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MCU は PLC に代わることができますか?
この質問は小麦粉が麺の代わりになるようなものですが、答えはノーです。この答えを初めて聞くと、多くの人は疑問に思うかもしれませんが、シングルチップ マイコンは明らかに非常に強力でリソースが豊富であるのに、なぜ PLC を置き換えることができないのでしょうか?
そこで今日は、シングルチップマイコンとPLCとは何なのか、そしてそれらの違いは何なのかを見ていきます。
シングルチップマイコン
シングルチップ マイクロコンピュータ (シングル チップ マイクロコンピュータ) は、マイクロコントローラ ユニット (マイクロコントローラ ユニット) とも呼ばれ、MCU とも呼ばれ、VLSI テクノロジを使用したデータ処理機能を備えた中央処理装置 (中央処理装置) である集積回路チップです。 CPU）、ランダム アクセス メモリ（ランダム アクセス メモリ、RAM）、読み取り専用メモリ（読み取り専用メモリ、ROM）、さまざまな I/O ポートおよび割り込みシステム、タイマー/カウンタおよびその他の機能（ディスプレイ ドライブも含まれる場合があります）各種回路、パルス幅変調回路、アナログマルチプレクサ、A/Dコンバータなど）をシリコンチップ上に集積し、小型で完成したマイクロコンピュータシステムを形成し、さまざまな分野で広く使用されています。たとえば、携帯電話、PC 周辺機器、リモコン、自動車エレクトロニクス、産業用ステッピング モーター、ロボット アームの制御などはすべて MCU で見ることができます。
シングルチップマイコンの歴史は長くありませんが、その発展は非常に早いです。その世代と発展はマイクロプロセッサの世代と発展とほぼ同期しており、1971年に米国インテル社が初めて4ビットマイクロプロセッサを導入して以来、これまでの開発は大きく5段階に分けられます。
シングルチップ マイクロコンピュータ開発の初期段階 (1971 ～ 1976 年): 1971 年 11 月、インテル コーポレーションは、集積レベル 2000 トランジスタ/チップで、RAM、ROM、およびシフト レジスタを備えた 4 ビット マイクロプロセッサ Intel 4004 を初めて設計しました。最初の MCS-4 マイクロプロセッサを構成し、その後 8 ビット マイクロプロセッサ Intel 8008 を発売し、他社も次々と 8 ビット マイクロプロセッサを発売しました。
低性能シングルチップマイコン段階（1976年～1980年）：1976年にインテル社が発売したMCS-48シリーズに代表され、8ビットCPU、8ビットパラレルI/Oインターフェース、8ビットタイマ/カウンタ、RAMを使用半導体チップ上に集積されたモノリシック構造。アドレッシング範囲は制限されていますが (4 KB 以下)、シリアル I/O はなく、RAM と ROM の容量は小さく、割り込みシステムは比較的シンプルですが、その機能は一般的な産業用の制御およびインテリジェント機器、メーターなどのニーズを満たすことができます。
高性能シングルチップマイコン段階（1980年～1990年）：この段階で導入された高性能8ビットシングルチップマイコンは、一般にシリアルポート、多値割り込み処理システム、複数の16ビットタイマを備えています。カウンター。オンチップRAMおよびROMの容量が増加し、アドレス指定範囲は64KBに達し、個々のチップにはA/D変換インターフェースも装備されています。
16ビットシングルチップマイコン時代（1983年～1989年）：1983年、インテル社は最新の製造技術の採用によりチップ集積度が大幅に向上した高性能16ビットシングルチップマイコンMCS-96シリーズを発売しました。 120,000 トランジスタ/チップに達します。
総合的なハイレベル開発段階 (1990 年～現在): これまでのところ、シングルチップ マイクロコンピュータも従来の 8 ビット プロセッサ プラットフォームから 32 ビットの高度な RISC プロセッサ プラットフォームに移行する傾向にありますが、8 ビット コンピュータは依然として交換するのが難しい。8 ビットワンチップマイコンは、低コスト、安価、開発が容易で、その性能でほとんどのニーズを満たすことができますが、航空宇宙、自動車、ロボットなどのハイテク分野でのみ 16/ を使用する必要があります。大量のデータを高速に処理する必要がある場合は32ビット 一般産業分野では、現在でも8ビットの汎用シングルチップマイコンが最も多く使われています。シングルチップマイコンは、集積度、機能、速度、信頼性、応用分野などあらゆる面でより高いレベルに発展しています。
シングルチップマイコンの特徴は、プログラミングやメンテナンスが比較的複雑で、プログラミング方法はC言語やアセンブリ言語が多く、コストが安く、I/Oインターフェースが比較的限定されている点です。
PLC
プログラマブル ロジック コントローラーの正式名である PLC は、プログラマブル ロジック コントローラーであり、産業環境でのアプリケーション向けに特別に設計されたデジタル操作電子システムです。プログラマブル メモリを使用して、論理演算、シーケンス制御、タイミング、カウント、算術演算を実行するための命令を保存し、デジタルまたはアナログの入出力を通じてさまざまな種類の機械装置や生産を制御します。
なぜ MCU は PLC に代わることができないのでしょうか?
1. 安定性と信頼性
これは擬似的な問題だという人もいますが、ワンチップマイコンはコンポーネントであり、PLCはコンポーネントと巨大なソフトウェアから構成されるシステムであり、この点では両者を比較することはできません。これは間違いではなく、PLC の制御チップの多くは、実際にはシングルチップ マイコンです。つまり、PLC はシングルチップ マイコンの二次発展と言えます。産業上の保護レベルだけで言えば、シングルチップ マイコンの安定性と信頼性は高くなります。チップマイコンはPLC IP67.クラスの製品とは比較できません（IPはアルファベットで、最初の数字は接触や異物に対する保護レベル、2番目の数字は水に対する保護レベルを示します）。また、PLCについては冗長化システムを開発し、過酷な産業環境に対応できる製品を開発しました。安定性と信頼性の比較が無意味であれば、他の側面から分析します。
2.I/O功能
ワンチップマイコンの入出力点数は非常に限られていますが、PLCではどうでしょうか？さまざまなフィールド信号に対応する I/O ポイントがあり、産業用フィールド デバイス (ボタン、スイッチ、センサー電流トランスミッター、モーター スターター、制御バルブなど) に直接接続でき、CPU マザーボードに接続されます。バスが接続されます。業界のほぼすべての生産ラインには数百、場合によっては数千の I/O ポイントがあり、シングルチップ マイクロコンピューターにはまったく匹敵しません。
3. 拡張機能
完全な産業用生産ラインには、制御に加えて、通信、ホスト、構成、モーション制御、ディスプレイなどが含まれます。これらを実行するには、シーメンスの PROFIBUS-DP 通信など、完全な産業用システムと通信プロトコルに依存する必要があります。 、三菱重工CC-LINKなど。MCU と PC、MCU と MCU 間の通信のほとんどはシリアル ポートを使用します。シングルチップマイコンのシリアルポートは全二重非同期通信シリアルポートですので、MODBUS、PROFIBUS、CANオープン、Ethernetなどの通信プロトコルのシングルチップマイコンを順次実現できますか？シングルチップのマイクロコンピュータでもできるかもしれませんが、これには次の分析ポイントである開発サイクルが関係します。
4. 開発サイクル
PLC には 200 以上のブランドがあり、ほぼすべてのブランドが異なるプログラミング ソフトウェアを持っており、電気技術者がより簡単に使えるように独自のプログラミング ソフトウェアを常に改良しており、さまざまなプログラム ブロックがますます増えています。 PIDモジュールやモーションコントロールモジュールなどを自由に呼び出すことができる便利で人道的な機能により、エンジニアの開発プレッシャーを大幅に軽減し、開発サイクルを短縮します。マイクロコントローラーを実装するにはどうすればよいですか? 既製のモジュールがない場合は開発するしかないため、標準外の自動化装置を手がけてきたエンジニアにとっては工期不足が問題となります。高度に集積化されモジュール化された製品であるPLCも、白紙のようなワンチップマイコンはもちろんのこと、機器が要求する開発サイクルに合わせて工期も長くなります。
5.通信距離
現在、組立ラインのほとんどは統合され、地域全体で監視される必要があります。使用される通信方法は主にイーサネットと中継器、または民間の直接ブロードバンド光ファイバーです。最終的に使用されるのはおそらく Microsoft の IE ブラウザです。PLC が使用されていることは明らかです。 RJ-45インターフェイスを搭載しています 本体にRJ-45が無くてもEthernetモジュールを搭載可能です シングルチップマイコン搭載基板にこのインターフェイスを追加してEthernet通信を展開することはできますか？開発にはどのくらい時間がかかりますか?
6. プログラミング言語
これはシングルチップマイクロコンピュータの利点でもありますが、欠点でもあります。上で述べたように、PLC には 200 以上のブランドとより多くのプログラミング ソフトウェアがあり、ほとんどの PLC のプログラミング言語は似ていますが、電気エンジニアは異なるブランドの PLC に触れるたびに、PLC から学ばなければなりません。ハードウェアパラメータ、ソフトウェアコンポーネント、プログラミングソフトウェアなどは、最初から一度理解して初めて便利に使用できます。シングルチップマイコンのプログラミング言語は、シングルチップマイコンに共通のC言語やアセンブリ言語が用いられます。つまり、C 言語やアセンブリ言語を学べば、任意のシングルチップ マイクロコンピュータを応用して、目的の機能を開発できます (関連する電気電子基礎があれば)。しかし、繰り返しになりますが、電気技術者は電子技術者ではありません。シングルチップマイコンがどのようにリレーを駆動して工作機械を制御するかを考えるだけが仕事ではありません。電気技術者でもC言語やC言語などのMCU開発言語を知らない人もいます。アセンブリ言語。近年、IEC-61131-3規格の推進により、C言語に似たST言語や回路図に似たCFC言語など、複数のプログラミング言語をサポートするPLCが増えています。この便利な機能は、従来のシングルチップマイコンの開発環境では実現できませんでした。
要約する
上記の説明を終えると、PLC は実際にはシングルチップ マイコンの二次応用開発とみなすことができますが、独自の特徴があることがわかります。これまで中国のシングルチップマイコン応用と組み込みシステム開発は20年以上を経ており、国家経済建設、軍需・家電製品などの分野、特に携帯電話、自動車用自動ナビゲーション装置、PDA、スマートトイ、スマートフォン、 etc. 家電製品、医療機器、その他の産業にはシングルチップマイコンが使用されています。業界のハイエンドでは、現在 100,000 人を超えるエンジニアがシングルチップ マイクロコンピュータの開発と応用に従事しています。
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