میکروکنترلرها و plc ها چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟

با وجود اینکه میکروکنترلرها و  PLCها توانایی های مشابهی در انجام وظایف مختلف دارند؛ اما تفاوت های کلیدی میان این دو سیستم باعث می شود در برخی شرایط خاص، یکی از آنها ترجیح داده شود. به طور کلی هر یک از این دو ابزار با وجود عملکردهای مشابه در تحلیل داده ها و اجرای دستورات کنترلی، در طراحی، کاربرد و محیط های اجرایی تفاوت های عمده ای دارند.

تفاوت های این دو، آنها را برای موقعیت های متفاوتی مناسب می سازد؛ از این رو این مقاله به بررسی عمیق تر تفاوت ها و شباهت های بین میکروکنترلرها و PLCها می پردازد و به این پرسش پاسخ می دهد که چرا در برخی موارد، PLCها و در برخی مواقع میکروکنترلرها مناسب هستند؟

تعریف میکروکنترلر و PLC

میکروکنترلرها (Microcontrollers) یک نوع مدار مجتمع (IC) هستند. این تراشه ها شامل یک واحد پردازش مرکزی (CPU)، حافظه (RAM و ROM)، و ورودی/خروجی های دیجیتال و آنالوگ هستند. PLCها (Programmable Logic Controllers) نیز کنترل گرهای منطقی برنامه پذیر، کامپیوترهای صنعتی هستند که برای کنترل فرآیندهای پیچیده و عملیات خودکارسازی در محیط های صنعتی طراحی شده اند. این سیستم ها از سخت افزار مقاوم و نرم افزارهای ویژه ای بهره می برند که امکان برنامه نویسی، نظارت و کنترل فرآیندهای تولید، ماشین آلات و تجهیزات کارخانه ای را فراهم می کنند.

تفاوت کلیدی میکروکنترلرها و PLCها

اصلی ترین تفاوت بین میکروکنترلرها و PLCها در معماری و طراحی آن ها نهفته است. میکروکنترلرها دستگاه های الکترونیکی کوچکی هستند که در بسیاری از وسایل روزمره مانند خودروها، لوازم خانگی و تجهیزات ارتباطی یافت می شوند. این دستگاه ها به گونه ای طراحی شده اند که در محیط های کنترل شده و غیرصنعتی عملکردی بهینه داشته باشند.

به عنوان مثال، در یک خودرو، میکروکنترلرها وظیفه کنترل بخش های مختلف مانند سرعت سنج، سیستم ترمز و حتی بالابر شیشه ها را بر عهده دارند. این سیستم ها به دلیل ابعاد کوچک، هزینه کم و مصرف انرژی پایین، در این گونه موارد بسیار مناسب هستند. با این حال، همین ویژگی ها باعث می شود که میکروکنترلرها برای محیط های صنعتی که نیازمند تحمل شرایط سخت مانند دماهای بالا، شوک های الکتریکی و ارتعاشات مداوم هستند، گزینه ای مناسب نباشند.

از سوی دیگر، PLCها به طور خاص برای محیط های صنعتی طراحی شده اند و به همین دلیل دارای ویژگی هایی هستند که آن ها را برای این نوع کاربردها ایده آل می سازد. PLCها معمولاً در کارخانه ها و خطوط تولید برای کنترل فرآیندهای پیچیده و حیاتی استفاده می شوند. یکی از دلایل اصلی استفاده از PLCها در محیط های صنعتی، مقاومت بالای آن ها در برابر شرایط نامساعد است.

این دستگاه ها می توانند در دماهای بسیار بالا یا پایین، محیط های با رطوبت زیاد و حتی در معرض مواد خورنده بدون مشکل کار کنند. به علاوه، PLCها به طور معمول از قطعاتی ساخته شده اند که در برابر لرزش های شدید و شوک های الکتریکی مقاوم هستند.

تفاوت میکروکنترلرها و PLCها در برنامه نویسی

یکی دیگر از جنبه های مهم در مقایسه میکروکنترلرها و PLCها، نحوه برنامه نویسی و سفارشی سازی آن هاست. میکروکنترلرها معمولاً با استفاده از زبان های برنامه نویسی سطح پایین مانند C یا Assembly برنامه نویسی می شوند. این زبان ها به توسعه دهندگان اجازه می دهند تا به صورت دقیق کنترل سخت افزار را به دست بگیرند و برنامه هایی کارآمد و بهینه برای انجام وظایف خاص طراحی کنند. با این حال، این روش نیازمند دانش عمیق در زمینه برنامه نویسی و مهندسی نرم افزار است.

در مقابل، PLCها معمولاً با استفاده از زبان های برنامه نویسی گرافیکی و سطح بالاتر مانند منطق نردبانی (Ladder Logic) یا بلوک های دیاگرام (Function Block Diagram) برنامه نویسی می شوند. این زبان ها به مهندسان و تکنسین های صنعتی اجازه می دهند تا بدون نیاز به دانش عمیق از برنامه نویسی، برنامه های پیچیده ای برای کنترل فرآیندهای صنعتی ایجاد کنند. این تفاوت در نحوه برنامه نویسی به این معناست که PLCها برای استفاده در محیط های صنعتی که نیازمند تغییرات سریع و مداوم در برنامه ها هستند، مناسب تر می باشند.

تفاوت میکروکنترلرها و PLCها در قابلیت اطمینان

در این مورد می توان با قطعیت گفت که PLCها از لحاظ قابلیت اطمینان و دوام نیز برتری هایی نسبت به میکروکنترلرها دارند. در محیط های صنعتی که ممکن است دستگاه ها به صورت مداوم و بدون وقفه کار کنند، به سیستم هایی نیاز داریم که بتوانند در شرایط سخت و برای مدت طولانی بدون نیاز به نگهداری یا تعمیرات مکرر کار کنند.

PLCها به گونه ای طراحی شده اند که در برابر خرابی ها مقاوم باشند و حتی در صورت بروز مشکل، فرآیند تعمیر یا جایگزینی آن ها به مراتب سریع تر و آسان است. این ویژگی ها باعث می شود که PLCها در محیط های صنعتی که توقف در عملیات ممکن است منجر به هزینه های بالا شود، گزینه ای مطمئن تر باشند.

تفاوت میکروکنترلرها و PLCها در هزینه

تفاوت هزینه میان میکروکنترلرها و PLCها به عوامل مختلفی مرتبط است که می تواند تأثیرات قابل توجهی بر تصمیم گیری های مالی پروژه ها داشته باشد. میکروکنترلرها به دلیل طراحی ساده تر و تکنولوژی کمتر پیچیده، معمولاً هزینه کمتری دارند و به همین دلیل برای پروژه های کوچک تر، تجهیزات خانگی و محصولات مصرفی مقرون به صرفه تر هستند. این قیمت پایین باعث شده است که میکروکنترلرها انتخاب محبوبی برای کاربردهایی باشند که نیاز به کنترل دقیق و پردازش اطلاعات با هزینه پایین دارند.

در مقابل، PLCها با هزینه های بالاتر به دلیل طراحی مقاوم تر، قابلیت های صنعتی و پشتیبانی قوی تر برای محیط های صنعتی طراحی شده اند. این هزینه اضافی برای PLCها در واقع به دلیل توانایی آنها در عملکرد در شرایط سخت، مقاومت در برابر نوسانات دما، لرزش ها و نویزهای الکتریکی و همچنین قابلیت گسترش و تغییرات آسان در سیستم ها است.

با وجود هزینه بالاتر، سرمایه گذاری در PLCها در درازمدت می تواند به خوبی جبران شود. در خطوط تولید بزرگ و پیچیده که توقف ها و خرابی ها می توانند به سرعت منجر به خسارات اقتصادی قابل توجه شوند، دوام و قابلیت اطمینان بالای PLCها می تواند از بروز مشکلات جدی جلوگیری کند و هزینه های نگهداری را کاهش دهد.

 بنابراین، اگرچه هزینه اولیه PLCها بیشتر است، اما قابلیت های آنها در جلوگیری از خرابی های غیرمنتظره و کاهش زمان توقف تولید می تواند به صرفه جویی های قابل توجهی در هزینه های کلی پروژه منجر شود. در نتیجه، انتخاب بین میکروکنترلرها و PLCها باید با توجه به نیازهای خاص پروژه، شرایط عملیاتی و تحلیل هزینه-فایده انجام شود تا بهترین تعادل میان هزینه و عملکرد حاصل شود.

تفاوت میکروکنترلرها و PLCها در مقیاس پذیری

میکروکنترلرها به طور کلی در مقیاس پذیری محدودتر هستند. مقیاس پذیری در میکروکنترلرها به معنای افزودن قابلیت ها یا تغییرات در طراحی سخت افزاری و نرم افزاری به صورت مستقیم است. اگر نیاز به اضافه کردن قابلیت های جدید به سیستم میکروکنترلر باشد، معمولاً باید طراحی جدیدی انجام شود یا تغییرات در کد برنامه نویسی اعمال گردد.

این تغییرات می تواند نیازمند به روزرسانی سخت افزار باشد (مثلاً با افزودن ماژول های جدید یا تغییر در طراحی مدار). همچنین، هنگام اضافه کردن ورودی/خروجی های بیشتر به میکروکنترلر ممکن است نیاز به استفاده از چندین میکروکنترلر یا طراحی های پیچیده تری داشته باشد. این پیچیدگی و نیاز به تغییرات سخت افزاری می تواند فرآیند توسعه و مقیاس پذیری را کند و هزینه بر کند.

PLCها به طور کلی برای مقیاس پذیری بهتر و راحت تر طراحی شده اند. سیستم های PLC به طور ماژولار طراحی شده اند، به این معنی که می توان به راحتی ماژول های اضافی مانند ورودی/خروجی های جدید، ماژول های ارتباطی، و ماژول های پردازش اضافی را به سیستم اضافه کرد. این قابلیت ماژولار به شما امکان می دهد که سیستم را به راحتی گسترش دهید و با تغییر نیازهای پروژه، تجهیزات جدیدی را بدون نیاز به طراحی مجدد اساسی اضافه کنید.

 جمع بندی

انتخاب بین میکروکنترلرها و PLCها به نیازهای خاص پروژه و محیط کاری بستگی دارد. اگر پروژه نیاز به هزینه کم، اندازه کوچک و مصرف انرژی پایین دارد، میکروکنترلرها انتخاب بهتری هستند. آنها برای کاربردهای محدود و دستگاه های قابل حمل مناسب اند و انعطاف پذیری بالایی در برنامه ریزی فراهم می کنند.

 اما در صورتی که پروژه در محیط های صنعتی با شرایط سخت و نیاز به پایداری و قابلیت اطمینان بالا انجام می شود، PLCها گزینه مناسب تری خواهند بود. PLCها برای تحمل شرایط دشوار محیط های صنعتی طراحی شده اند و قابلیت مقیاس پذیری و انعطاف پذیری بیشتری برای گسترش سیستم دارند.

در نهایت، میکروکنترلرها به دلیل هزینه پایین و اندازه کوچک برای پروژه های با بودجه محدود و نیازهای خاص مناسب اند، در حالی که PLCها برای محیط های صنعتی پیچیده که نیاز به قابلیت اطمینان و دوام بالا دارند، انتخاب بهتری هستند. انتخاب بین این دو به عواملی مانند شرایط محیطی، پیچیدگی پروژه، و بودجه اختصاص یافته بستگی دارد.