你真的了解PLC嗎？你知道PLC與計算機的本質(zhì)區(qū)別嗎？張白帆從抗電磁干擾能力、程序順序執(zhí)行、冗余配置、程序特點和工作范圍五個方面來簡單解釋PLC與計算機的區(qū)別。

1、PLC可以工作在極其惡劣的電磁環(huán)境中
如果把計算機直接放到PLC工作的環(huán)境中，無需太久，這些計算機將死機甚至燒毀。
在ABB的早期工程中，工程師就是把工業(yè)控制計算機直接放在變電站開關柜中，用來實施測控和數(shù)據(jù)處理。然而，用不了多久，電源故障和硬盤故障，還有輸入輸出接口的故障就接踵而來。直到工程師用PLC替換下這些工控機，事情才算完。
這叫做抵御電磁干擾EMC的能力，PLC可達三級甚至四級，而計算機能達到二級就算很不錯了。抵御EMC電磁干擾，會有許多措施。例如隔離技術、接地技術等等都是。

2、PLC的程序是一行行順序執(zhí)行的，不會陷入死循環(huán)
程序員在編寫計算機程序時，經(jīng)常會遇見循環(huán)。如果一個循環(huán)子程序設計不恰當，或者條件引起了程序返回，有可能進入到死循環(huán)中，系統(tǒng)當然就死機了。
然而，PLC的程序是一條接一條順序執(zhí)行的，只有到了程序末尾才會回頭。在程序中任何部位，若條件滿足，可以實現(xiàn)跳轉，但程序還是一條接一條順序執(zhí)行。如此一來，PLC幾乎不會死機。這也是PLC區(qū)別于普通計算機的根本特性。
因此，我們會發(fā)現(xiàn)PLC的可靠性極高，這是普通計算機完全不能比擬的。

3、冗余配置
所謂冗余配置，就是在控制過程中存在主機和從機，它們依靠握手線關聯(lián)，并共享資源和信息。
如果是計算機，當主機出現(xiàn)問題時，切換到從機的時間較長。但對于PLC，工程師可以在機架上安排2套CPU作為主從控制，它們之間的轉換僅幾個時鐘周期即可完成。
例如現(xiàn)在的控制對象是汽輪機，它的轉子在高速旋轉。我們不妨假定轉子的轉速就是工頻周期，也即每分鐘3000轉。如果我們對汽輪機實施DCS監(jiān)控，在現(xiàn)場層面我們只能選用帶冗余配套的PLC，絕不可能使用計算機。一旦PLC的主機發(fā)生故障，它立刻就轉入從機控制，對于受控對象來說幾乎感覺不到，但計算機就未必可以實現(xiàn)類似功能了。
事實上，帶冗余配套的PLC系統(tǒng)就屬于規(guī)模較大的PLC了。

4、PLC的程序特點
PLC的程序規(guī)模都不大，一般才幾千字節(jié)，能上萬字節(jié)就算很大的程序了。PLC有許多輸入輸出接口，以及各種類型的變量，這些都需要專門設置地址，以便在程序中使用。
我們看下圖，此圖是用PLC國際通用標準IEC61131-3模塊化編程語言寫成的：

圖1  某地鐵配電控制系統(tǒng)PLC的輸入接口參數(shù)定義程序和延遲判誤程序

在圖1中，大家在左側看到了許多輸入?yún)⒘浚鼈兊哪┪捕加衉s的標識，這些就是開關量輸入?yún)?shù)，它們不但有地址，還有名稱。這是必須的，否則程序無法辨識和使用它們。

由圖1的程序看到，這種編程方法比所謂的C語言方便得多。事實上，每一個功能塊就相當于一段C語言。例如TON模塊，它是延遲模塊，如果用C語言，怎么也要若干語句行，但這里僅僅只是一個程序模塊而已。何者更方便一看便知。

再看下圖：

圖2  PLC的16位字解析為單個開關量的程序段

圖2中，程序開頭的AND（與邏輯模塊）實施程序轉移。當條件滿足時，AND啟動子程序入口。在圖2中，我們看到了UNPACK16模塊，它的任務是把一個16位的字解析為16個開關量，供下一步程序使用。
我們很容易想到，這個UNPACK16模塊若用C語言來寫，又會有何種形式？何者更方便？

我們看下圖：

圖3   數(shù)據(jù)交換的RS485接口定義和MODBUS通信管理

圖3是PLC對系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)交換的定義、數(shù)據(jù)采集和管理。圖中的一個個模塊就是處理MODBUS通信協(xié)議數(shù)據(jù)的，同時還實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集輪巡操作。 這些模塊用C語言該如何寫？是不是會麻煩很多？我們看到，PLC程序的便捷性是C語言無法比擬的。

5、PLC的工作范圍
PLC的內(nèi)存不大，盡管它的可靠性很高，但PLC不能用于較大的計算。我曾經(jīng)設計過一個PLC程序，用于浮點數(shù)的乘法，麻煩得很，最后不得不使用模塊配合查表來解決問題。
PLC的內(nèi)部其實就是單片機，只不過整個PLC的單片機系統(tǒng)經(jīng)過了嚴格的EMC測試，而操作系統(tǒng)和編程系統(tǒng)也進行了優(yōu)化，方便我們這些編程者使用。
既然PLC只是一臺單片機系統(tǒng)，可想而知它與計算機不在同一個技術水平上。計算機能夠完成的工作，哪怕只是一篇WORD文檔的寫作，用PLC絕不可能完成。但PLC能夠輕松實現(xiàn)的控制功能，用計算機雖然也能勉強實現(xiàn)，但效果極差，且可靠性極低，尺寸也巨大。
如此看來，PLC與計算機的工作特性不一樣，適用的工作對象當然也不一樣。

作者：張白帆(Patrick Zhang)，ABB公司的資深電氣工程師，在知乎網(wǎng)擁有超過18萬粉絲的電氣領域大神。北京地鐵、首都機場T3航站樓、長江三峽永久船閘、上海磁懸浮列車、大亞灣核電站等數(shù)百項目中均留下他的足跡！已出版《低壓成套開關設備的原理及其控制技術(第3版)》、《老帕講低壓電器技術》等圖書。