Sterownik Siemens a 8-bitowa ATmega
Podstawowym zadaniem sterownika PLC jest generowanie sygnałów sterujących w odpowiedzi na zmiany sygnałów wejściowych, zgodnie z przyjętym algorytmem sterowania lub regulacji. Reakcja ta zależy od wyników operacji arytmetyczno-logicznych wykonanych dla aktualnych wartości wejść sterownika, jego zmiennych wewnętrznych oraz od zaprogramowanych warunków czasowych. Może ona także zależeć od operacji wykonanych na danych transmitowanych w sieciach łączących wiele elementów pomiarowych, sterowników, regulatorów czy komputerów.
Mikrokontroler ATmega 1284
Trochę teoretycznych informacji na temat mikrokontrolera ATmega.
Rdzeń ATmega to architektura RISC, która liczy ponad 130 pozycji instrukcji asemblera. Częścią rdzenia jest jednostka arytmetyczno-logiczna ALU. Wykonuje instrukcje arytmetyczne, logiczne i bitowe. Mikrokontrolery ATmega wyposażone są w układ mnożący, którego praca trwa jedynie dwa takty zegarowe. Jednostka ALU ma bezpośredni dostęp do wszystkich rejestrów roboczych, z których każdy może być używany jako akumulator. Pomimo że ATmega jest mikrokontrolerem 8 bitowym, ich słowo rozkazowe ma długość szesnastu bitów. Odczyt instrukcji w postaci dwubajtowych słów i wykonanie ich z zastosowaniem przetwarzania potokowego pozwala osiągnąć znaczne korzyści wydajnościowe. Ponieważ układy ATmega wykonują większość rozkazów w tracie jednego cyklu zegarowego, osiągane mogą być prędkości przetwarzania dochodzące do 1 MIPS (miliona operacji na sekundę) przypadającego na każdy 1 MHz częstotliwości taktującej, tym bardziej że jednostka centralna sterownika SU 1.5 taktowana jest częstotliwością 14.7456 MHz. Większość tych instrukcji asemblerowych wykonywana jest w trakcie jednego cyklu zegarowego. Posiada trzy rodzaje pamięci: Flash (pamięć programu), SRAM (pamięć danych), EEPROM (nieulotna pamięć danych).
Sterownik PLC Siemens
Powracając do pytania na początku, czy ATmega może zastąpić sterownik Siemens?
Jeżeli do mikrokontrolera ATmega dodamy elementy (takie jak: drivery, multipleksery, dekodery, konwertery napięć, stopnie mocy, filtry, przetworniki, wyświetlacz, klawiaturę, buzzer, izolację galwaniczną, zabezpieczenia, złącza do podłączania przewodów, obudowa), które będą umożliwiały jego współprace z poziomem sygnałów stosowanych w automatyce przemysłowej, to otrzymamy sterownik, który równie sprawnie będzie działał co sterownik PLC Siemens. W sterowniku SU 1.5 zastosowano mikrokontroler 8-bitowy ATmega 1284, dzięki wcześniej wymienionym dodatkowym układom, umożliwia pracę z sygnałami obowiązującymi w automatyce przemysłowej.
W tabeli poniżej porównanie sterownika programowalnego SU 1.5 i odpowiedniego sterownika PLC Siemens. W celach porównawczych, dobrano konfigurację sterownika Siemens najbardziej zbliżoną do sterownika SU 1.5.
| Peryferia | Sterownik SU 1.5 | Sterownik PLC Siemens |
| Jednostka centralna |
|
|
| Wejścia |
|
|
| Wyjścia |
|
|
| Komunikacja | RS232 lub RS485 | Dodatkowy moduł komunikacyjny: RS422/485 |
| Wyświetlacz | Tekstowy 2×16 znaków | Brak |
| Klawiatura | 6 przycisków | Brak |
| Sygnalizacja akustyczna | Buzzer | Brak |
Porównanie możliwości sterownika SU 1.5 i sterownika Siemens
Jak widać w powyższej tabeli, parametry mikrokontrolera ATmega1284 oraz jednostki centralnej sterownika firmy Siemens są porównywalne, i to zarówno pod względem pamięci programu oraz szybkości jego wykonywania (z przewagą dla ATmega). Aby otrzymać w sterowniku PLC Siemens, liczbę wejść i wyjść zbliżoną do liczby wejść i wyjść w sterowniku programowalnym PLC SU 1.5, należy sterownik Siemensa doposażyć w dodatkowe moduły, co podwyższa koszt całego kompletnego sterownika firmy Siemens, gdzie sama jednostka centralna nie należy do najtańszych. Dodatkowo, sterownik firmy Siemens nie posiada wyświetlacza oraz klawiatury i sygnalizacji akustycznej, które pozwalają w sterowniku SU 1.5 na np. zmianę parametrów pracy lub wyświetlenie aktualnych wartości oraz alarmów bez podłączania się komputerem do sterownika. Dzięki temu nie musimy instalować dodatkowego panelu HMI, co znacząco obniża koszty inwestycji.
Programy dla mikrokontrolera ATmega, zastosowanego w sterowniku SU 1.5, można pisać w asemblerze (Atmel Studio), języku C (Atmel Studio), Basicu (BASCOM) oraz w Arduino (Arduino IDE). Oprócz języka Basic, środowiska dla pozostałych języków programowania są darmowe. Natomiast, programy dla sterownika PLC Siemens, można pisać w środowisku TIA Portal, które jest płatne.
Powracając do pytania, zadanego na początku artykułu, czy 8-bitowa ATmega może sprawnie zastąpić sterownik PLC Siemensa?
Przedstawione powyżej argumenty, dowodzą że ATmega może skutecznie zastąpić sterownik PLC firmy Siemens. A sam sterownik SU 1.5 wydaje się być również atrakcyjnym sterownikiem do zastosowań nie tylko w automatyce przemysłowej. Dzięki szybkiej jednostce centralnej, może on skutecznie konkurować z innymi sterownikami PLC, np. firmy Siemens. Tym bardziej, że środowiska programistyczne dla ATmega są darmowe, a sam sterownik PLC Siemens w konfiguracji zbliżonej do sterownika SU 1.5, jest kilkakrotnie droższy.