تفاوت میکروکنترلر و PLC از جمله مواردیست که ذهن بسیاری از مهندسان برق، طراحان سیستم‌های کنترل و علاقه‌مندان به دنیای اتوماسیون صنعتی را درگیر کرده است؛ چراکه در ظاهر، هر دو تجهیز به‌عنوان مغز متفکر یک سیستم کنترلی عمل می‌کنند و امکان دریافت ورودی، پردازش داده و ارسال خروجی را دارند. اما در واقعیت، تفاوت‌های بسیار بنیادینی از نظر ساختار سخت‌افزاری، نحوه برنامه‌نویسی، میزان پایداری در محیط‌های صنعتی، قابلیت تحمل نویز، سطح انعطاف‌پذیری و حتی هزینه نهایی بین میکروکنترلرها و PLCها وجود دارد که شناخت دقیق آنها برای انتخاب صحیح در پروژه‌های مختلف، امری حیاتی محسوب می‌شود.
در این مقاله قصد داریم به شکلی جامع، دقیق و کاملاً کاربردی ضمن تعریف و معرفی هر دو فناوری، تفاوت‌ها، مزایا، معایب، کاربردها، و نکات مهم انتخاب آنها را در سال 2025 بررسی کنیم تا مهندسان، دانشجویان و فعالان صنعت بتوانند بهترین تصمیم را در پروژه‌های خود اتخاذ نمایند.
تعریف میکروکنترلر و PLC
میکروکنترلر چیست؟
میکروکنترلرها در اصل واحدهای پردازشی کوچکی هستند که به صورت یک تراشه واحد شامل CPU، حافظه‌های برنامه و داده، تایمرها، مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال (ADC) و واحدهای ورودی/خروجی طراحی شده‌اند و برای کنترل دقیق و اجرای منطق‌های تعبیه‌شده (Embedded Systems) در تجهیزات الکترونیکی و دستگاه‌های کوچک و متوسط مورد استفاده قرار می‌گیرند. میکروکنترلرها به دلیل قابلیت برنامه‌ریزی انعطاف‌پذیر و توان مصرفی پایین، گزینه‌ای ایده‌آل برای پروژه‌های متنوع و کنترل‌های لحظه‌ای در محیط‌های غیرصنعتی یا نیمه‌صنعتی به شمار می‌روند.
شما با مراجعه به این مقاله می توانید با میکروکنترلرها و انواع میکروکنترلرها آشنا شوید.
PLC چیست؟
از سوی دیگر، PLC یا کنترل‌کننده منطقی برنامه‌پذیر یک دستگاه سخت‌افزاری و نرم‌افزاری تخصصی است. این دستگاه برای کنترل فرآیندهای صنعتی پیچیده طراحی و معمولا شامل واحد پردازشگر قوی، ورودی و خروجی‌های دیجیتال و آنالوگ متعدد، و رابط‌های ارتباطی متنوع است. PLC ها به دلیل مقاومت بسیار بالا در برابر شرایط سخت صنعتی مثل نویز الکتریکی، دما و رطوبت، و قابلیت برنامه‌ریزی ساده با زبان‌های استانداردی مانند Ladder Logic، در خطوط تولید، کارخانه‌ها و پروژه‌های اتوماسیون بزرگ کاربرد دارند.
کلیک کنید: PLC چیست و چگونه کار می کند؟
تفاوت‌های ساختاری و سخت‌افزاری
از جمله تفاوت میکروکنترلر و PLC ساختار سخت‌افزاری و معماری فیزیکی که تاثیر مستقیم بر عملکرد، کاربرد و دوام آنها در محیط‌های مختلف دارد.
میکروکنترلرها معمولاً به صورت تراشه‌های بسیار کوچک (IC) ارائه می‌شوند که در بردهای توسعه یا بردهای اصلی دستگاه‌ها نصب می‌شوند. این تراشه‌ها در محیط‌هایی که نیاز به ابعاد کوچک، مصرف توان پایین و قابلیت سفارشی‌سازی نرم‌افزاری بالا است، بسیار مناسب‌اند. با این حال، میکروکنترلرها معمولاً به تجهیزات جانبی و ماژول‌های مکمل برای اتصال سنسورها، محرک‌ها، و واسط‌های ارتباطی نیاز دارند که خود باعث پیچیدگی در طراحی مدار و افزایش حساسیت به نویز و شرایط محیطی می‌شود.
در مقابل، PLCها واحدهای سخت‌افزاری مستقل، مقاوم و صنعتی هستند که در یک محفظه استاندارد (معمولاً DIN Rail) قرار می‌گیرند و شامل ماژول‌های ورودی و خروجی دیجیتال و آنالوگ، منابع تغذیه صنعتی، و CPU با توان پردازشی متناسب با حجم پروژه می‌شوند. طراحی ماژولار PLC اجازه می‌دهد ماژول‌های مختلف ورودی/خروجی با نوع‌های متفاوت (مثل دیجیتال، آنالوگ، سرعت بالا، پروفی‌باس و غیره) به سیستم افزوده یا کم شوند، که این قابلیت ماژولار بودن باعث می‌شود PLC به سادگی در پروژه‌های متنوع و بزرگ صنعتی قابل استفاده باشد.
ما در این مقاله در رابطه با اینکه اتصال سنسور آنالوگ به plc چگونه انجام می شود؟ مفصل توضیح داده ایم.
از نظر مقاومت فیزیکی، PLCها طوری طراحی شده‌اند که در برابر نویزهای الکترومغناطیسی شدید، دماهای بسیار بالا یا پایین، لرزش‌های مکانیکی و رطوبت، کاملاً مقاوم باشند. این مقاومت در میکروکنترلرها عموماً وجود نداشته مگر با استفاده از تجهیزات محافظتی گران‌قیمت و پیچیده.
تفاوت در حوزه کاربردها
یکی از مهم‌ترین جنبه‌هایی که تفاوت میکروکنترلر و PLC را برجسته می‌کند، حوزه کاربردهای آنها است که به دلیل ویژگی‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری کاملاً متفاوت است.
- میکروکنترلرها به طور گسترده در سیستم‌های تعبیه‌شده کوچک تا متوسط کاربرد دارند؛ سیستم‌هایی که نیازمند کنترل دقیق، پاسخ سریع، و مصرف توان پایین هستند. برای مثال، کنترل دستگاه‌های پزشکی، ربات‌های کوچک، سیستم‌های اندازه‌گیری، محصولات مصرفی هوشمند (مانند ساعت‌های هوشمند)، و پروژه‌های DIY الکترونیکی که در آنها امکان برنامه‌نویسی و تنظیم نرم‌افزاری اهمیت دارد، نمونه‌های بارزی از کاربردهای میکروکنترلر هستند.
- PLCها عمدتاً در صنایع سنگین و اتوماسیون جریان های صنعتی سخت کاربرد دارند. در خط‌های تولید کارخانه‌های خودرو، صنایع پتروشیمی و نفت و گاز، نیروگاه‌ها، سیستم‌های کنترل و مانیتورینگ خط تولید، سیستم‌های کنترل ساختمان‌های بزرگ، و همچنین در محیط‌هایی که نیازمند اطمینان، پایداری و سهولت نگهداری سیستم هستند، PLCها به عنوان ابزار اصلی کنترل انتخاب می‌شوند.
همچنین باید توجه داشت که PLCها برای کار در شرایط محیطی دشوار طراحی شده‌اند و قابلیت ارتباط با تجهیزات جانبی و سیستم‌های مانیتورینگ صنعتی را دارند، در حالی که میکروکنترلرها عموماً در محیط‌های کنترل شده‌تر و کم‌خطر به کار می‌روند.
برنامه‌نویسی و زبان‌های کدنویسی
مهم‌ترین تفاوت نرم‌افزاری بین میکروکنترلر و PLC، در زبان‌ها و محیط‌های برنامه‌نویسی آنها است که در نحوه توسعه، نگهداری و کاربرد تأثیرگذار است.
- برنامه‌نویسی میکروکنترلرها معمولاً با زبان‌های سطح پایین و میان‌رده‌ای مانند زبان C، C++ و اسمبلی انجام می‌شود. برنامه‌نویسی در این سطح به دانش عمیق از معماری سخت‌افزاری، مدیریت حافظه محدود، و زمان‌بندی اجرای دقیق کد نیاز دارد. توسعه‌دهندگان می‌بایست علاوه بر نوشتن الگوریتم‌های کنترلی، بهینه‌سازی مصرف انرژی، مدیریت وقفه‌ها (Interrupts)، و تعامل با سخت‌افزارهای جانبی را به دقت پیاده‌سازی کنند. ابزارهای برنامه‌نویسی میکروکنترلرها شامل محیط‌های توسعه مانند Keil, MPLAB, Atmel Studio و دیباگرهای سخت‌افزاری است که امکان اشکال‌زدایی در سطح سخت‌افزار را فراهم می‌کنند.
- برنامه‌نویسی PLCها عمدتاً بر اساس استانداردهای IEC 61131-3 انجام می‌شود و زبان‌های Ladder Logic، Structured Text، Function Block Diagram، و Sequential Function Charts را شامل می‌شود. این زبان‌ها با هدف ساده‌سازی فرآیند برنامه‌نویسی برای مهندسان کنترل و اتوماسیون طراحی شده تا بدون نیاز به دانش عمیق از معماری سخت‌افزار، بتوانند منطق کنترل فرآیندهای پیچیده را پیاده کنند. علاوه بر این، محیط‌های توسعه PLC به گونه‌ای طراحی شده‌اند که عیب‌یابی، شبیه‌سازی و مستندسازی پروژه‌ها را ساده کنند که در کاهش زمان توسعه و افزایش قابلیت اطمینان سیستم تاثیر بسزایی دارد.
مزایا و معایب هر کدام
مزایای میکروکنترلر
- ابعاد کوچک و وزن کم: مناسب برای دستگاه‌ها و پروژه‌های با محدودیت فضا.
- مصرف توان پایین: قابلیت استفاده در سیستم‌های باتری‌خور و مصرف کم انرژی.
- هزینه پایین: به خصوص در تولید انبوه و پروژه‌های کوچک مقرون به صرفه است.
- انعطاف‌پذیری نرم‌افزاری بالا: امکان سفارشی‌سازی دقیق برنامه و استفاده در طیف گسترده‌ای از کاربردها.
- قابلیت برنامه‌نویسی در سطوح مختلف: از زبان‌های سطح پایین تا سطح بالا.
معایب میکروکنترلر
- حساسیت به شرایط محیطی: نیاز به محافظت در برابر نویز، دما و رطوبت.
- نیاز به تجهیزات جانبی: برای اتصال به سنسورها و عملگرها نیاز به طراحی سخت‌افزار اضافی است.
- پیچیدگی برنامه‌نویسی و عیب‌یابی: نیازمند دانش عمیق و تخصصی است.
- قابلیت اطمینان کمتر: نسبت به PLC در محیط‌های صنعتی.
مزایای PLC
- مقاومت بالا در شرایط سخت صنعتی: تحمل دما، رطوبت، لرزش و نویز الکتریکی.
- قابلیت اطمینان بسیار بالا: مناسب برای سیستم‌های حیاتی و کنترل جریان های پیچیده.
- سهولت در برنامه‌نویسی و نگهداری: با زبان‌های گرافیکی و استاندارد.
- طراحی ماژولار: امکان توسعه آسان و افزایش ورودی/خروجی‌ها.
- پشتیبانی گسترده از پروتکل‌های ارتباطی صنعتی: مثل Modbus, Profibus, Ethernet/IP.
معایب PLC
- هزینه بالاتر نسبت به میکروکنترلر: مخصوصاً برای پروژه‌های کوچک یا کم‌حجم.
- ابعاد بزرگ‌تر: نسبت به میکروکنترلرها، نیاز به فضای بیشتر دارند.
- مصرف توان بیشتر: نسبت به میکروکنترلرها به دلیل سخت‌افزار مقاوم و قدرتمندتر.
- انعطاف‌پذیری نرم‌افزاری کمتر: بیشتر برای کاربردهای مشخص و ساخت‌یافته طراحی شده‌اند.
دیتاشیت میکروکنترلر ARM Cortex-M4 (STM32F407)
میکروکنترلر STM32F407 از سری STM32F4 شرکت STMicroelectronics، یک پردازنده ۳۲ بیتی قدرتمند مبتنی بر معماری ARM Cortex-M4 است که با فرکانس کاری حداکثر 168 مگاهرتز، واحد پردازش عددی ممیز شناور (FPU)، امکانات گسترده ارتباطی و پورت‌های ورودی/خروجی متنوع، برای اجرای برنامه‌های پیچیده و نیازمند پردازش سریع طراحی شده است. این میکروکنترلر با برخورداری از 1 مگابایت حافظه فلش داخلی و 192 کیلوبایت حافظه SRAM، قابلیت اجرای برنامه‌های حجیم و پردازش مؤثر داده‌های سنگین را فراهم می‌سازد.
علاوه بر این، STM32F407 به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال 12 بیتی (ADC)، تایمرهای متنوع و مجموعه‌ای کامل از پروتکل‌های ارتباطی نظیر UART، SPI، I²C و CAN مجهز است که امکان تعامل با انواع تجهیزات خارجی را فراهم می‌سازد. این ویژگی‌ها موجب شده‌اند که این میکروکنترلر در کاربردهای صنعتی، سیستم‌های الکترونیکی پیشرفته، کنترل بلادرنگ، تجهیزات اندازه‌گیری و سامانه‌های هوشمند به‌طور گسترده مورد استفاده قرار گیرد. همچنین، دامنه ولتاژ کاری 1.8 تا 3.6 ولت و محدوده دمای عملیاتی وسیع، امکان بهره‌برداری از آن را در شرایط محیطی مختلف و سخت صنعتی فراهم کرده است.
| مشخصه فنی | توضیح کامل |
| پردازنده | ARM Cortex-M4 با واحد پردازش شناور (FPU) برای عملیات دقیق ریاضی و سیگنال‌های پیچیده |
| فرکانس کاری | حداکثر 168 مگاهرتز، مناسب برای پردازش‌های سریع و همزمانی چند وظیفه‌ای |
| حافظه فلش | 1 مگابایت حافظه برنامه برای ذخیره کدهای پیچیده و بزرگ |
| حافظه SRAM | 192 کیلوبایت برای داده‌های اجرایی و ذخیره موقت با سرعت بسیار بالا |
| ولتاژ کاری | 1.8 تا 3.6 ولت، سازگار با طیف وسیعی از منابع تغذیه |
| GPIO | بیش از 100 پین ورودی/خروجی دیجیتال قابل برنامه‌ریزی برای کنترل و ارتباط با محیط بیرونی |
| تایمرها | 17 تایمر داخلی شامل تایمرهای 16 و 32 بیتی برای اندازه‌گیری دقیق زمان و تولید سیگنال |
| ADC | 3 کانال مبدل آنالوگ به دیجیتال 12 بیت با نرخ نمونه‌برداری تا 2.4 میلیون نمونه در ثانیه |
| پروتکل‌های ارتباطی | UART, SPI, I2C, CAN, USB OTG، Ethernet برای ارتباط گسترده با دستگاه‌ها و شبکه‌ها |
| دمای کاری | -40 تا +85 درجه سانتی‌گراد، مناسب برای کاربردهای صنعتی با شرایط محیطی سخت |
| توان مصرفی | 100 میلی‌آمپر در حالت فعال، کمتر از 1 میلی‌آمپر در حالت خواب |
| ویژگی‌های خاص | پشتیبانی از پردازش سیگنال دیجیتال (DSP)، قابلیت DMA، امنیت سخت‌افزاری |
دیتاشیت PLC زیمنس سری S7-1200 (CPU 1214C)
PLC زیمنس سری S7-1200 مدل CPU 1214C یک کنترل‌کننده منطقی برنامه‌پذیر پیشرفته است که بر پایه پردازنده 32 بیتی با فرکانس 100 مگاهرتز طراحی شده است و حافظه برنامه 100 کیلوبایتی به همراه 50 کیلوبایت حافظه داده برای اجرای برنامه‌های صنعتی با کارایی بالا را فراهم می‌کند. این PLC دارای ورودی و خروجی‌های دیجیتال و آنالوگ متنوع بوده و از پروتکل‌های ارتباطی صنعتی استاندارد مانند PROFINET و Modbus TCP پشتیبانی می‌نماید که امکان یکپارچه‌سازی کامل در شبکه‌های اتوماسیون صنعتی را فراهم می‌کند. طراحی کامپکت، ولتاژ کاری 24 ولت DC، و دمای کاری صنعتی از دیگر ویژگی‌های کلیدی این PLC می‌باشند که آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهای کنترل فرآیندهای صنعتی تبدیل کرده‌اند.
| مشخصه فنی | توضیح کامل |
| پردازنده | 32 بیت با معماری ARM، فرکانس کاری 100 مگاهرتز، اجرای سریع و پایدار برنامه‌ها |
| حافظه برنامه | 100 کیلوبایت حافظه برنامه قابل ارتقاء برای ذخیره برنامه‌های پیچیده و پروژه‌های بزرگ |
| حافظه داده | 50 کیلوبایت برای داده‌های متغیر و پایگاه داده اجرایی |
| ورودی/خروجی دیجیتال | 14 ورودی دیجیتال، 10 خروجی دیجیتال داخلی، با قابلیت اتصال ماژول‌های اضافی |
| ورودی آنالوگ | 6 کانال با دقت 12 بیت، مناسب برای خواندن سیگنال‌های متغیر از سنسورها |
| پروتکل‌های ارتباطی | PROFINET، Modbus TCP، Ethernet/IP برای ارتباط صنعتی و شبکه‌های کنترل |
| دمای کاری | -25 تا +60 درجه سانتی‌گراد، سازگار با محیط‌های صنعتی |
| ابعاد | 100x150x75 میلی‌متر، طراحی کامپکت و نصب روی ریل DIN |
| منبع تغذیه | 24 ولت DC، استاندارد برای سیستم‌های کنترل صنعتی |
| ویژگی‌های خاص | پشتیبانی از وب سرور داخلی، قابلیت امنیت شبکه و رمزگذاری داده‌ها، برنامه‌ریزی با TIA Portal |
مشاوره قبل از خرید
برای کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با خرید محصولات می‌توانید با شماره تلفن‌های زیر تماس بگیرید: