در این نوشتار بررسی می شود که چگونه Raspberry Pi در حال متحول کردن کنترلکنندههای منطقی قابل برنامهریزی است و این موضوع چه معنایی برای اتوماسیون صنعتی دارد.
مقایسه برد صنعتی PLC آلن بردلی با برد آموزشی رزبری پای
کنترلکنندههای منطقی قابل برنامهریزی (PLCs) کنترلرهای تخصصی هستند که در اتوماسیون صنعتی برای کنترل ماشینآلات و فرایندها مورد استفاده قرار میگیرند. آنها ورودیها را پایش میکنند، بر اساس برنامه خود تصمیمگیری میکنند و خروجیها را برای خودکارسازی وظایف کنترل میکنند. PLCها برای کاربردهای صنعتی طراحی شدهاند و قادرند شرایط سختی مانند دماهای بسیار بالا یا بسیار پایین، نویز الکتریکی و ارتعاشات مکانیکی را تحمل کنند.
در قلب یک PLC، یک پردازنده یا CPU اختصاصی قرار دارد که یک برنامه PLC را اجرا میکند. این برنامه معمولاً با استفاده از منطق نردبانی (Ladder Logic)، یک زبان برنامهنویسی گرافیکی که شباهت زیادی به نمودارهای منطقی رلههای الکتریکی دارد، نوشته میشود. این ویژگی باعث میشود برنامهنویسی و نگهداری PLC برای مهندسانی که با سیستمهای کنترل الکتریکی آشنایی دارند، آسانتر باشد. PLCها برای کارکرد مداوم طراحی شدهاند و اغلب میتوانند سالها بدون خرابی به کار خود ادامه دهند.
اجزای PLC شامل موارد زیر هستند:
PLCها بخش جداییناپذیر سیستمهای کنترل صنعتی هستند و وظایف پیچیده کنترل فرایند را با قابلیت اطمینان و دقت بالا انجام میدهند.
Raspberry Pi یک رایانه تکبردی کمهزینه و بهاندازه یک کارت اعتباری است که با هدف ترویج آموزش علوم کامپیوتر توسعه داده شده است. این رایانه که از سیستمعامل لینوکس بهره میبرد، انعطافپذیری و سهولت استفاده را ارائه میدهد. Raspberry Pi با داشتن ریزپردازنده قدرتمند و چندین پایه GPIO (ورودی/خروجی همهمنظوره)، در میان علاقهمندان و متخصصان به یک گزینه محبوب تبدیل شده است. ویژگیهای کلیدی Raspberry Pi 4 عبارتاند از:
قابلیت Raspberry Pi در برقراری ارتباط با سنسورها و عملگرها، آن را برای انواع پروژهها مناسب کرده است؛ از سیستمهای ساده اتوماسیون خانگی گرفته تا کاربردهای پیچیدهتر کنترلی.
این پرسش بحث قابلتوجهی را در جامعه اتوماسیون برانگیخته است. برای ارزیابی اینکه آیا Raspberry Pi میتواند در سیستمهای کنترل صنعتی جایگزین PLC شود، باید چندین عامل را در نظر بگیریم.
PLCها بهطور خاص برای کاربردهای صنعتی طراحی شدهاند و قابلیت استحکام، اطمینانپذیری و عملکرد بلادرنگ را ارائه میدهند. آنها شرایط محیطی بسیار سخت را مدیریت میکنند و برای کاربردهای حیاتی طراحی شدهاند؛ کاربردهایی که در آنها خرابی قابل قبول نیست.
Raspberry Pi، اگرچه قدرتمند است، یک دستگاه در رده محصولات مصرفی است که در ابتدا برای استفاده صنعتی طراحی نشده است. این دستگاه فاقد سختافزار مقاوم و نرمافزارهایی است که برای تحمل محیطهای صنعتی سخت طراحی شده باشند. وابستگی Raspberry Pi به یک سیستمعامل میتواند باعث ایجاد تأخیر و رفتارهای غیرقابل پیشبینی شود که در بسیاری از سناریوهای اتوماسیون صنعتی قابل قبول نیستند.
علاوه بر این، PLCها ورودیها و خروجیها را ۶۰ بار در ثانیه یا سریعتر پردازش میکنند و در نتیجه پاسخگویی بهموقع به شرایط در حال تغییر را تضمین میکنند. Raspberry Pi به دلیل ماهیت همهمنظوره خود ممکن است برای برآورده کردن این الزامات بلادرنگ با مشکل مواجه شود.
به کار گیری رزبری پای در یک پنل کنترلی صنعتی
هنگام مقایسه PLC با Raspberry Pi، چندین تفاوت کلیدی آشکار میشود:
| ویژگی | PLC | Raspberry Pi |
|---|---|---|
| هدف طراحی | اتوماسیون صنعتی | آموزش و پروژههای علاقهمندان |
| قابلیت اطمینان | بالا، طراحیشده برای شرایط سخت | متوسط، در رده صنعتی نیست |
| زبان برنامهنویسی | Ladder و FBD و ST و ،نسبتا آسان برای مهندسان | Python و C و C++ نیازمند مهارتهای کدنویسی |
| عملکرد بلادرنگ | عملکرد بلادرنگ | تضمینشده نیست |
| هزینه | هزینه اولیه بالاتر | هزینه اولیه پایینتر |
| ورودیها/خروجیها | ماژولهای I/O صنعتی داخلی | نیازمند ماژولهای اضافی |
| نگهداری | پشتیبانی توسط سازندگان PLC | پشتیبانی جامعه کاربری |
تحقیقات نشان میدهند که اگرچه PLCهای صنعتی موجود در بازار در مقایسه با سیستمهای ساختهشده از تجهیزات الکترونیکی مصرفی مانند Raspberry Pi هزینه اولیه بالاتری دارند، سرمایهگذاریهای اضافی موردنیاز برای مناسبسازی تجهیزات الکترونیکی مصرفی برای کاربردهای صنعتی ــ مانند افزودن سختافزار و نرمافزار قابلتوجه و متناسب با مأموریت ــ میتواند مزیت هزینه اولیه را کاهش داده یا بهطور کامل از بین ببرد.
این بدان معناست که اگرچه Raspberry Pi ممکن است در ابتدا ارزانتر باشد، هزینههای لازم برای آمادهسازی آن برای استفاده صنعتی میتواند فاصله هزینهای را کاهش دهد.
تفاوت PLC با رزبری پای
استفاده از Raspberry Pi بهعنوان یک کنترلکننده منطقی قابل برنامهریزی شامل برنامهریزی آن برای انجام وظایف کنترلی است که معمولاً توسط یک PLC انجام میشوند. پروژههایی مانند OpenPLC Project پلتفرمهای متنبازی را برای این منظور ارائه میدهند.
برای استفاده از Raspberry Pi بهعنوان PLC، باید مراحل زیر را انجام دهید:
با این حال، این رویکرد برای اطمینان از قابلیت اطمینان به سختافزار و نرمافزار قابلتوجه و متناسب با کاربرد موردنظر نیاز دارد. کاربران باید سختافزار و نرمافزار را بهدرستی با یکدیگر یکپارچه کنند که این کار میتواند پیچیده و زمانبر باشد.
برنامهنویسی Raspberry Pi برای کاربردهای کنترل صنعتی شامل چندین مرحله است:
سیگنالهای آنالوگ ممکن است به سختافزار اضافی مانند ADCها (مبدلهای آنالوگ به دیجیتال) نیاز داشته باشند تا Raspberry Pi بتواند آنها را پردازش کند. علاوه بر این، استفاده از پروتکلهای ارتباطی صنعتی مانند Ethernet را برای اتصال به شبکه در نظر بگیرید.
در کاربردهای حیاتی که ایمنی و قابلیت اطمینان از اهمیت بالایی برخوردار هستند، PLCها اغلب گزینه ترجیحی محسوب میشوند. Raspberry Pi برای چنین محیطهایی طراحی نشده است و ممکن است گواهیها و استحکام موردنیاز را نداشته باشد.
گزینههای DIY (خودساخته) میتوانند از نظر اقتصادی مقرونبهصرفه باشند، اما برای یکپارچهسازی صحیح سختافزار و نرمافزار به توجه و دقت قابلتوجهی نیاز دارند. در کاربردهای حیاتی، خطر خرابی ممکن است مزایای هزینهای استفاده از Raspberry Pi در مقایسه با یک PLC سنتی را تحتالشعاع قرار دهد.
ترکیب یک PLC و Raspberry Pi میتواند بهترین ویژگیهای هر دو را در اختیار شما قرار دهد:
برای نمونه، یک PLC میتواند یک آبگرمکن را کنترل کند و با استفاده از منطق نردبانی سنتی، دمای مشخصی را در خروجی حفظ کند. Raspberry Pi میتواند دادهها را از PLC دریافت کند، عملکرد را نمایش دهد و در صورت شناسایی ناهنجاریها، هشدار ارسال کند.
این یکپارچهسازی امکان استفاده از قابلیتهای پیشرفته را بدون به خطر انداختن قابلیت اطمینان فراهم میکند.
گستره گزینههای پلتفرمهای اتوماسیون اکنون بیش از هر زمان دیگری است و امکانات جدیدی را برای کنترل صنعتی ارائه میدهد. با این حال، بعید است Raspberry Pi در آینده نزدیک بهطور کامل جایگزین PLCها شود.
کاربران باید تحقیقات کاملی انجام دهند و با دقت انتخاب کنند تا بهترین نتیجه را به دست آورند. عواملی که باید در نظر گرفته شوند عبارتاند از:
PLCها همچنان ستون فقرات اتوماسیون صنعتی باقی خواهند ماند، اما Raspberry Pi و دستگاههای مشابه ممکن است نقشهای پشتیبان داشته باشند.
بله، Raspberry Pi را میتوان با استفاده از نرمافزار مناسب و رابطهای سختافزاری ورودی/خروجی، برای انجام برخی از عملکردهای PLC برنامهریزی کرد. پروژههایی مانند OpenPLC Project این قابلیت را فراهم میکنند. با این حال، ممکن است این سیستم همان سطح از قابلیت اطمینان موردنیاز برای کاربردهای صنعتی را ارائه ندهد.
Raspberry Pi معمولاً از زبانهای برنامهنویسی مانند Python و ++C و C استفاده میکند، در حالی که PLCها از برنامهنویسی منطق نردبانی یا سایر زبانهای تخصصی طراحیشده برای کنترل صنعتی استفاده میکنند.
اگرچه Raspberry Pi در ابتدا هزینه کمتری دارد، جایگزین کردن PLC ممکن است به سختافزار و نرمافزار قابلتوجه و متناسب با کاربرد موردنظر نیاز داشته باشد که موجب کاهش یا از بین رفتن صرفهجویی هزینهای میشود. ملاحظات مربوط به قابلیت اطمینان و نگهداری ممکن است باعث شوند PLCها در بلندمدت مقرونبهصرفهتر باشند.
بله، یکپارچهسازی PLC با Raspberry Pi میتواند قابلیتهای کنترلی را افزایش دهد. با این حال، برای کاربردهای کنترل صنعتی، این پیکربندی ممکن است استانداردهای لازم از نظر قابلیت اطمینان و ایمنی را برآورده نکند.
Raspberry Pi برای محیطهای صنعتی طراحی نشده است. این دستگاه ممکن است فاقد ویژگیهایی مانند قطعات در رده صنعتی، ایزولاسیون الکتریکی داخلی و مقاومت در برابر دماهای بسیار بالا یا بسیار پایین و نویز الکتریکی باشد.
اگرچه Raspberry Pi امکانات هیجانانگیزی را در حوزه اتوماسیون ارائه میدهد، اما جایگزین مستقیم PLC در محیطهای صنعتی نیست. برای علاقهمندان و اهداف آموزشی، این دستگاه یک پلتفرم ارزشمند برای یادگیری و آزمایش فراهم میکند.
بهکارگیری یک کنترلکننده Raspberry Pi در یک سیستم تولیدی نیازمند بررسی دقیق قابلیت اطمینان و ایمنی است. محصولات صنعتی موجود در بازار که در رده تجهیزات صنعتی قرار میگیرند، هزینه بیشتری نسبت به سیستمهای ساختهشده از تجهیزات الکترونیکی مصرفی دارند، اما استحکام موردنیاز برای محیطهای صنعتی را فراهم میکنند.
