Czy zwykła, 8-bitowa ATmega może zastąpić sterownik PLC firmy Siemens?

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 firmy Siemens

Teoretyczne informacje na temat sterownika PLC Siemens.

Sterownik PLC zbudowany jest z jednostki centralnej, modułu wejściowego, modułu wyjściowego. Moduł wejściowy, za pomocą których są wprowadzane do sterownika sygnały z czujników, zadajników oraz urządzeń pomiarowych w obiekcie – sygnały te stanowią wejścia sterownika. Moduł wyjściowy, które przekazują obliczone sygnały sterujące do elementów i urządzeń wykonawczych – sygnały te stanowią wyjścia sterownika. Jednostka centralna, przez odczyt danych z modułu wejściowego i na podstawie wewnętrznego programu, steruje wyjściami w module wyjściowym. Jednostka centralna (CPU) sterownika PLC, to nie tylko mikroprocesor ale również posiada programu, pamięć danych, oraz pamięć na dane nieulotne.

Powracając do pytania na początku, czy ATmega może zastąpić sterownik PLC firmy 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 PLC 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
  • ATmega 1284,
  • pamięć programu 128KB,
  • zegar RTC,
  • czas wykonania instrukcji bitowej 0,067us.
  • Simatic S7-1200, CPU 1212,
  • pamięć programu 50KB,
  • zegar RTC,
  • czas wykonania instrukcji bitowej 0,1us.
Wejścia
  • binarne: 8x24V DC,
  • analogowe: 2 x napięciowe 0..10V DC,
  • temperaturowe: 2xPT100 -50..+160°C.
  • binarne: 8x24V DC,
  • analogowe: 2 x napięciowe 0..10V DC,
  • dodatkowa płytka sygnałowa: 1xPT100.
Wyjścia
  • binarne: 4 x przekaźnikowe i 4x24V DC,
  • analogowe: 2 x napięciowe 0..10V DC.
  • binarne: 6x24V DC,
  • dodatkowy mod. rozsz.: 2 x napięciowe lub prądowe.
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 PLC 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.

Scroll to Top