微控制器与plc:哪一个属于你的工厂?
封面故事:单板计算机和微控制器为自动化应用提供了机会，但它们可能不是关键生产应用的最佳选择。
微控制器的种类一直在迅速增长，没有减弱的迹象。这些设备提供了许多功能，以及具有成本效益的整个配件生态系统(见图1)。因此，对这些产品的兴趣已经从自动化俱乐部和地下室机器人建造者转移到一些人正在考虑将其用于制造业。
当工程师正在考虑解决一个小型工业自动化挑战时，传统的方法是使用可编程逻辑控制器(PLC)(图2)，但一些工程师现在可能会考虑微控制器;然而，在做出决定之前，有些因素需要考虑。
出于讨论的目的，由于diy电子行业(创客世界)产生了大量可能的开源板级产品，因此将做出一些概括。微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)板和单板计算机具有不同的功能和限制。然而，为了讨论的目的，我们将把它们放在微控制器的标题下。
同样，plc和其他工业控制器的特征属性并不适用于每个型号和制造商，尽管在这个领域内的公司范围内有高度的一致性。
工业自动化实例
工程师可能正在考虑一个涉及两个或三个传感器的小型自动化任务，一个用于输出的执行器，以及一个向较大控制系统报告的功能。它需要一个基本的程序来运行。
这对于许多小型plc来说很简单，价格从几百美元起，但有一些因素应该首先考虑。一个小型的开源板级微控制器可能很有诱惑力，因为它的成本只有它的一小部分。
工程师可能遇到的第一个障碍是输入/输出(I/O)兼容性:未来的微控制器是否提供所需的I/O ?要找到具有正确数量的离散I/ o和模拟I/ o的微控制器并不难，但它们可能不是正确的类型。
有些相对容易转换，如4-20 mA电流回路到0-5 V电压回路。其他的则更难以转换为任何东西，例如使用微控制器常见的脉宽调制(PWM)的模拟输出。一些信号转换器可作为标准产品，但它们增加了总成本。坚持完全自己动手体验的工程师可能会尝试在内部创建转换器，但这样的工作可能很复杂，需要大量的开发时间。
另一方面，plc设计用于工业传感器，因此提供了广泛的I/O选择，因此应该很少或不需要外部转换。直接连接到PLC或I/O模块的能力将更容易，因为它是为此目的而设计的。PLC还将通过隔离相关I/O点来确保对设备和电路的高度保护。终端用户也可以这样做，但这需要额外的知识，并增加了复杂性。
此外，还存在安装和外壳微控制器的问题，因为它很可能是一个带有连接引脚的裸板(图3)。最终用户还必须提供电源并创建端子来连接外部设备。这些都是可管理的任务，但需要时间。
这些物理匹配和不断增加的挑战似乎是讨论的主要元素，但它们只触及了两大平台组之间的表面差异，其他不太明显的考虑因素更为重要。
支持应用程序的操作系统
微控制器是最基本的设备，包括操作系统。毕竟，一台售价40美元的单板计算机不会有太多的内置软件例程，所以除了最基本的功能外，用户只能自己编写代码。这并不一定是个问题，因为大多数微控制器使用常见的编程环境，如Linux和C，通常用于相对简单的应用程序。
类似地，为PLC编写应用程序也可能很简单，但是很多事情发生在程序员或用户不可见的表面之下。plc具有监视程序和相关设备的许多内务功能。
软件监管人员会密切关注程序，以确保程序按照应有的方式执行。例如，假设For /next循环有问题，程序卡住了。如果它被卡住了，它就不能发挥它的功能，这可能会导致有害和潜在的危险情况。软件看门狗对程序的每次扫描进行计时。如果给定的扫描没有在允许的时间内完成，狗就会吠叫，故障PLC并将其置于安全模式，同时提醒操作员。
硬件监控器密切关注连接到PLC的设备，特别是I/O模块或单独的设备，如开关、传感器和执行器。PLC总是与设备握手，并在程序运行时计算程序的每次扫描。如果任何单个设备的扫描计数开始滞后，PLC将认为设备或线路有问题。根据复杂程度和程序设置，它可能出现故障并进入安全模式，也可能在通知操作人员问题的同时继续运行。
使用循环冗余检查来验证来自设备的数据，以确保没有通信错误。同样，如果出现问题，PLC可以进入安全模式。所有这些功能都是为了警告用户，如果PLC没有按预期运行，因此不能按预期控制机器或过程。
从理论上讲，这些功能都可以添加到微控制器的编程中，但用户要么必须从头编写例程，要么找到现有的软件模块进行重用。当然，这些必须为应用程序进行测试和验证，这将是一项重大任务，至少在第一次进行测试时是如此。为同一个控制器编写多个程序的工程师可能会重用经过验证的代码块，但这些功能实际上包含在任何PLC的操作系统中。
专为工业环境设计
plc设计用于工业环境。这意味着每个制造商都不同，但它涉及到对硬件抵御各种潜在威胁的额外保护。例子包括:
- 冲击和振动:安装在工厂环境中的设备可能会受到粗糙的处理，和/或安装在振动的设备上。微控制器必须安全安装，连接安全，以抵御这种滥用。
- 噪声:工业环境中充满了能够产生磁场和电子噪声的设备。一台便宜的设备如果受到足够的干扰，就会进入故障模式或失去程序。plc得到了更好的保护，可以承受大多数环境中遇到的典型电气噪声问题。
- 腐蚀:一些环境使设备暴露在可能腐蚀电线和部件的蒸汽和烟雾中。plc通常包括各种涂层，以尽量减少电路板上的裸露金属，布线设备使用适当的抗腐蚀材料。
- 温度范围:PLC可安装在室外高低温环境中。选择能够适应这些环境的正确组件可以延长PLC的寿命，而大多数微控制器需要一个相对于温度的更温和的环境。
国际电气规范(IEC)、UL和其他已发布的标准描述了如何测试这些类型的属性，PLC文档将说明已经进行了哪些测试和使用的方法。这种测试既复杂又昂贵，但它能使设备在工业环境中可靠地运行。
微控制器很少有如此广泛的测试，通常只包括控制工程等特定市场的基本要求。由于不知道电路板的制造商，这也会变得复杂。通用板可能没有经过与品牌产品相同程度的测试，即使它们看起来是相同的(图4)。
微控制器寿命预期
工业应用的现实之一是要求寿命长。如果解决方案有效，没有令人信服的理由，很少有制造商会进行更新。因此，许多工业用户使用的设备通常有几十年的历史，他们希望供应商能够相应地支持产品。
原始设备制造商(oem或机器制造商)必须从长远的角度看待他们在机器中使用的产品，当客户想要购买安装于20世纪90年代或更早的系统的部件时，他们需要做好准备。最终，一些产品将不得不停产，但这些情况将被规划出来，这样oem的客户就可以获得一条更新换代的路径。这通常包括重用旧PLC程序和保留其他知识产权的机制。
制造微控制器的公司可能不会有这种历史感。如果你需要为一个5年前的项目更换控制器，找到必要的部件可能是一个挑战。在那些年里，随着编程环境的各种变化，产品的多个版本可能出现又消失。最坏的情况是，你可能不得不使用更电流的东西重新开始。
技术支持，微控制器
使用开源微控制器设计自动化解决方案的最终用户成为他们自己的技术支持团队。可以通过各种讨论组和论坛获得一些外部帮助，尽管这些技术支持社区可能没有工业自动化工作的经验。
PLC供应商每天与工业用户打交道，试图解决工业问题。大多数公司还拥有用户社区和论坛，专注于现实世界中的制造挑战。一些PLC供应商免费提供这种技术支持，帮助他们的客户解决硬件、软件和系统问题。
微控制器和其他类型的开发板是极好的教学工具和实验。它们很便宜，并且使编程和自动化的困难概念更容易学习。
另一方面，如果手头的任务是保持制造业有效、高效和安全运行，plc提供了各种各样的功能，其可靠性已经经过了几十年的测试和使用。当一个工厂必须运行，产品必须生产出来时，可靠性和安全性比什么都重要。
比尔•德恩，技术营销工程师;而且蒂姆·惠勒， AutomationDirect的技术营销人员和培训开发人员。由内容副经理艾米丽·冈瑟编辑，控制工程， CFE传媒，eguenther@cfemedia.com．
更多的答案
www.globalelove.com关键词:自动化可靠性，可编程控制器
关键概念
- 比较制度与微控制器
- 需要考虑的因素当将PLC用于工业自动化应用时。
- 可靠性以及使用微控制器的更广泛的成本问题。
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是最终用户通常会遇到很多技术支持问题?
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了解更多关于开源计算板的信息。开源例子:Arduino Uno是由Arduino公司开发的，该公司销售其“官方”品牌产品。但由于该产品是开源的，其他公司可以合法地制造该板，并声称它在功能上是等同的(图4)。通用的“UNO R3”板可能没有经过与真正的Arduino产品相同的测试，即使它们看起来是相同的，除了商标之外，所以买家要小心。
从控制工程：工业微控制器的使用:回答网络直播问题．
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