ARDUINO PRO更加逼近可程序化邏輯控制器PLC

可程序化邏輯控制器是什么？
什么是可程序化邏輯控制器（Programmable Logical Controller；PLC）這要追溯到1960年代，美國汽車工廠因應(yīng)訂單少量多樣化而必須頻繁更動生產(chǎn)線，但產(chǎn)線所用的生產(chǎn)設(shè)備、機(jī)具等的控制開關(guān)電路是固定的，每改一次產(chǎn)線就要重新拆拔、重新配置電路，非常麻煩費(fèi)時。

圖一 : Arduino官方推出Arduino PLC IDE開發(fā)工具（source：Arduino官網(wǎng)）

因此，產(chǎn)業(yè)期望有一種中央控制裝置，只要修改裝置內(nèi)的控制程序，就可以改變設(shè)備、機(jī)具的開關(guān)順序與條件，如此即可快速變更產(chǎn)線，此一控制裝置即是PLC。廠房產(chǎn)線只是開端，PLC之后也經(jīng)常用于電梯、立體停車場、中央空調(diào)等各種控制應(yīng)用上。
PLC跟Arduino有何關(guān)系？其實(shí)兩者的骨子都是MCU微控制器芯片，只是Arduino比較常在用一些電子創(chuàng)作，例如簡單的按鈕、燈號、發(fā)聲、感測，或小馬達(dá)的驅(qū)動等，而PLC通常用在比較正經(jīng)的產(chǎn)業(yè)用途（如前述），且通常用來透過繼電器（relay）或其他隔離手法以便驅(qū)動大電力電流的設(shè)備。
另一個不同是PLC遠(yuǎn)較Arduino早出現(xiàn)，用的控制程序是階梯圖（Ladder Diagram；LD）或其他語言，Arduino在2005年才出現(xiàn)，用的是C/C++程序語言，且PLC因為是在工廠等環(huán)境，設(shè)計上會讓PLC有較高的溫度、噪聲耐受力。

為進(jìn)軍產(chǎn)業(yè)應(yīng)用推出Arduino PLC IDE
回到主題，Arduino官方為了進(jìn)軍產(chǎn)業(yè)應(yīng)用市場，此前已經(jīng)推出Arduino Pro體系 ，體系下有MKR、Nano、Portenta等家族的控制板，其中Portenta家族中有一片Portenta H7控制板，再搭配一款Portenta Machine Control工業(yè)控制單位后，其定位即類同于PLC的產(chǎn)業(yè)控制應(yīng)用。


 
圖二 : Arduino Pro的Portenta Machine Control（source：Arduino官網(wǎng)）


 
圖三 : Portenta H7控制板位于Portenta Machine Control下方（source：Arduino官網(wǎng)）

為何說是類同？因為還是有點(diǎn)不一樣，Portenta Machine Control方案還是用Arduino IDE的C/C++來寫控制程序，雖然可以達(dá)到與PLC相同的控制效果，但開發(fā)方法與過程仍是不同。
為了讓Arduino Pro體系更逼近于真正的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，Arduino官方在2022年12月推出了新開發(fā)工具Arduino PLC IDE，就真的可以用產(chǎn)業(yè)界常用的PLC程序語言來撰寫控制程序了。
Arduino PLC IDE支持IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)中的5種控制程序撰寫方法，除了支持前面談及的階梯圖外，也支持指令表（Instruction List Diagram；ILD）、功能區(qū)塊圖（Function Block Diagram；FBD）、結(jié)構(gòu)化文字（Structured Text Language；STL）以及順序功能流程圖（Sequential Function Chart；SFC），撰寫者擇一而用即可，端看熟悉與便利性，且能與Arduino本有的C/C++搭配使用。
目前Arduino PLC IDE已是1.0正式版，配套的IDE工具則在0.28版。雖然是正式版但現(xiàn)下只支持Windows，且必須是64位Windows 10之后的系統(tǒng)，不支持Linux、Mac等，不過一般產(chǎn)業(yè)界最常用的也是Windows，所以影響不大。
除了推出Arduino PLC IDE外，Arduino官方也加碼推出一款新硬件Arduino Opta，Opta被Arduino官方定位為一臺微型PLC（micro PLC）并具備產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（Industrial IoT, IIoT）能力，意思是Opta具備多種產(chǎn)業(yè)常用的網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議，如Modbus TCP（走以太網(wǎng)絡(luò)）、Modbus RTU（走RS485）以及Wi-Fi、BLE等。


 
圖四 : Opta（source：Arduino官網(wǎng)）

Opta還可以支持在線更新（Over-The-Air；OTA）韌體、云端裝置管理（如Arduino Cloud但也可以是其他的）等，更新韌體過程也搭配使用防護(hù)技術(shù)，同時在板卡層面上也用上安全組件（Secure Element）及遵循X.509標(biāo)準(zhǔn)，這些都在強(qiáng)調(diào)Opta能合乎業(yè)界高目標(biāo)控制管理要求、資安防護(hù)要求。
而之所以稱為微型，筆者推測是Opta的控制輸出、輸入端點(diǎn)數(shù)目太少，輸入僅8個端點(diǎn)，輸出僅4個端點(diǎn)。相對的，Portenta Machine Control有8個數(shù)字輸入、2個編碼信道讀取輸入、3個模擬溫度輸入、3個模擬輸入、8個數(shù)字輸出、4個模擬輸出、12個可程序化的數(shù)字I/O等，明顯較Opta為多。
至于其他真正產(chǎn)業(yè)常見的PLC廠牌，如德國西門子（Siemens）、日本奧姆龍（Omron）等，其入門款PLC也多能運(yùn)用模塊化擴(kuò)充到4～32個數(shù)字/模擬輸出入端點(diǎn)，明顯Opta是偏少的，且目前看來無法模塊化擴(kuò)充。
結(jié)語
不過，Opta畢竟是初試啼聲，試試市場水溫，若市場接受Opta，或許可以接續(xù)推出中高階產(chǎn)品，或同樣朝模塊化路線發(fā)展。最后附帶一提的，Opta內(nèi)所使用的一些電子控制零件是由Finder公司提供，F(xiàn)inder公司在工控領(lǐng)域提供耐用、可靠、安全的電子零件已經(jīng)有65年資歷了，言下之意Opta很可靠，請產(chǎn)業(yè)放心運(yùn)用。
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