ARDUINO PRO更加逼近可程序化逻辑控制器PLC

可程序化逻辑控制器是什么？
什么是可程序化逻辑控制器（Programmable Logical Controller；PLC）这要追溯到1960年代，美国汽车工厂因应订单少量多样化而必须频繁更动生产线，但产线所用的生产设备、机具等的控制开关电路是固定的，每改一次产线就要重新拆拔、重新配置电路，非常麻烦费时。

图一 : Arduino官方推出Arduino PLC IDE开发工具（source：Arduino官网）

因此，产业期望有一种中央控制装置，只要修改装置内的控制程序，就可以改变设备、机具的开关顺序与条件，如此即可快速变更产线，此一控制装置即是PLC。厂房产线只是开端，PLC之后也经常用于电梯、立体停车场、中央空调等各种控制应用上。
PLC跟Arduino有何关系？其实两者的骨子都是MCU微控制器芯片，只是Arduino比较常在用一些电子创作，例如简单的按钮、灯号、发声、感测，或小马达的驱动等，而PLC通常用在比较正经的产业用途（如前述），且通常用来透过继电器（relay）或其他隔离手法以便驱动大电力电流的设备。
另一个不同是PLC远较Arduino早出现，用的控制程序是阶梯图（Ladder Diagram；LD）或其他语言，Arduino在2005年才出现，用的是C/C++程序语言，且PLC因为是在工厂等环境，设计上会让PLC有较高的温度、噪声耐受力。

为进军产业应用推出Arduino PLC IDE
回到主题，Arduino官方为了进军产业应用市场，此前已经推出Arduino Pro体系 ，体系下有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工业控制单位后，其定位即类同于PLC的产业控制应用。


 
图二 : Arduino Pro的Portenta Machine Control（source：Arduino官网）


 
图三 : Portenta H7控制板位于Portenta Machine Control下方（source：Arduino官网）

为何说是类同？因为还是有点不一样，Portenta Machine Control方案还是用Arduino IDE的C/C++来写控制程序，虽然可以达到与PLC相同的控制效果，但开发方法与过程仍是不同。
为了让Arduino Pro体系更逼近于真正的产业应用，Arduino官方在2022年12月推出了新开发工具Arduino PLC IDE，就真的可以用产业界常用的PLC程序语言来撰写控制程序了。
Arduino PLC IDE支持IEC 61131-3标准中的5种控制程序撰写方法，除了支持前面谈及的阶梯图外，也支持指令表（Instruction List Diagram；ILD）、功能区块图（Function Block Diagram；FBD）、结构化文字（Structured Text Language；STL）以及顺序功能流程图（Sequential Function Chart；SFC），撰写者择一而用即可，端看熟悉与便利性，且能与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工具则在0.28版。虽然是正式版但现下只支持Windows，且必须是64位Windows 10之后的系统，不支持Linux、Mac等，不过一般产业界最常用的也是Windows，所以影响不大。
除了推出Arduino PLC IDE外，Arduino官方也加码推出一款新硬件Arduino Opta，Opta被Arduino官方定位为一台微型PLC（micro PLC）并具备产业物联网（Industrial IoT, IIoT）能力，意思是Opta具备多种产业常用的网络及协议，如Modbus TCP（走以太网络）、Modbus RTU（走RS485）以及Wi-Fi、BLE等。


 
图四 : Opta（source：Arduino官网）

Opta还可以支持在线更新（Over-The-Air；OTA）韧体、云端装置管理（如Arduino Cloud但也可以是其他的）等，更新韧体过程也搭配使用防护技术，同时在板卡层面上也用上安全组件（Secure Element）及遵循X.509标准，这些都在强调Opta能合乎业界高目标控制管理要求、资安防护要求。
而之所以称为微型，笔者推测是Opta的控制输出、输入端点数目太少，输入仅8个端点，输出仅4个端点。相对的，Portenta Machine Control有8个数字输入、2个编码信道读取输入、3个模拟温度输入、3个模拟输入、8个数字输出、4个模拟输出、12个可程序化的数字I/O等，明显较Opta为多。
至于其他真正产业常见的PLC厂牌，如德国西门子（Siemens）、日本奥姆龙（Omron）等，其入门款PLC也多能运用模块化扩充到4～32个数字/模拟输出入端点，明显Opta是偏少的，且目前看来无法模块化扩充。
结语
不过，Opta毕竟是初试啼声，试试市场水温，若市场接受Opta，或许可以接续推出中高阶产品，或同样朝模块化路线发展。最后附带一提的，Opta内所使用的一些电子控制零件是由Finder公司提供，Finder公司在工控领域提供耐用、可靠、安全的电子零件已经有65年资历了，言下之意Opta很可靠，请产业放心运用。
（本文由VMAKER授权转载）