تفاوت میکروکنترلر با PLC

به‌طور بسیار خلاصه، میکروکنترلر یک کامپیوتر است! با این حال، تفاوت‌های زیادی با لپ‌تاپ یا کامپیوترهای شخصی دارد، اگرچه تمام این تجهیزات الکترونیکی و پردازشی، ویژگی‌های مشترک زیر را دارند:
• وجود واحد پردازشگر مرکزی یا CPU
• قابلیت بارگذاری برنامه (مانند بارگذاری مرورگرهای اینترنت از دیسک حافظه توسط کامپیوترهای شخصی)
• استفاده از RAM برای ذخیره‌سازی متغیرها
• وجود دستگاه‌های ورودی و خروجی برای تسهیل در ارتباط با سایر دستگاه‌ها (مانند اتصال به صفحه کلید، ماوس، چاپگر)
یک تفاوت اصلی بین میکروکنترلرها و کامپیوترها این است که خانواده دوم برای اهداف کلی‌تری طراحی شده‌اند. آن‌ها قادرند هزاران برنامه با اهداف مختلف را اجرا کنند و دستگاه‌های و سیستم‌های بیشتر و گسترده‌تری را کنترل کنند. این در حالی است که میکروکنترلرها برای انجام یک فعالیت منحصربه‌فرد (در آن واحد) طراحی شده‌اند.

• تعبیه شده یا امبد: میکروکنترلر به تنهایی قابلیت چندانی ندارند و برای انجام آنچه برای آن طراحی شده‌ است، درون دستگاه‌ دیگری قرار می‌گیرد. استفاده از آن‌ها با هدف کنترل دستگاه‌ها و اعمال آنهاست و به همین دلیل گاها میکروکنترلر تعبیه‌ شده نیز خوانده می‌شوند.

• تسک یا وظیفه محور بودن میکروکنترلر: چنانکه عنوان کردیم، هر میکروکنترلر برای انجام یک وظیفه خاص طراحی و استفاده می‌شود. برخلاف RAM، برنامه‌ای که بر روی میکروکنترلر نوشته می‌شود در ROM می‌ماند و در طول فعالیت قطعه و کلیت سیستم تغییر نمی‌کند.

• مصرف کم انرژی: اندازه کوچک آن‌ها و تک کاره بودنشان باعث می‌شوند که میکروکنترلرها انرژی کمتری را مصرف کنند. به طور میانگین، مصرف یک میکروکنترلر در حدود ۵۰ میلی‌وات است.

• دستگاه ورودی/خروجی اختصاصی: هر میکروکنترلر معمولا یک دستگاه ورودی اختصادصی و یک دستگاه خروجی اختصاصی دارد (مانند LCD و LED).

یک مثال ساده:
در میکروکنترلرهای مورد استفاده در تلویزیون‌های خانگی، ورودی از جانب کنترل دستگاه وارد میکروکنترلر می‌شود و خروجی توسط صفحه تلویزیون نمایان می‌گردد. وظایف دیگری چون میزان صدا و روشنایی، انتخاب کانال و ... نیز به شیوه‌های مشابه کنترل می‌شوند.
• اندازه کوچک و ارزان بودن: میکروکنترلرها هیچ وسیله اضافی به همراه ندارند و هرآنچه هست تراشه‌ای کوچک با مجموعه‌ای از کدهای دستوری به منظور انجام وظیفه مختص آن است. بنابراین، در بهینه‌ترین حالت، قیمت آن‌ها بسیار پایین و اندازه‌ای کوچک برای استفاده در دستگاه‌های کوچکی چون گوشی همراه دارند.

اگر مقیاس میکروکنترلر را بزرگ‌تر کنید، کم‌وبیش به آنچه PLC خوانده می‌شود، می‌رسید. PLC یک کامپیوتر دیجیتالی صنعتی است که برای استفاده در محیط و فرایندهای سخت و خشن صنعتی طراحی شده است. اصلی‌ترین کاربردهای صنعتی آن شامل موارد زیرند:

• خطوط مونتاژ
• تجهیزات رباتیک و یادگیری ماشین
• هر عملکردی که به کنترل با قابلیت اطمینان بالا و تشخیص دقیق خطاها نیاز دارد.

PLC اطلاعات را از حسگرهای متصل و دستگاه‌های ورودی می‌پذیرد؛ سپس آن داده‌ها را پردازش می‌کند و بر اساس دستورالعمل‌ها و پارامترهای از پیش مشخص شده، خروجی یا خروجی‌ها را تولید می‌کند (کم‌وبیش مشابه با میکروکنترلر).

• ورودی و خروجی I/O: هر PLC یک CPU دارد که داده‌های برنامه را ذخیره و پردازش می‌کند. این CPU، با استفاده از تجهیزات ورودی و خروجی با سایر اجزای ماشین ارتباط برقرار می‌کند. از حسگرها و سوئیچ‌ها گرفته تا تا لامپ‌ها، خطوط سیم‌کشی و لوله‌کشی، I/Oها می‌توانند مجموعه‌ای از اجزای دیجیتال و آنالوگ سیستمی بزرگتر باشند.
• رابط ماشین- انسان: وقتی عامل انسانی می‌خواهد با یک PLC ارتباط بگیرد، به یک رابط ماشین – انسان (HMI) نیاز دارد. صفحه نمایش، صفحه کلید، متن و ...، برخی از انواع HMI هستند.

حال به نقطه‌ای رسیده‌ایم که می‌توان تفاوت میکروکنترلر با PLC را به شکل روشنی توضیح داد. اگرچه شرایط و اعمالی وجود دارند که در آن‌ها، استفاده از یک میکروکنترلر یا PLC تفاوت زیادی ایجاد نمی‌کند؛ اما شرایط و سیستم‌های بسیاری هستند که در آن‌ها استفاده از PLC یک بایست است. همچنین، برای فعالیت‌هایی که استفاده از یک میکروکنترلر تک‌کاره به صرفه و کافی است، استفاده از PLC هزینه‌ای اضاف خواهد بود.

PLCها و میکروکنترلرها هر دو سیستم‌های آنی (real-time systems) هستند که برای کنترل و انجام فعالیت‌ها به صورت لحظه‌ای و سریع طراحی شده‌اند. با این حال، PLC بسیار سریع‌تر و از نظر پردازشی پرقدرت‌تر از میکروکنترلر است. PLCها از واحدهای پردازشگر قدرتمندتری استفاده می‌کنند؛ بنابراین برای انجام فعالیت‌های صنعتی مختلف مناسب‌اند.

رابط‌ های ورودی و خروجی یک کنترل‌کننده، عناصری حیاتی در سیستم کنترل هستند. PLCها تنوع بیشتری از انواع و کاربردهای I/O دارند. در PLCها، طیف وسیع‌تری از سیگنال‌های آنالوگ و دیجیتال قابل اعمال‌اند. همچنین، طراحی PLC به گونه‌ای است که می‌توان پورت‌های I/O آن را به صدها و حتی هزاران افزایش داد.

در هرلحظه، کنترل‌کننده‌های سیستم سیگنال‌های ورودی را دریافت، به اشکال دیگر تبدیل، داده‌ها را برای اهداف تصمیم‌گیری پردازش و سیگنال‌های خروجی را تولید می‌کنند. این حلقه پیچیده از داده، پردازش و تصمیم‌گیری تنها در حضور ارتباطات موثر و سالم ممکن می‌شود. در PLCها تعداد زیادی پورت‌ داخلی برای رسانه‌های ارتباطی مانند اترنت، RS-232، USB و غیره وجود دارند. بنابراین، PLC طیف وسیع‌تری از پروتکل‌های ارتباطی استاندارد صنعتی با دیگر دستگاه‌ها را ممکن می‌سازد.
به دلیل اندازه کوچک آن، میکروکنترلر امکان استفاده از تعداد زیادی پورت را ندارد و تنها رده خاصی از پروتکل‌های ارتباطی را می‌تواند پشتیبانی کند.

برنامه‌نویسی کنترل‌کننده هایی چون PLC و میکروکنترلرها، قسمت عمده‌ای از هزینه ساخت و استفاده از آن‌ها را به خود اختصاص می‌دهد. PLCها سال‌هاست که برنامه‌ریزی می‌شوند و پروتکل‌های برنامه‌نویسی استاندارد زیادی برای آن‌ها طراحی و توسعه یافته است. در مقابل، میکروکنترلرها نسبتا جدید هستند و رویکردهای استاندارد برای آن‌ها چندان محقق نشده‌اند.

مشخصا، اندازه PLCها بسیار بزرگتر از میکروکنترلرها است. اندازه PLCها متغیر و به تصمیم خریدار برای نصب ماژول‌های اضافی برای افزایش توان عملیاتی PLC بستگی دارد. در مقابل، میکروکنترلرها دستگاه‌های قابل حمل‌اند و در رده بالاتری از ماشین‌آلات کوچک و بزرگ می‌توان از آن‌ها بهره گرفت.