Arduino Opta — защищённый и простой в использовании микро-ПЛК (программируемый логический контроллер) с возможностями промышленного интернета вещей. Он разработан Arduino совместно с производителем реле Finder и предназначен для масштабирования проектов промышленной и строительной автоматизации. Это не плата для макетирования и не одноплатный компьютер: устройство выпускается в корпусе для DIN-рейки с винтовыми клеммами, входом питания 12–24 В постоянного тока, релейными выходами и степенью защиты IP20. Главный процессор — двухъядерный STM32H747XI.
Целевые области, согласно datasheet, — промышленный IoT, автоматизация зданий, управление электрическими нагрузками и промышленная автоматизация. Opta программируется в Arduino IDE, а также на стандартных языках ПЛК по IEC 61131-3 (LD, SFC, FBD, ST, IL) в Arduino PLC IDE. Для связи доступны Ethernet (во всех версиях), RS-485 (в версиях RS485 и WiFi), а также Wi-Fi и Bluetooth LE (только в версии WiFi).
В этой статье описаны три версии одного изделия (общий datasheet): Opta Lite, Opta RS485 и Opta WiFi. Для подключения дополнительных датчиков Arduino предлагает платы Nicla (Nicla Vision, Nicla Voice, Nicla Sense ME).
- 1 Версии Arduino Opta
- 2 Основные характеристики Arduino Opta
- 3 Технические характеристики
- 4 Интерфейсы и разъёмы
- 5 Программирование
- 6 Распиновка
- 7 Возможности и особенности
- 8 Для чего подходит Arduino Opta
- 9 Преимущества
- 10 Ограничения
- 11 Arduino Opta и похожие устройства
- 12 Заключение
- 13 Материалы
- 14 Читайте также
Версии Arduino Opta
| Характеристика | Opta Lite (AFX00003) | Opta RS485 (AFX00001) | Opta WiFi (AFX00002) |
|---|---|---|---|
| USB | USB-C | USB-C | USB-C |
| Ethernet | 10/100BASE-T | 10/100BASE-T | 10/100BASE-T |
| RS-485 | нет | half-duplex | half-duplex |
| Wi-Fi | нет | нет | 802.11 b/g/n, 2,4 ГГц |
| Bluetooth | нет | нет | Bluetooth Low Energy |
Основные характеристики Arduino Opta
- Питание: 12–24 В постоянного тока (допустимый диапазон 10,2–27,6 В)
- Входы: 8 универсальных аналоговых/цифровых входов; режим каждого входа настраивается программно
- Выходы: 4 электромеханических реле с нормально разомкнутыми (NO) сухими контактами, до 10 А каждое
- Процессор: двухъядерный STM32H747XI — Cortex-M7 до 480 МГц и Cortex-M4 до 240 МГц
- Память: 1 МБ RAM, 2 МБ Flash, 16 МБ QSPI Flash (используется совместно для внутренних задач производителя и записи данных)
- Программирование: Arduino и IEC 61131-3 (LD, SFC, FBD, ST, IL)
- Связь: Ethernet 10/100 (TCP/IP, Modbus TCP и MQTT 4.x) во всех версиях; RS-485 (Modbus RTU и собственный последовательный протокол) в версиях RS485 и WiFi; Wi-Fi 2,4 ГГц и Bluetooth LE в версии WiFi
- USB: USB-C — режим хоста или устройства, программирование, обновление программы и запись данных на USB-накопитель; питание по USB предназначено для контроллера и программирования, а не для выходов и внешней периферии
- Часы реального времени: автономная работа около 10 дней; синхронизация NTP по Ethernet или Wi-Fi (версия WiFi)
- Безопасность: криптосопроцессор ATECC608B с защищённым хранением ключей и поддержкой secure boot
- Потребление: 0,6–2 Вт при 12 В и 0,6–2,2 Вт при 24 В
- Степень защиты: IP20; степень загрязнения 2 по IEC 61010
- Рабочая температура: от −20 до +50 °C
- Сертификаты: cULus, ENEC, FCC, CE, CB, UKCA (набор стандартов и радиосертификаций зависит от версии)
- Размеры: около 70 × 88,8 × 56,8 мм (ширина × высота × глубина, по чертежу)
Технические характеристики
Процессор
STM32H747XI — двухъядерный микроконтроллер: Cortex-M7 работает на частоте до 480 МГц, а Cortex-M4 — до 240 МГц. Встроенная память включает 2 МБ Flash с поддержкой чтения во время записи и 1 МБ RAM. Opta программируется с помощью библиотек, разработанных для неё в составе стандартного ядра Arduino. Дополнительная QSPI Flash объёмом 16 МБ используется совместно для внутренних задач производителя и пользовательского журналирования данных.
Входы
Предусмотрено восемь универсальных входов I1…I8 с защитой от перенапряжения и переполюсовки. Входное сопротивление — около 8,9 кОм. Каждый вход программно настраивается как аналоговый или цифровой.
| Параметр | Аналоговый режим | Цифровой режим |
|---|---|---|
| Диапазон напряжения | 0–10 В | 0–24 В |
| Разрешение / логические уровни | 12–16 бит (настраивается), значение 1 LSB ≈ 166 мкВ | LOW — не более 4,46 В; HIGH — не менее 6,6 В |
| Точность / повторяемость | ±5 % / ±2 % | — |
| Ток входа / частота | — | 1,12 мА при 10 В; частота до 4,5 кГц |
| Время выборки аналогового входа | 10 мкс | — |
Релейные выходы
На плате установлены четыре электромеханических реле с нормально разомкнутыми контактами (NO, SPST). Это сухие (потенциально свободные) контакты: Opta не подаёт на них напряжение, а только замыкает или размыкает внешнюю цепь. Номинальный ток — 10 А на реле и на клемму.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Номинальное напряжение реле | 250 В переменного тока |
| Максимальное коммутируемое напряжение | 400 В переменного тока |
| Ток | 10 А на реле и на клемму, пиковый ток — 15 А |
| Нагрузка AC1 / AC15 (230 В) | 2500 ВА / 500 ВА |
| Коммутация постоянного тока DC1 | 10 / 4 / 0,3 / 0,12 А при 24 / 30 / 110 / 220 В |
| Минимальная нагрузка | 300 мВт; минимальные значения напряжения и тока — 5 В и 5 мА, но произведение U × I также должно быть не менее 300 мВт (например, при 5 В ток должен составлять не менее 60 мА) |
| Время срабатывания / отпускания | 6 мс / 4 мс |
| Дребезг контактов | NO — 3 мс, NC — 6 мс |
| Ресурс | механический — 10 млн циклов; электрический — 10 тыс. циклов при резистивной нагрузке 10 А |
| Максимальная длина неэкранированной линии | до 100 м |
⚠ Сетевое напряжение — опасность. Релейные выходы коммутируют внешние цепи: номинальное напряжение составляет 250 В переменного тока, максимальное — 400 В. Работы выполняйте только при отключённом питании и силами квалифицированного персонала. Защиты выходов от короткого замыкания нет — для каждой цепи требуется внешний плавкий предохранитель. Пиковый ток 15 А допустим только при коэффициенте заполнения не более 10 % и длительности импульса не более 0,5 с.
Связь
- Ethernet: физический интерфейс 10/100BASE-T подключён к MAC микроконтроллера; поддерживаются полнодуплексный режим, автоматическое определение полярности (MDIX), TCP/IP и Modbus TCP. Ethernet есть во всех версиях Opta.
- RS-485 (версии RS485 и WiFi): half-duplex, без встроенного терминатора; поддерживаются Modbus RTU и собственный последовательный протокол. Согласующие резисторы добавляют в соответствии со спецификацией Modbus. Если передача данных нестабильна, документация рекомендует поменять местами провода A(−) и B(+).
- Wi-Fi и Bluetooth LE (только версия WiFi): Wi-Fi 802.11 b/g/n на частоте 2,4 ГГц со скоростью передачи до 65 Мбит/с; поддерживаются режим точки доступа, клиента и одновременная работа в режимах AP/STA. Bluetooth LE 4.2 поддерживается прошивкой, а версия 5.1 — аппаратной частью.
- Порт расширения: фирменный разъём для дополнительных модулей; допускается подключение не более пяти модулей расширения.
USB
Разъём USB-C используется для программирования и обновления программы, а также для записи данных на USB-накопитель. Порт работает в режиме хоста или устройства, но не одновременно. При подключении USB можно запитать сам контроллер для программирования, однако USB не предназначен для питания релейных выходов и внешней периферии.
Безопасность
ATECC608B (Microchip) — криптографический сопроцессор с аппаратным защищённым хранением ключей. Он поддерживает хранение до 16 ключей, сертификатов или других данных, управление сетевыми ключами, secure boot и уникальный 72-битный серийный номер. Микросхема может использоваться для защиты ключей подключения к Arduino Cloud и сторонним сервисам. При работе с Arduino Cloud также доступны удалённый контроль и OTA-обновление Arduino-скетчей; OTA для программ, созданных в Arduino PLC IDE, не поддерживается.
Питание
Питание подаётся на винтовые клеммы от источника 12–24 В постоянного тока; допустимый диапазон — 10,2–27,6 В. Потребление самого устройства составляет 0,6–2 Вт при 12 В и 0,6–2,2 Вт при 24 В. Питание от USB-C подходит для программирования, но не для работы выходов и внешней периферии.
Размеры и конструкция
Корпус предназначен для установки на DIN-рейку стандарта EN 60715, степень защиты — IP20. Размеры по чертежу: около 70 мм в ширину, 88,8 мм в высоту и 56,8 мм в глубину. Винтовые клеммы затягиваются с моментом 0,8 Н·м отвёрткой Phillips №1, длина зачистки провода — 9 мм. Допустимые сечения: одножильный провод — 0,5–6 мм² (или 2 × 4 мм²), многожильный — 0,5–4 мм² (или 2 × 2,5 мм²).
Интерфейсы и разъёмы
- Клеммы питания 12–24 В DC и клеммы входов I1…I8;
- Клеммы реле 1…4 (NO, SPST, сухие контакты, 10 А, 250 В AC номинально);
- Клеммы RS-485 (версии RS485 и WiFi);
- USB-C — программирование и работа с USB-накопителем; Ethernet-порт RJ45 со светодиодами состояния;
- Порт расширения для дополнительных модулей (до пяти);
- Кнопка Reset, программируемая пользовательская кнопка и четыре программируемых светодиода состояния; дополнительный светодиод над пользовательской кнопкой предусмотрен только у версии WiFi.
- Клемма функционального заземления (FE) для снижения электрических помех; она не заменяет защитное заземление (PE).
Программирование
Opta программируется в Arduino IDE (библиотеки Opta входят в ядро Arduino), а также на языках стандарта IEC 61131-3 (LD, SFC, FBD, ST, IL) в среде Arduino PLC IDE. Для загрузки программы при локальном подключении используется USB-C. В Arduino PLC IDE можно сочетать программы ПЛК и обычные Arduino-скетчи, обмениваясь переменными между средами. Opta поддерживается Arduino Cloud: доступны мониторинг, регистрация и анализ данных, события и автоматизация. Удалённое OTA-обновление поддерживается для Arduino-скетчей, но не для проектов Arduino PLC IDE.
Распиновка
Opta — устройство с винтовыми клеммами, а не с обычными выводами для макетирования. Расположение клемм и их назначение показаны на схеме Arduino.
| Клеммы | Назначение |
|---|---|
| 12–24 В DC | Вход питания |
| I1…I8 | Универсальные входы (аналоговые 0–10 В или цифровые 0–24 В) |
| Выходы 1…4 | Сухие контакты реле (NO), 10 А, 250 В AC номинально |
| RS-485 (A, B, GND) | Последовательная связь (версии RS485 и WiFi) |
| Функциональное заземление (FE) | Снижение электромагнитных помех; не является защитным заземлением (PE) |
Возможности и особенности
- Промышленный корпус для DIN-рейки и винтовые клеммы: подключение без пайки.
- Четыре релейных выхода до 10 А с сухими контактами для управления внешними нагрузками.
- Два способа программирования: Arduino и языки ПЛК IEC 61131-3.
- Ethernet, RS-485, Wi-Fi и Bluetooth LE (набор интерфейсов зависит от версии), поддержка Modbus TCP и RTU.
- Порт расширения для подключения до пяти модулей и интеграция с Arduino Cloud.
- Аппаратный элемент безопасности ATECC608B для защищённого хранения ключей.
- Сертификаты cULus, ENEC, CE, UKCA и другие (в зависимости от версии).
Для чего подходит Arduino Opta
- Управление конвейерами, линиями упаковки и розлива с датчиками, подключёнными к аналоговым и цифровым входам;
- Мониторинг производства в реальном времени с отображением данных на панелях Arduino Cloud;
- Автоматизация зданий и управление электрическими нагрузками;
- Предиктивное обслуживание с алгоритмами анализа данных и датчиками Nicla.
Преимущества
- Готовое промышленное устройство вместо самодельной платы.
- Релейные выходы, универсальные входы и сетевые интерфейсы в одном корпусе.
- Поддержка Arduino и IEC 61131-3, интеграция с Arduino Cloud.
Ограничения
- Это не плата для макетирования: нет обычных выводов GPIO для подключения на макетной плате; расширение выполняется через фирменный порт и совместимые модули.
- Нет защиты релейных выходов от короткого замыкания — необходимы внешние предохранители.
- Только 4 реле и 8 универсальных входов; USB не питает релейные выходы и внешнюю периферию.
- RS-485 отсутствует в версии Lite; Wi-Fi и Bluetooth LE доступны только в версии WiFi.
- Рабочая температура ограничена диапазоном −20…+50 °C; степень защиты — IP20. Устройство не предназначено для опасных или взрывоопасных сред.
- Встроенного терминатора RS-485 нет.
- Удалённое OTA-обновление не поддерживается для программ, созданных в Arduino PLC IDE.
Arduino Opta и похожие устройства
| Характеристика | Opta | Portenta H7 | GIGA R1 WiFi |
|---|---|---|---|
| Тип | микро-ПЛК в корпусе для DIN-рейки | модуль для несущих плат | плата для макетирования формата Mega |
| Процессор | STM32H747XI | STM32H747XI | STM32H747XI |
| Входы / выходы | 8 универсальных входов, 4 релейных выхода | через разъёмы High Density | 76 цифровых линий ввода-вывода |
| Напряжение питания | 12–24 В DC | 5 В | 6–24 В DC |
| Программирование | Arduino, IEC 61131-3 | Arduino, MicroPython | Arduino |
См. также Portenta H7 и GIGA R1 WiFi.
Заключение
Arduino Opta — микро-ПЛК на STM32H747XI для промышленной автоматизации и автоматизации зданий. Он сочетает четыре релейных выхода, восемь универсальных входов, Ethernet, RS-485 и (в версии WiFi) беспроводную связь. Устройство позволяет использовать экосистему Arduino в готовом промышленном корпусе для DIN-рейки.
Перед покупкой выберите подходящую версию (Lite, RS485 или WiFi), учтите отсутствие защиты релейных выходов от короткого замыкания, необходимость внешних предохранителей, а также ограничения по температуре и степени защиты IP20.
Материалы
- Документация Arduino — Opta — страница изделия и файлы САПР.
- Общий datasheet Opta (PDF) — характеристики трёх версий, входы, реле, питание.
- Полная распиновка Opta (PDF) — схема клемм.
- Магазин Arduino — семейство Pro (Opta) — каталог изделий Arduino Pro.
- STM32H747XI на сайте STMicroelectronics — документация на микроконтроллер.
- Finder — партнёр по Opta — производитель реле.
- Руководство пользователя Opta — настройка интерфейсов, входов, реле и программирование.
- FAQ Arduino Opta — особенности вариантов, удалённое обновление и работа с Arduino Cloud.
Иллюстрации (фотография, схемы и чертёж) взяты из документации Arduino к Opta (SKU AFX00001, AFX00002, AFX00003); схемы выводов распространяются под лицензией CC BY-SA 4.0, права на остальные материалы принадлежат Arduino.
