда можно будет только в виде каких-нибудь «костылей». Но иногда все же есть возможность что-то добавить. Например, если контроллер использует операционную систему Linux.
Вместе с тем, для решения основной задачи у ПЛК есть всё необходимое - это широкий спектр поддерживаемого стандартизированного оборудования для промышленной автоматизации.
Программирование
Для одноплатных компьютеров в интернете есть много готового кода и примеров, это большой плюс. Бывают случаи, когда можно собрать систему из готовых модулей и готового кода, не написав при этом ни строчки. И она будет реально работать.
Эти устройства имеют огромное значение для академических целей. Ведь это самое интересное программирование - прикладное. Что-то собрать, подключить, подсоединить датчики, поморгать лампочками. Прекрасно, что у современной молодежи есть доступ к таким вещам.
Но для каких-то более-менее продвинутых задач потребуется больше знаний, чем для работы с ПЛК. Здесь нужно знать язык С++, как минимум. Нужно понимать, как работают микроконтроллеры, их регистры, за что они отвечают. Нужно знать электронику, чтобы работать с низкими напряжениями. Например, если вы вместо 3.3V подадите 5V, микросхема сгорит.
Порог входа в программирование ПЛК ниже, благодаря языкам стандарта МЭК. Нет необходимости уходить на низкоуровневое программирование, не нужно писать драйвера, например.
К ПЛК есть также большое количество стандартных или универсальных решений, которые широко применяются. Например, конфигурируемые контроллеры вентиляций, котельных, тепловых пунктов от ОВЕН или программы-кодогенераторы SMConstructor от Segnetics для вентиляций, теплопунктов и насосных станций. Такие решения позволяют создавать системы промышленной автоматизации без программирования.
Исходя из этого, под ПЛК проще найти программиста. Если у вас стоит задача автоматизировать что-либо, найти программиста ПЛК гораздо проще, чем найти того, кто сделает под ту же задачу решение на Arduino или на одноплатном компьютере.
Надежность, производительность, быстродействие
У одноплатных компьютеров более низкая надежность, чем у промышленных устройств.
Мало кто знает, но те же процессоры в промышленном и в бытовом исполнении отличаются. Промышленное оборудование уступает бытовому в плане производительности, но неизменно выигрывает в плане надежности и наработке на отказ.
Возьмем одноплатный компьютер Raspberry Pi. Он может иметь впечатляющие характеристики, 4х-ядерный процессор. В то время, как одни из самых производительных ПЛК Segnetic SMH4 или Matrix имеют всего лишь 1 ядро в 1 ГГц, что по современным меркам более чем скромно.
Это происходит не из-за того, что производитель пожалел денег на более современные компоненты. Просто, когда выходит новая архитектура, к ней начинают применять все существующие требования к надежности и безопасности. Это происходит очень долго и не всегда успешно.
И если мы откроем спецификации на один и на другой процессоры, то увидим, что количество часов наработки на отказ у ПЛК раз в 100 больше. Это значит, что дольше 3х лет Raspberry Pi на крупном объекте не проработает, а как показывает практика, проблемы возникают раньше.
Помимо надежности компонентов, стоит отметить отсутствие каких-либо защит с электрической стороны. Посмотрите на эту плату с STM32. Контакты чипа выведены наружу, их даже можно потрогать.
Дело в том, что это незаконченные изделие. Это всего лишь плата с микроконтроллером. Например, если потребуется подключить внешний датчик, то нужно делать это напрямую, к контактам процессора. И если вы словите помеху по этим контактам, даже, например, под воздействием атмосферы, то у вас будут проблемы. Процессор может зависнуть, перезагрузиться или испортить данные, например кэш первого уровня. Это, конечно же, недопустимо в коммерческом использовании.
Однако, если производительность и быстродействие имеют значение, то одноплатные компьютеры выигрывают в сравнении с ПЛК. Микроконтроллеры могут обеспечить скорость реакции в наносекунды, а ПЛК – нет. Так, к примеру, на одноплатниках можно сделать простую систему машинного зрения, или при помощи Arduino управлять стробоскопом.
Ремонт, горячая замена
ПЛК можно отремонтировать. Существуют сервисные центры от производителей и системных интеграторов, а иногда можно запросить у завода-изготовителя части принципиальных схем или какие-то спецификации, чтобы разобраться в поломке на месте.
ПЛК и другая промышленная автоматика - это серийные устройства, которые доступны к покупке всегда (когда не под санкциями 😉). Контроллер, купленный 10 лет назад, и контроллер той же модели, купленный сейчас, будут совместимы, на них можно залить одну и ту же программу, и это будет нормально работать.
К сожалению, решения на одноплатных компьютерах нельзя масштабировать. Да, в моменте может показаться, что сделать автоматизацию на Arduino можно быстро и дешево, однако дальнейшее ее обслуживание и горячая замена могут стать невозможным. Если человек, который сделал такое решение уволится, заболеет, уедет – ничего нельзя будет сделать.
Кроме того, оценивайте время разработки, которое также напрямую влияет на стоимость изделия. До тех пор, пока это ваше бесплатное хобби и вы собираете эту систему «для себя» - всё нормально, это по прежнему дешевле чем заводской ПЛК. Но если речь заходит про реальное применение за деньги, то выясняется, что нужно запроектировать, изготовить, запрограммировать, протестировать и отладить целый программно-аппаратный комплекс. Не говоря о том, что надо будет выполнить и ту же задачу, что мы выполняли бы и на ПЛК - запрограммировать алгоритм управления.
ПЛК полностью берёт нижнюю часть вопроса на себя, нам остаётся только программирование алгоритма: при какой температуре включать нагреватель, при какой сигнализировать аварию и какие реле включить, если сработает авария и т.д.
Бюрократические штучки
Сильная сторона ПЛК - унификация. Международный стандарт МЭК 61131-3 описывает требования к программируемым логическим контроллерам и 5 языкам их программирования. Это значит, что все ПЛК, поддерживающие этот стандарт, работают и программируются примерно одинаково. В нашей школе мы изучаем 3 основных МЭКовских языка - FBD, ST и LD.
Поскольку ПЛК – это промышленное устройство, производители получают на них кучу разрешительной документации, сертификатов и т.п. Этот фактор может сыграть решающую роль при автоматизации коммерческих объектов. Одноплатные компьютеры такой документации, как правило, не имеют.
Одноплатный компьютер, Arduino - это хорошая платформа для того, чтобы тестировать какую-то систему, заниматься макетированием, отладкой какого-то стендового лабораторного оборудования, чтобы потом развести нормальную электрическую плату и заказать её изготовление на заводе. То есть протестировать идею и сделать надежное встраиваемое решение.
ПЛК – это завершенное устройство с четко определенными характеристиками, необходимыми сертификатами и разрешениями, рассчитанное на долгую бесперебойную работу в суровых условиях.
Вкратце:
- Если вам нужно автоматизировать домашнюю теплицу или полив - можно использовать одноплатники.
- Для котельной в своем доме лучше уже взять ПЛК, ну или ПР, так как система важная.
- Если автоматизируете завод - тут точно одноплатниками не обойтись, нужно использовать программируемые логические контроллеры.
Теперь, надеемся, вам стала понятна разница между одноплатными компьютерами и ПЛК.
Расскажите о вашем первом программируемом устройстве в комментариях!
Что это было? Как это было?
