MiniPLC-32uE - Pro license

MiniPLC-32uE — A Pocket-Sized Industrial PLC That Puts a Hardware TCP/IP Stack Next to the ESP32-S3

#W5500 #ESP32-S3 #PLC #ModbusTCP #ModbusRTU #Ethernet #IIoT #RS485 #FRAM #DINRail

🏭 Commercial industrial-controller product (TF Maker Shop, Thailand) — Pro license edition 📄 Hardware pinout, component list and schematic are documented in the official Hardware Manual (Rev 2.0). No public firmware source was found, so the W5500 socket mode is not confirmed (see Section 04).

01 — What is this project?

Small automation jobs — a pump station, a greenhouse, a compact production line — rarely justify a full-size PLC. Hobby boards, on the other hand, usually lack what factories actually demand: relay outputs that can switch mains loads, isolated RS-485, retentive memory that survives a power cut, and a wired network link that does not depend on Wi-Fi.

MiniPLC-32uE closes that gap. It is a DIN-rail PLC built around an ESP32-S3-WROOM-1U-N16R8 (dual-core Xtensa LX7 @ 240 MHz, 16 MB flash, 8 MB PSRAM), packed with:

• 8 digital inputs (X0–X7, active-low, software debounce, default 10 ms)
• 4 OMRON relay outputs (5 A @ 250 VAC / 30 VDC) with flyback protection
• 1 analog input (MCP3221, 12-bit, 0–3.3 V)
• Galvanically isolated RS-485 (ADUM1201 + BS0505)
• Wired Ethernet through a WIZnet W5500, plus Wi-Fi 2.4 GHz and Bluetooth 5.0 (LE)
• 32 KB FRAM (FM24C256) and a DS1307 RTC with battery backup

It is programmed with Ladder Logic (Mitsubishi FX2N-compatible instruction set) and speaks Modbus RTU/TCP, so engineers who already think in PLC terms can use it without learning a new toolchain.

02 — Why an ESP32-S3-based PLC?

🔷 Dual-core headroom for real-time scan plus networking

A PLC has to run a deterministic scan cycle while also serving network traffic. Two 240 MHz cores, 8 MB PSRAM and 16 MB flash leave plenty of room to do both.

🔷 A familiar PLC workflow on inexpensive silicon

The FX2N-compatible ladder instruction set and PLC-style special registers (for example D8120 for serial format) let PLC engineers keep their habits while running on a low-cost, widely available SoC.

🔷 Wireless is a bonus, not a dependency

Wi-Fi (AP/STA) and BLE 5.0 are on board for commissioning and monitoring, while the production data path can stay on wired Ethernet.

03 — System architecture

                 24 VDC
                    │
        ┌───────────▼────────────┐
        │ DC-DC 5V → LDO 3.3V    │  (reverse-polarity protection)
        └───────────┬────────────┘
                    │
┌───────────────────▼──────────────────────────────────────┐
│               CPU BOARD (upper)                          │
│   ESP32-S3-WROOM-1U-N16R8                                │
│     │ SPI (CS10/MOSI11/CLK12/MISO13/INT14/RST21)         │
│     ▼                                                    │
│   ┌──────────┐   ┌──────────────┐                        │
│   │  W5500   │──▶│ RJ45 (HR911105A, magnetics)           │
│   └──────────┘   └──────────────┘                        │
│   Status LEDs (PWR/RUN/NET/WAR/ERR) · Buzzer             │
└───────────────────┬──────────────────────────────────────┘
                    │ 26-pin header (J4 ⇄ J12)
┌───────────────────▼──────────────────────────────────────┐
│               I/O BOARD (lower)                          │
│  8 × Digital In   4 × OMRON Relay Out   MCP3221 ADC      │
│  ADUM1201 + BS0505 ─▶ Isolated RS-485                    │
│  I2C bus: FM24C256 FRAM · DS1307 RTC · MCP3221           │
│  CH340C ─▶ USB-C (programming / RS-232 serial)           │
└──────────────────────────────────────────────────────────┘

04 — Why WIZnet W5500? ⭐

🔷 The ESP32-S3 needs an external Ethernet solution — W5500 provides a complete one

The ESP32-S3 has Wi-Fi and BLE, but no on-chip wired Ethernet MAC. Adding wired Ethernet therefore means attaching an external controller. MiniPLC-32uE uses the W5500 over SPI, which integrates the MAC, PHY and a hardware TCP/IP stack in one chip. The design pairs it with an RJ45 jack with built-in magnetics (HR911105A) and a 25 MHz crystal, so the Ethernet side stays a compact, single-chip addition to the CPU board.

🔷 Hardware TCP/IP offload suits a PLC

The official manual describes the W5500 as providing a hardware TCP/IP stack and lists Modbus TCP, MQTT and HTTP among the supported protocols. For a controller whose main job is to keep a deterministic scan cycle, having protocol processing handled in the network chip rather than entirely in application firmware is a natural architectural fit.

🔷 Dedicated SPI and interrupt lines

The manual dedicates a full set of GPIOs to the W5500: SPI_CS (IO10), SPI_MOSI (IO11), SPI_CLK (IO12), SPI_MISO (IO13), SPI_INT (IO14) and SPI_RST (IO21). A dedicated hardware reset and interrupt line make link handling and recovery straightforward.

🔷 Socket mode — ⚠️ not confirmed

Note on W5500 socket mode: The product page, the Hardware Manual and the linked documentation do not state which W5500 socket mode (TCP/TOE, UDP, IPRAW or MACRAW) the firmware uses, and no public firmware source is available. This curation therefore does not claim a specific mode. Because the manual lists Modbus TCP, MQTT and HTTP, TCP-based operation is a plausible reading — but that remains an inference, not a verified fact.

🔷 Advantages over alternatives

• vs. an SPI MAC+PHY controller such as ENC28J60: those parts leave the TCP/IP stack to the host MCU, adding firmware and RAM/CPU load. W5500 moves that work into hardware.
• vs. a discrete MAC + external PHY design: the ESP32-S3 has no built-in MAC, so this route is not available without extra silicon.
• Sockets and buffers: W5500 offers 8 independent hardware sockets and 32 KB of internal buffer memory, which is ample for a Modbus TCP slave, an MQTT client and a web interface running side by side.

🔷 What is documented ✅

• ✅ W5500 (U8) with 25 MHz crystal (Y2) and HR911105A RJ45 (J16) identified in the component list
• ✅ Full W5500 GPIO assignment in the pin-mapping table
• ✅ CPU board schematic included (Appendix B) showing the ESP32-S3 ↔ W5500 connections
• ✅ NET status LED on IO35 for network activity
• ⚠️ No firmware source, build instructions or test logs found — functional behaviour is taken from the vendor's own documentation, not independently verified

05 — Key components

🌐 WIZnet W5500 — 10/100 Mbps Ethernet over SPI (socket mode not confirmed)

Connects the controller to the plant LAN for Modbus TCP, MQTT and HTTP, independent of Wi-Fi. Includes Link/Activity/Speed/Duplex LEDs on the RJ45.

🧠 ESP32-S3-WROOM-1U-N16R8

Dual-core LX7 @ 240 MHz, 16 MB QIO flash, 8 MB OPI PSRAM, external U.FL antenna. The firmware disables USB-JTAG at boot to free GPIO 39–42 for I/O.

🔌 Isolated RS-485

ADUM1201 digital isolators and a BS0505 isolated DC-DC converter, 120 Ω on-board termination, default 19200 bps, configurable via D8120.

💾 FRAM FM24C256 + ⏰ DS1307 RTC

32 KB FRAM (10^14 read/write cycles) for retentive registers and a battery-backed RTC for timestamps, sharing one I2C bus (0x50 / 0x68) with the ADC (0x4D).

🔧 Relay Outputs

4 × OMRON relays, 5 A @ 250 VAC / 30 VDC, BC817 drivers, 1N4148 flyback diodes.

📊 Analog Input

MCP3221 12-bit ADC (4096 steps) behind an LMV321 op-amp buffer, 0–3.3 V.

06 — Application scenarios

01. Factory automation

Small production lines controlled through ladder logic, with SCADA connected over Modbus TCP on wired Ethernet.

02. Industrial IoT gateway

Bridge Modbus RTU sensors on RS-485 to Modbus TCP and on to the cloud, using Ethernet and Wi-Fi together.

03. Water & pump control

Drive pumps and valves, read water level via the analog input, and timestamp events with the RTC.

04. Data logging

Store sensor data in FRAM so it survives power loss, with RTC timestamps.

05. Building automation

Lighting, HVAC and automatic doors integrated with a BMS over Modbus TCP.

06. Education & R&D

A low-cost way to learn PLC programming, Ethernet IoT and Modbus (Arduino IDE and PLCCore IDE are supported, per the product page).

Conclusion

MiniPLC-32uE shows how a WIZnet W5500 turns an ESP32-S3 into a wired-Ethernet industrial controller in a DIN-rail package.

• ✅ ESP32-S3 dual-core PLC with FX2N-compatible ladder logic
• ✅ WIZnet W5500 wired Ethernet over a dedicated SPI/INT/RST interface
• ✅ Modbus RTU (isolated RS-485) and Modbus TCP support
• ✅ 8 DI / 4 relay outputs / 12-bit analog input
• ✅ Retentive FRAM + battery-backed RTC
• ✅ Wi-Fi, BLE 5.0, USB-C programming and DIN-rail mounting
• ⚠️ W5500 socket mode not confirmed from public materials

Q&A

Q1. Which W5500 socket mode does MiniPLC-32uE use? The public documentation does not say. The manual only states that the W5500 provides a hardware TCP/IP stack and that Modbus TCP, MQTT and HTTP are supported. The specific mode (TCP/TOE, UDP, IPRAW or MACRAW) could not be confirmed, so this curation does not assert one.

Q2. Why not use Wi-Fi only? Industrial environments favour wired links for stability and predictable latency. The W5500 provides that wired path, while Wi-Fi remains available for commissioning.

Q3. How is the W5500 wired to the ESP32-S3? Over SPI with dedicated chip-select (IO10), MOSI (IO11), clock (IO12), MISO (IO13), interrupt (IO14) and reset (IO21) lines.

Q4. Can it act as a Modbus gateway? Yes, per the vendor: it supports Modbus RTU over isolated RS-485 and Modbus TCP over Ethernet, so a Modbus RTU → Modbus TCP gateway is one of the listed use cases.

Q5. Is the firmware open source? No public source repository was found while preparing this curation.

Original Link: https://www.tfmaker.com/products/miniplc-32ue-pro-license Hardware Manual: https://www.tfmaker.com/docs/miniplc-32ue-hardware-manual

MiniPLC-32uE — ESP32-S3 옆에 하드웨어 TCP/IP 스택을 붙인 손바닥 크기 산업용 PLC

#W5500 #ESP32-S3 #PLC #ModbusTCP #ModbusRTU #Ethernet #IIoT #RS485 #FRAM #DINRail

🏭 상용 산업용 컨트롤러 제품 (태국 TF Maker Shop) — Pro license 에디션 📄 핀맵, 부품 목록, 회로도는 공식 Hardware Manual(Rev 2.0)에 문서화되어 있습니다. 공개된 펌웨어 소스는 찾지 못해 W5500 소켓 모드는 확인되지 않았습니다 (04 섹션 참고).

01 — 이 프로젝트는 무엇인가?

양수장 펌프, 온실, 소규모 생산 라인 같은 작은 자동화 현장에 대형 PLC를 쓰기는 부담스럽습니다. 반대로 취미용 보드는 현장이 실제로 요구하는 것들이 빠져 있는 경우가 많습니다. 상용 전원을 개폐할 수 있는 릴레이 출력, 절연 RS-485, 정전 시에도 데이터가 남는 비휘발 메모리, Wi-Fi에 의존하지 않는 유선 네트워크가 대표적입니다.

MiniPLC-32uE는 이 간극을 메웁니다. ESP32-S3-WROOM-1U-N16R8(듀얼코어 Xtensa LX7 @ 240 MHz, 16 MB 플래시, 8 MB PSRAM)을 중심으로 다음을 갖춘 DIN 레일형 PLC입니다.

• 디지털 입력 8채널 (X0–X7, active-low, 소프트웨어 디바운스, 기본 10 ms)
• OMRON 릴레이 출력 4채널 (5 A @ 250 VAC / 30 VDC), 플라이백 보호 포함
• 아날로그 입력 1채널 (MCP3221, 12-bit, 0–3.3 V)
• 갈바닉 절연 RS-485 (ADUM1201 + BS0505)
• WIZnet W5500 기반 유선 Ethernet, 그리고 Wi-Fi 2.4 GHz와 Bluetooth 5.0 (LE)
• 32 KB FRAM(FM24C256)과 배터리 백업 DS1307 RTC

프로그래밍은 Ladder Logic(Mitsubishi FX2N 호환 명령어 셋) 으로 하고 Modbus RTU/TCP를 지원합니다. 이미 PLC 방식으로 사고하는 엔지니어라면 새로운 툴체인을 배우지 않고도 바로 쓸 수 있습니다.

02 — 왜 ESP32-S3 기반 PLC인가?

🔷 실시간 스캔과 네트워킹을 함께 돌릴 수 있는 듀얼코어 여유

PLC는 결정적인 스캔 사이클을 유지하면서 네트워크 트래픽도 처리해야 합니다. 240 MHz 코어 2개, 8 MB PSRAM, 16 MB 플래시가 이 두 가지를 함께 감당할 여유를 줍니다.

🔷 저렴한 실리콘 위의 익숙한 PLC 워크플로

FX2N 호환 래더 명령어와 PLC 방식의 특수 레지스터(예: 시리얼 포맷을 설정하는 D8120) 덕분에, PLC 엔지니어는 기존 습관 그대로 저가·범용 SoC 위에서 작업할 수 있습니다.

🔷 무선은 보너스이지 의존성이 아닙니다

Wi-Fi(AP/STA)와 BLE 5.0은 커미셔닝과 모니터링용으로 탑재되어 있고, 운영 데이터 경로는 유선 Ethernet에 맡길 수 있습니다.

03 — 시스템 아키텍처

                 24 VDC
                    │
        ┌───────────▼────────────┐
        │ DC-DC 5V → LDO 3.3V    │  (역극성 보호)
        └───────────┬────────────┘
                    │
┌───────────────────▼──────────────────────────────────────┐
│               CPU 보드 (상단)                            │
│   ESP32-S3-WROOM-1U-N16R8                                │
│     │ SPI (CS10/MOSI11/CLK12/MISO13/INT14/RST21)         │
│     ▼                                                    │
│   ┌──────────┐   ┌──────────────┐                        │
│   │  W5500   │──▶│ RJ45 (HR911105A, 마그네틱 내장)       │
│   └──────────┘   └──────────────┘                        │
│   상태 LED (PWR/RUN/NET/WAR/ERR) · 부저                  │
└───────────────────┬──────────────────────────────────────┘
                    │ 26핀 헤더 (J4 ⇄ J12)
┌───────────────────▼──────────────────────────────────────┐
│               I/O 보드 (하단)                            │
│  디지털 입력 8ch   OMRON 릴레이 출력 4ch   MCP3221 ADC   │
│  ADUM1201 + BS0505 ─▶ 절연 RS-485                        │
│  I2C 버스: FM24C256 FRAM · DS1307 RTC · MCP3221          │
│  CH340C ─▶ USB-C (프로그래밍 / RS-232 시리얼)            │
└──────────────────────────────────────────────────────────┘

04 — 왜 WIZnet W5500인가? ⭐

🔷 ESP32-S3에는 외부 Ethernet 솔루션이 필요하고, W5500이 완결된 답을 줍니다

ESP32-S3는 Wi-Fi와 BLE는 갖췄지만 온칩 유선 Ethernet MAC은 없습니다. 유선 Ethernet을 붙이려면 외부 컨트롤러가 필요합니다. MiniPLC-32uE는 SPI로 연결한 W5500을 선택했고, W5500은 MAC, PHY, 하드웨어 TCP/IP 스택을 한 칩에 통합하고 있습니다. 마그네틱 내장 RJ45(HR911105A)와 25 MHz 크리스털만 더하면 되므로, Ethernet 부분을 CPU 보드 위의 간결한 단일 칩 구성으로 마무리할 수 있습니다.

🔷 하드웨어 TCP/IP 오프로드는 PLC에 잘 맞습니다

공식 매뉴얼은 W5500이 하드웨어 TCP/IP 스택을 제공한다고 설명하고, 지원 프로토콜로 Modbus TCP, MQTT, HTTP를 명시합니다. 결정적인 스캔 사이클 유지가 핵심 임무인 컨트롤러에서, 프로토콜 처리를 전부 애플리케이션 펌웨어에 맡기지 않고 네트워크 칩이 분담하는 구조는 자연스러운 선택입니다.

🔷 전용 SPI 및 인터럽트 라인

매뉴얼은 W5500을 위해 SPI_CS(IO10), SPI_MOSI(IO11), SPI_CLK(IO12), SPI_MISO(IO13), SPI_INT(IO14), SPI_RST(IO21)를 전용으로 할당했다고 밝힙니다. 하드웨어 리셋과 인터럽트 라인이 따로 있어 링크 처리와 복구가 수월합니다.

🔷 소켓 모드 — ⚠️ 확인되지 않음

W5500 소켓 모드 관련 안내: 상품 페이지, Hardware Manual, 연결된 문서 어디에도 펌웨어가 W5500의 어떤 소켓 모드(TCP/TOE, UDP, IPRAW, MACRAW)를 사용하는지 명시되어 있지 않으며, 공개된 펌웨어 소스도 없습니다. 따라서 이 큐레이션은 특정 모드를 단정하지 않습니다. 매뉴얼이 Modbus TCP, MQTT, HTTP를 지원 프로토콜로 나열하므로 TCP 기반 동작이라는 해석이 그럴듯하지만, 이는 검증된 사실이 아니라 추론입니다.

🔷 대체 솔루션 대비 우위

• ENC28J60 같은 SPI MAC+PHY 컨트롤러 대비: 이런 칩은 TCP/IP 스택을 호스트 MCU에 맡겨 펌웨어와 RAM/CPU 부담이 늘어납니다. W5500은 그 작업을 하드웨어로 옮깁니다.
• MAC + 외부 PHY 구성 대비: ESP32-S3에는 내장 MAC이 없어서 추가 실리콘 없이는 이 경로를 쓸 수 없습니다.
• 소켓과 버퍼: W5500은 독립 하드웨어 소켓 8개와 32 KB 내부 버퍼 메모리를 제공해, Modbus TCP 슬레이브, MQTT 클라이언트, 웹 인터페이스를 동시에 운용하기에 충분합니다.

🔷 문서로 확인되는 근거 ✅

• ✅ 부품 목록에서 W5500(U8), 25 MHz 크리스털(Y2), HR911105A RJ45(J16) 확인
• ✅ 핀 매핑 표에 W5500 GPIO 전체 할당 명시
• ✅ ESP32-S3 ↔ W5500 연결을 보여주는 CPU 보드 회로도 수록 (Appendix B)
• ✅ 네트워크 동작을 표시하는 NET 상태 LED(IO35)
• ⚠️ 펌웨어 소스, 빌드 방법, 테스트 로그는 찾지 못함 — 동작은 벤더 문서를 기준으로 하며 독립적으로 검증되지 않았습니다

05 — 핵심 구성 요소

🌐 WIZnet W5500 — SPI 기반 10/100 Mbps Ethernet (소켓 모드 미확인)

Wi-Fi와 무관하게 공장 LAN에 연결해 Modbus TCP, MQTT, HTTP를 처리합니다. RJ45에는 Link/Activity/Speed/Duplex LED가 있습니다.

🧠 ESP32-S3-WROOM-1U-N16R8

듀얼코어 LX7 @ 240 MHz, 16 MB QIO 플래시, 8 MB OPI PSRAM, 외부 U.FL 안테나. 펌웨어는 부팅 시 USB-JTAG를 비활성화해 GPIO 39–42를 I/O로 확보합니다.

🔌 절연 RS-485

ADUM1201 디지털 아이솔레이터와 BS0505 절연 DC-DC 컨버터, 온보드 120 Ω 종단, 기본 19200 bps이며 D8120으로 설정합니다.

💾 FRAM FM24C256 + ⏰ DS1307 RTC

정전 후에도 보존되는 32 KB FRAM(10^14 read/write cycles)으로 유지 레지스터를 저장하고, 배터리 백업 RTC로 타임스탬프를 남깁니다. ADC(0x4D)와 함께 하나의 I2C 버스(0x50 / 0x68)를 공유합니다.

🔧 릴레이 출력

OMRON 릴레이 4개, 5 A @ 250 VAC / 30 VDC, BC817 드라이버, 1N4148 플라이백 다이오드.

📊 아날로그 입력

LMV321 op-amp 버퍼를 거친 MCP3221 12-bit ADC (4096 steps), 0–3.3 V.

06 — 적용 시나리오

01. 공장 자동화

래더 로직으로 제어하는 소규모 생산 라인, 유선 Ethernet의 Modbus TCP로 SCADA 연동.

02. 산업용 IoT 게이트웨이

RS-485의 Modbus RTU 센서를 Modbus TCP로 변환해 Ethernet과 Wi-Fi를 함께 사용해 클라우드로 전달.

03. 급수·펌프 제어

펌프와 밸브 구동, 아날로그 입력으로 수위 측정, RTC로 이벤트 타임스탬프 기록.

04. 데이터 로깅

센서 데이터를 FRAM에 저장해 정전에도 유지, RTC 타임스탬프 부여.

05. 빌딩 자동화

조명, HVAC, 자동문을 Modbus TCP로 BMS와 연동.

06. 교육 및 R&D

PLC 프로그래밍, Ethernet IoT, Modbus를 낮은 비용으로 학습 (상품 페이지 기준 Arduino IDE와 PLCCore IDE 지원).

Conclusion

MiniPLC-32uE는 WIZnet W5500이 ESP32-S3를 DIN 레일형 유선 Ethernet 산업용 컨트롤러로 바꿔주는 방식을 보여줍니다.

• ✅ FX2N 호환 래더 로직을 지원하는 ESP32-S3 듀얼코어 PLC
• ✅ 전용 SPI/INT/RST 인터페이스로 연결된 WIZnet W5500 유선 Ethernet
• ✅ Modbus RTU(절연 RS-485)와 Modbus TCP 지원
• ✅ 디지털 입력 8 / 릴레이 출력 4 / 12-bit 아날로그 입력
• ✅ 유지형 FRAM + 배터리 백업 RTC
• ✅ Wi-Fi, BLE 5.0, USB-C 프로그래밍, DIN 레일 마운트
• ⚠️ 공개 자료로는 W5500 소켓 모드 확인 불가

Q&A

Q1. MiniPLC-32uE는 W5500의 어떤 소켓 모드를 사용하나요? 공개 문서에는 나와 있지 않습니다. 매뉴얼은 W5500이 하드웨어 TCP/IP 스택을 제공하고 Modbus TCP, MQTT, HTTP를 지원한다고만 밝힙니다. 구체적인 모드(TCP/TOE, UDP, IPRAW, MACRAW)는 확인할 수 없었기 때문에 이 큐레이션은 특정 모드를 단정하지 않습니다.

Q2. Wi-Fi만 쓰면 안 되나요? 산업 현장에서는 안정성과 예측 가능한 지연 시간 때문에 유선 연결을 선호합니다. W5500이 그 유선 경로를 제공하고, Wi-Fi는 커미셔닝용으로 남겨둘 수 있습니다.

Q3. W5500은 ESP32-S3와 어떻게 연결되어 있나요? SPI로 연결되며, 칩 셀렉트(IO10), MOSI(IO11), 클럭(IO12), MISO(IO13), 인터럽트(IO14), 리셋(IO21) 전용 라인을 사용합니다.

Q4. Modbus 게이트웨이로 쓸 수 있나요? 벤더 설명에 따르면 가능합니다. 절연 RS-485의 Modbus RTU와 Ethernet의 Modbus TCP를 모두 지원하며, Modbus RTU → Modbus TCP 게이트웨이가 공식 활용 사례로 소개됩니다.

Q5. 펌웨어는 오픈소스인가요? 이 큐레이션을 준비하는 동안 공개 소스 저장소는 찾지 못했습니다.