В современном быстро развивающемся мире систем промышленной автоматизации и управления выбор правильной технологии может сыграть важную роль в оптимизации эффективности и производительности. Двумя основными претендентами в этой области являются ПЛК (программируемый логический контроллер) иПЛИС(Программируемая пользователем вентильная матрица). В этом сообщении блога мы углубимся в детали обеих технологий, сравним их особенности, преимущества и недостатки и, в конечном итоге, поможем вам принять обоснованное решение в соответствии с потребностями вашего конкретного приложения.
Мы начнем со следующих аспектов
Инструменты программирования и разработки
Понимание ПЛК
Программируемые логические контроллеры (ПЛК) на протяжении десятилетий были краеугольным камнем промышленной автоматизации. Эти устройства представляют собой компьютеры специального назначения, предназначенные для управления различными процессами и механизмами в режиме реального времени. ПЛК изначально были представлены для замены сложных релейных систем, обеспечивая надежное, надежное и удобное для пользователя решение управления.
ПЛК оснащены специальными модулями ввода и вывода для взаимодействия с датчиками и исполнительными механизмами. Они программируются с использованием релейной логики — графического языка программирования, похожего на релейные схемы. Это знакомство делаетПЛКпрограммирование легко для инженеров с электротехническим образованием.
ПЛК широко используются в таких отраслях, как производство, автомобилестроение и энергетика. Они превосходны в приложениях, где решающее значение имеют детерминированный контроль, простота использования и надежность. Среди известных производителей ПЛК — Siemens, Allen-Bradley (Rockwell Automation) и Schneider Electric.
Понимание ПЛИС
Что такое ПЛИС? Программируемые вентильные матрицы (FPGA) представляют собой другую технологию. В отличие от фиксированной архитектуры ПЛК, ПЛИС предоставляют широкий набор реконфигурируемых логических элементов, которые можно настроить для выполнения конкретных задач с беспрецедентной скоростью и эффективностью. FPGA — это, по сути, доска, которую инженеры могут спроектировать и запрограммировать для выполнения сложных алгоритмов и вычислений.
Первоначально разработанные для цифровой обработки сигналов, FPGA нашли свое место в приложениях, требующих массовой параллельной обработки данных в реальном времени. Эти приложения включают обработку изображений и видео, криптографию и высокочастотную торговлю. Программирование FPGA включает в себя языки описания аппаратного обеспечения, такие как VHDL или Verilog, и требует глубокого понимания проектирования цифровой логики.
Ведущие производители FPGA, такие как Xilinx и Intel (ранее Altera), предлагают ряд семейств FPGA с различной производительностью и функциями.
Ключевые различия
По сути, основное различие между ПЛК и FPGA заключается в их аппаратной архитектуре и парадигме программирования. ПЛК предоставляют фиксированный набор функций и оптимизированы для задач управления, а FPGA обеспечивают гибкость для создания пользовательских цифровых схем для конкретных приложений.
ПЛК превосходно справляются с детерминированными задачами, где последовательность операций должна выполняться предсказуемо и надежно. Однако у них могут возникнуть проблемы со сложными вычислениями и обработкой данных в реальном времени. С другой стороны, FPGA проявляют себя, когда критическая мощность и скорость обработки данных имеют решающее значение, позволяя им легко обрабатывать сложные алгоритмы и высокоскоростные потоки данных.
Плюсы и минусы
ПЛК предлагают такие преимущества, как проверенная надежность, простота использования и проверенные методы программирования. Инженеры с электротехническим образованием могут быстро адаптироваться к программированию ПЛК, а надежность ПЛК делает их подходящими для критически важных систем.
С другой стороны, FPGA предлагают преимущества в скорости, настройке и производительности. Их мощность параллельной обработки и возможность настройки под конкретные задачи обеспечивают впечатляющую скорость обработки. Однако программирование FPGA может быть сложным и требует прочной основы принципов цифрового проектирования.
Обе системы также имеют свои недостатки. ПЛК могут с трудом справляться с требовательными вычислительными задачами, а их фиксированная архитектура ограничивает гибкость. FPGA, хотя и мощные, но дорогие и требуют специальных навыков для эффективного использования.
Используйте сравнение
ПЛК находят лучшее применение в приложениях, требующих последовательного и надежного управления, таких как производственные сборочные линии, конвейерные системы и системы управления HVAC. Эти системы требуют детерминированной работы для поддержания операционной эффективности.
FPGA превосходно подходят для приложений, требующих высокоскоростной обработки данных и параллельных вычислений. Примеры включают обработку изображений и видео в реальном времени, приложения шифрования и обработку радиолокационных сигналов. Эти задачи часто требуют быстрого принятия решений на основе огромных наборов данных.
Следите за обновлениями в следующей части этой статьи, поскольку мы глубже погрузимся в инструменты программирования и разработки, связанные с ПЛК и ПЛИС.
Инструменты программирования и разработки
Инструменты программирования и разработки играют жизненно важную роль в определении простоты и эффективности использования ПЛК и FPGA.
ПЛК: программирование ПЛК часто включает в себя лестничную логику, визуальный язык, аналогичный диагностике электропроводки.
ПЛК. Программирование ПЛК обычно включает в себя лестничную логику — визуальный язык, напоминающий электрические схемы. Это делает разработку последовательностей управления относительно интуитивно понятной для инженеров с электротехническим образованием. Кроме того, производители ПЛК предоставляют удобные программные инструменты, которые упрощают программирование, тестирование и отладку. Эти инструменты часто включают возможности моделирования для проверки логики перед развертыванием.
FPGA: Программирование FPGA включает в себя языки описания оборудования (HDL), такие как VHDL или Verilog. Эти языки позволяют инженерам описывать цифровые схемы и алгоритмы на низком уровне абстракции. Хотя это обеспечивает максимальную индивидуализацию, это также требует более высокого уровня знаний в области цифрового дизайна. Производители FPGA предоставляют интегрированные среды разработки (IDE), которые помогают проектировать, моделировать и тестировать схемы FPGA.
Сравнение затрат
Стоимость является важным фактором при выборе между ПЛК и FPGA и включает в себя несколько аспектов:
ПЛК: ПЛК, как правило, экономически эффективны для приложений, требующих надежного управления и умеренных вычислительных возможностей. Аппаратные и программные средства хорошо зарекомендовали себя, а затраты на техническое обслуживание являются управляемыми. Однако специализированные конфигурации могут повлечь за собой более высокие затраты.
FPGA: FPGA часто имеют более высокие первоначальные затраты из-за сложного оборудования и необходимости в квалифицированных инженерах FPGA. Разработка на заказ также может способствовать увеличению расходов. Однако их беспрецедентная скорость обработки и возможности настройки могут привести к экономии средств в приложениях, где время имеет решающее значение.
В конечном счете, решение между ПЛК и FPGA должно учитывать долгосрочную стоимость владения, включая обслуживание, масштабируемость и потенциальные обновления системы.
Будущие тенденции
И ПЛК, и FPGA продолжают развиваться по мере развития технологий.
ПЛК. Будущие тенденции развития ПЛК включают интеграцию с концепциями Индустрии 4.0, такими как промышленный Интернет вещей (IIoT). ПЛК становятся умнее, расширяя возможности подключения и обмена данными, что приводит к более сложным и эффективным промышленным процессам.
FPGA: ожидается, что FPGA будут соответствовать закону Мура, обеспечивая еще более высокую скорость обработки и эффективность. Кроме того, развитие инструментов и языков разработки FPGA может снизить сложность программирования FPGA, сделав их более доступными для более широкого круга инженеров.
Заключение
Выбор между ПЛК и FPGA зависит от конкретных требований вашего приложения. ПЛК — лучший выбор для приложений, требующих надежного управления, а ПЛИС отлично подходят для задач, требующих высокоскоростной обработки данных и настройки. При принятии решения учитывайте такие факторы, как сложность программирования, стоимость и долгосрочная масштабируемость. Поскольку обе технологии продолжают развиваться, оставаться в курсе последних достижений имеет решающее значение для правильного выбора для ваших нужд промышленной автоматизации.
Нужна помощь?
